Innovatie, popularisering en toepassing van technologie voor de productie van waterstofenergie – een casestudy van Ally Hi-Tech
Originele link:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Opmerking van de redacteur: Dit is een artikel dat oorspronkelijk is gepubliceerd door het officiële WeChat-account: China Thinktank
Op 23 maart publiceerden de Nationale Commissie voor Ontwikkeling en Hervorming en de Nationale Energieadministratie van China gezamenlijk het middellange- en langetermijnplan voor de ontwikkeling van de waterstofenergiesector (2021-2035) (hierna: het plan). Hierin werd het energiekenmerk van waterstof gedefinieerd en werd voorgesteld dat waterstofenergie een integraal onderdeel is van het toekomstige nationale energiesysteem en de belangrijkste richting voor strategische nieuwe industrieën. Brandstofcelvoertuigen vormen het belangrijkste toepassingsveld voor waterstofenergie en vormen de doorbraak in de industriële ontwikkeling in China.
In 2021 werden, gedreven door het nationale demonstratie- en toepassingsbeleid voor brandstofcelvoertuigen, achtereenvolgens de vijf stedelijke agglomeraties van Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei en Henan gelanceerd, begon de grootschalige demonstratie en toepassing van 10.000 brandstofcelvoertuigen te worden gelanceerd en werd de ontwikkeling van de waterstofenergie-industrie, gedreven door demonstratie en toepassing van brandstofcelvoertuigen, in de praktijk gebracht.
Tegelijkertijd zijn er ook doorbraken bereikt in de toepassing en exploratie van waterstofenergie in niet-transportsectoren zoals de staalindustrie, de chemische industrie en de bouw. In de toekomst zullen gediversifieerde en multi-scenariotoepassingen van waterstofenergie een grote vraag naar waterstof met zich meebrengen. Volgens de voorspelling van de China Hydrogen Energy Alliance zal de Chinese vraag naar waterstof in 2030 35 miljoen ton bereiken en zal waterstofenergie minstens 5% van het Chinese terminale energiesysteem uitmaken. Tegen 2050 zal de vraag naar waterstof bijna 60 miljoen ton bedragen, zal waterstofenergie meer dan 10% van het Chinese terminale energiesysteem uitmaken en zal de jaarlijkse outputwaarde van de industriële keten 12 biljoen yuan bedragen.
Vanuit het perspectief van industriële ontwikkeling bevindt de Chinese waterstofenergie-industrie zich nog in een vroeg stadium. In het proces van toepassing, demonstratie en promotie van waterstofenergie zijn de ontoereikende aanvoer en de hoge kosten van waterstof voor energievoorziening altijd een lastig probleem geweest dat de ontwikkeling van de Chinese waterstofenergie-industrie belemmerde. Als belangrijkste schakel in de waterstofvoorziening spelen de hoge fabrieksprijzen en de hoge opslag- en transportkosten van waterstof voor voertuigen nog steeds een rol.
Daarom moet China dringend de innovatie, popularisering en toepassing van goedkope waterstofproductietechnologie versnellen, de economie van demonstratietoepassingen verbeteren door de kosten van de waterstofenergievoorziening te verlagen, de grootschalige demonstratietoepassing van brandstofcelvoertuigen ondersteunen en vervolgens de ontwikkeling van de gehele waterstofenergiesector stimuleren.
De hoge prijs van waterstof is een groot probleem in de ontwikkeling van de Chinese waterstofenergie-industrie
China is een groot land dat waterstof produceert. Waterstofproductie wordt gedistribueerd in de petrochemische, chemische, cokes- en andere industrieën. Het grootste deel van de geproduceerde waterstof wordt gebruikt als tussenproducten voor aardolieraffinage, synthetische ammoniak, methanol en andere chemische producten. Volgens de statistieken van de China Hydrogen Energy Alliance bedraagt de huidige waterstofproductie in China ongeveer 33 miljoen ton, voornamelijk uit steenkool, aardgas en andere fossiele energiebronnen en de zuivering van industriële bijproducten. Daaronder is de output van waterstofproductie uit steenkool 21,34 miljoen ton, goed voor 63,5%. Gevolgd door industriële bijproducten waterstof en aardgas waterstofproductie, met een output van respectievelijk 7,08 miljoen ton en 4,6 miljoen ton. Waterstofproductie door waterelektrolyse is relatief klein, ongeveer 500.000 ton.
Hoewel het industriële waterstofproductieproces volwassen is, de industriële keten compleet is en de acquisitie relatief eenvoudig is, kent de levering van waterstof nog steeds grote uitdagingen. De hogere grondstofkosten en transportkosten van waterstofproductie leiden tot een hogere eindprijs van waterstof. Om grootschalige popularisering en toepassing van waterstoftechnologie te realiseren, is het cruciaal om de knelpunten van hoge waterstofaankoop- en transportkosten te doorbreken. Van de bestaande waterstofproductiemethoden zijn de kosten van waterstofproductie op basis van steenkool laag, maar de CO2-uitstoot hoog. De energiekosten van waterstofproductie door middel van waterelektrolyse in grote industrieën zijn hoog.
Zelfs met een laag elektriciteitsverbruik bedragen de kosten voor waterstofproductie meer dan 20 yuan/kg. De lage kosten en de lage CO2-uitstoot van waterstofproductie door het verlaten van hernieuwbare energiebronnen vormen een belangrijke richting voor het verkrijgen van waterstof in de toekomst. Momenteel is de technologie geleidelijk volwassen, maar de verwervingslocatie is relatief afgelegen, de transportkosten zijn zeer hoog en er is geen promotie- en toepassingsscenario. Vanuit het perspectief van de samenstelling van de waterstofkosten, is 30-45% van de energieprijs waterstof de kosten van waterstoftransport en -vulling. De bestaande waterstoftransporttechnologie op basis van hogedrukgaswaterstof heeft een kleiner transportvolume per voertuig, een lage economische waarde van langeafstandstransport en de technologieën voor vaste-toestandopslag en -transport en vloeibare waterstof zijn nog niet volwassen. Het uitbesteden van gaswaterstof aan waterstoftankstations is nog steeds de belangrijkste manier.
In de huidige beheerspecificaties wordt waterstof nog steeds vermeld als beheer van gevaarlijke chemicaliën. Grootschalige industriële waterstofproductie moet de chemische industrie binnenkomen. Grootschalige waterstofproductie sluit niet aan bij de vraag naar waterstof voor decentrale voertuigen, wat resulteert in hoge waterstofprijzen. Een sterk geïntegreerde technologie voor waterstofproductie en -tanken is dringend nodig om een doorbraak te bereiken. Het prijsniveau van waterstofproductie op basis van aardgas is redelijk, wat een grootschalige en stabiele levering kan realiseren. Daarom is in gebieden met relatief veel aardgas een geïntegreerde waterstofproductie- en tankstation op basis van aardgas een haalbare optie voor waterstoflevering en een realistische manier om het waterstoftankstation te promoten om de kosten te verlagen en het lastige probleem van tanken in sommige gebieden op te lossen. Momenteel zijn er wereldwijd ongeveer 237 op skids gemonteerde geïntegreerde waterstofproductiestations, goed voor ongeveer 1/3 van het totale aantal buitenlandse waterstoftankstations. Japan, Europa, Noord-Amerika en andere regio's passen de operationele modus van geïntegreerde waterstofproductie en tankstations op grote schaal toe. Wat de binnenlandse situatie betreft, zijn Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou en andere plaatsen begonnen met het verkennen van de pilotbouw en -exploitatie van geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations. Verwacht kan worden dat, na de doorbraak van beleid en regelgeving voor waterstofbeheer en waterstofproductie, een geïntegreerd waterstofproductie- en tankstation de realistische keuze zal zijn voor de commerciële exploitatie van het waterstoftankstation.
Ervaring in innovatie, popularisering en toepassing van waterstofproductietechnologie van Ally Hi-Tech
Als toonaangevende onderneming op het gebied van waterstofproductie in China richt Ally Hi-Tech zich al meer dan 20 jaar op onderzoek en ontwikkeling van nieuwe energieoplossingen en geavanceerde waterstofproductietechnologieën. Op het gebied van kleinschalige technologie voor de productie van aardgaswaterstof, katalytische oxidatie van methanolwaterstof, hogetemperatuur-waterelektrolyse, ammoniakontleding, kleinschalige synthetische ammoniaktechnologie, grote monomeermethanolconverter, geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringssystemen en technologie voor gerichte zuivering van waterstof in voertuigen, zijn er vele doorbraken gerealiseerd op geavanceerde technische gebieden zoals hierboven vermeld.
Blijf technologische innovatie in waterstofproductie bevorderen.
Ally Hi-Tech neemt waterstofproductie altijd als kernactiviteit en blijft technologische innovaties op het gebied van waterstofproductie uitvoeren, zoals methanolconversie, aardgasreforming en PSA-gerichte zuivering van waterstof. Eén set waterstofproductieapparatuur voor methanolconversie, onafhankelijk ontwikkeld en ontworpen door het bedrijf, heeft een waterstofproductiecapaciteit van 20.000 Nm³/u. De maximale druk bereikt 3,3 MPa, wat een internationaal geavanceerd niveau bereikt, met voordelen zoals een laag energieverbruik, veiligheid en betrouwbaarheid, een eenvoudig proces, onbeheerd, enzovoort. Het bedrijf heeft een doorbraak bereikt in de waterstofproductietechnologie van aardgasreforming (SMR-methode).
De warmtewisselingsreformingtechnologie wordt toegepast en de waterstofproductiecapaciteit van een enkele set apparatuur is tot 30000 Nm ³ / h. De maximale druk kan 3,0 MPa bereiken, de investeringskosten worden aanzienlijk verlaagd en het energieverbruik van aardgas wordt met 33% verminderd; Wat betreft drukwisseladsorptie (PSA) waterstofgerichte zuiveringstechnologie, heeft het bedrijf een verscheidenheid aan complete sets van waterstofzuiveringstechnologieën ontwikkeld en de waterstofproductiecapaciteit van een enkele set apparatuur is 100000 Nm ³ / h. De maximale druk is 5,0 MPa. Het heeft de kenmerken van een hoge mate van automatisering, eenvoudige bediening, goede omgeving en lange levensduur. Het is veel gebruikt op het gebied van industriële gasscheiding.
Figuur 1: H2-productieapparatuurset van Ally Hi-Tech
Er wordt aandacht besteed aan de ontwikkeling en promotie van producten op basis van waterstofenergie.
Bij het innoveren en ontwikkelen van waterstofproductietechnologieën besteedt Ally Hi-Tech aandacht aan de uitbreiding van de productontwikkeling op het gebied van downstream waterstofbrandstofcellen. Daarnaast promoot het bedrijf actief onderzoek en ontwikkeling en de toepassing van katalysatoren, adsorbentia, regelkleppen, modulaire apparatuur voor de productie van kleine hoeveelheden waterstof en brandstofcelvoedingssystemen met een lange levensduur. Daarnaast promoot het bedrijf krachtig de technologie en apparatuur van geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsstations. Wat betreft productpromotie is de professionele kwalificatie van Ally Hi-Tech Engineering Design zeer uitgebreid. Het bedrijf streeft ernaar om producten en diensten te leveren die een totaaloplossing bieden voor waterstofenergie, en de toepassing ervan op de markt wordt snel bevorderd.
Er zijn doorbraken geboekt in de toepassing van apparatuur voor waterstofproductie.
Ally Hi-Tech heeft momenteel meer dan 620 sets waterstofproductie- en waterstofzuiveringsapparatuur gebouwd. Ally Hi-Tech heeft onder meer meer dan 300 sets methanolwaterstofproductieapparatuur, meer dan 100 sets aardgaswaterstofproductieapparatuur en meer dan 130 sets grote PSA-projectapparatuur gepromoot en een aantal waterstofproductieprojecten van nationale aard uitgevoerd.
Ally Hi-Tech heeft samengewerkt met bekende bedrijven in binnen- en buitenland, zoals Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP enzovoort. Het is een van de complete sets van apparatuurleveranciers met het grootste aanbod op het gebied van kleine en middelgrote waterstofproductieapparatuur ter wereld. Momenteel is de waterstofproductieapparatuur van Ally Hi-Tech geëxporteerd naar 16 landen en regio's, zoals de Verenigde Staten, Japan, Zuid-Korea, India, Maleisië, de Filipijnen, Pakistan, Myanmar, Thailand en Zuid-Afrika. In 2019 werd de derde generatie geïntegreerde aardgaswaterstofproductieapparatuur van Ally Hi-Tech geëxporteerd naar American Plug Power Inc., die volledig in overeenstemming met Amerikaanse normen werd ontworpen en geproduceerd, waarmee een precedent werd geschapen voor de export van Chinese aardgaswaterstofproductieapparatuur naar de Verenigde Staten.
Figuur 2. Geïntegreerde apparatuur voor waterstofproductie en hydrogenering geëxporteerd door Ally Hi-Tech naar de Verenigde Staten
Bouw van de eerste batch van een geïntegreerd waterstofproductie- en hydrogeneringsstation.
Gezien de praktische problemen van onstabiele bronnen en hoge waterstofprijzen voor energie, zet Ally High-Tech zich in voor de toepassing van sterk geïntegreerde waterstofproductietechnologie en het gebruik van het bestaande, volwassen methanoltoevoersysteem, aardgasleidingennetwerk en CNG- en LNG-tankstations om het geïntegreerde waterstofproductie- en tankstation te herbouwen en uit te breiden. In september 2021 werd het eerste binnenlandse geïntegreerde aardgaswaterstofproductie- en hydrogeneringsstation onder algemeen contract van Ally Hi-Tech in gebruik genomen in de waterstofcentrale van Foshan in Nanzhuang.
Het station is ontworpen met één set aardgasreforming-waterstofproductie-units van 1000 kg/dag en één set waterelektrolyse-waterstofproductie-units van 100 kg/dag, met een externe hydrogeneringscapaciteit van 1000 kg/dag. Het is een typische geïntegreerde hydrogeneringsinstallatie voor "waterstofproductie + compressie + opslag + vulling". Het neemt het voortouw in de toepassing van milieuvriendelijke katalysatortechnologie met brede temperatuurverandering en gerichte CO2-zuiveringstechnologie in de industrie, wat de efficiëntie van de waterstofproductie met 3% verbetert en het energieverbruik van waterstofproductie effectief verlaagt. Het station heeft een hoge mate van integratie, een klein vloeroppervlak en sterk geïntegreerde apparatuur voor waterstofproductie.
De waterstofproductie in het station vermindert de transportverbindingen en de kosten van waterstofopslag en -transport, wat direct de kosten van waterstofverbruik verlaagt. Het station beschikt over een externe interface die lange buistrailers kan vullen en als hoofdstation kan dienen om waterstof te leveren aan de omliggende hydrogeneringsstations, waardoor een regionaal geïntegreerd sub-parent hydrogeneringsstation ontstaat. Bovendien kan dit geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsstation ook worden omgebouwd en uitgebreid op basis van het bestaande methanoldistributiesysteem, het aardgasleidingnetwerk en andere faciliteiten, evenals tankstations en CNG- en LNG-tankstations, wat eenvoudig te promoten en te implementeren is.
Figuur 3 Geïntegreerd waterstofproductie- en hydrogeneringsstation in Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Leidt actief innovatie, promotie en toepassing in de sector en internationale uitwisselingen en samenwerking.
Als een belangrijke hightechonderneming van het nationale Torch Program, een demonstratiebedrijf voor een nieuwe economie in de provincie Sichuan en een gespecialiseerde en bijzondere nieuwe onderneming in de provincie Sichuan, leidt Ally Hi-Tech actief industriële innovatie en bevordert het internationale uitwisselingen en samenwerking. Sinds 2005 heeft Ally Hi-Tech achtereenvolgens waterstofproductietechnologie en -apparatuur geleverd voor de belangrijkste nationale brandstofcelprojecten (863): het waterstoftankstation Shanghai Anting, het waterstoftankstation Beijing Olympic en het waterstoftankstation Shanghai World Expo. Daarnaast heeft het alle waterstofproductiestationprojecten van China's ruimtevaartcentrum van hoge kwaliteit voorzien.
Als lid van het nationale Comité voor de Standaardisatie van Waterstofenergie heeft Ally Hi-Tech actief deelgenomen aan de ontwikkeling van een standaardsysteem voor waterstofenergie in binnen- en buitenland, leiding gegeven aan het opstellen van één nationale waterstofenergienorm en deelgenomen aan de formulering van zeven nationale normen en één internationale norm. Tegelijkertijd heeft Ally Hi-Tech actief internationale uitwisselingen en samenwerking bevorderd, Chengchuan Technology Co., Ltd. in Japan opgericht, een nieuwe generatie waterstofproductietechnologie, SOFC-warmtekrachtkoppelingtechnologie en aanverwante producten ontwikkeld en samengewerkt met bedrijven in de Verenigde Staten, Duitsland en Japan op het gebied van nieuwe waterstofproductietechnologie met waterelektrolyse en kleinschalige synthetische ammoniaktechnologie. Met 45 patenten uit China, de Verenigde Staten en de Europese Unie is Ally Hi-Tech een typisch technologiegedreven en exportgericht bedrijf.
Beleidsvoorstel
Volgens bovenstaande analyse heeft Ally Hi-Tech, gebaseerd op de innovatie van waterstofproductietechnologie, doorbraken gerealiseerd in de ontwikkeling van waterstofproductieapparatuur, de promotie en toepassing van waterstofproductieapparatuur, de bouw en exploitatie van geïntegreerde waterstofproductie- en tankstations, wat van groot belang is voor China's onafhankelijke technologische innovatie op het gebied van waterstofenergie en het verlagen van de energiekosten van waterstofverbruik. Om de waterstofenergievoorziening te waarborgen en te verbeteren, de bouw van een veilig, stabiel en efficiënt waterstofenergienetwerk te versnellen en een schoon, koolstofarm en goedkoop gediversifieerd waterstofproductiesysteem te bouwen, moet China de innovatie en productontwikkeling van waterstofproductietechnologie versterken, de beperkingen van beleid en regelgeving doorbreken en nieuwe apparatuur en modellen met marktpotentieel aanmoedigen om als eerste te proberen. Door het ondersteunende beleid verder te verbeteren en de industriële omgeving te optimaliseren, zullen we de Chinese waterstofenergie-industrie helpen zich met hoge kwaliteit te ontwikkelen en de groene transformatie van energie krachtig ondersteunen.
Verbeter het beleidssysteem van de waterstofenergiesector.
Momenteel zijn de "strategische positionering en het ondersteunende beleid van de waterstofenergie-industrie" gepubliceerd, maar de specifieke ontwikkelingsrichting van de waterstofenergie-industrie is nog niet gespecificeerd. Om de institutionele obstakels en beleidsmatige knelpunten in de industriële ontwikkeling te doorbreken, moet China beleidsinnovatie versterken, perfecte normen voor waterstofenergiebeheer formuleren, de managementprocessen en -instellingen voor bereiding, opslag, transport en vulling verduidelijken en de verantwoordelijkheden van de verantwoordelijke afdeling voor veiligheidstoezicht implementeren. Het model van demonstratietoepassingen dat de industriële ontwikkeling stimuleert, moet worden aangehouden en de gediversifieerde demonstratieontwikkeling van waterstofenergie in transport, energieopslag, gedistribueerde energie, enzovoort, moet uitgebreid worden bevorderd.
Bouw een waterstofenergievoorzieningssysteem op basis van lokale omstandigheden.
Lokale overheden dienen de leveringscapaciteit voor waterstofenergie, de industriële basis en de marktruimte in de regio integraal te overwegen, op basis van de voordelen van bestaande en potentiële bronnen, en geschikte methoden voor waterstofproductie te selecteren op basis van de lokale omstandigheden. Zij dienen de bouw van gegarandeerde waterstofleveringscapaciteit uit te voeren, prioriteit te geven aan het gebruik van industrieel bijproduct waterstof en zich te richten op de ontwikkeling van waterstofproductie uit hernieuwbare energiebronnen. Gekwalificeerde regio's dienen via meerdere kanalen samen te werken om een koolstofarm, veilig, stabiel en economisch lokaal waterstofleveringssysteem op te bouwen om te voldoen aan de vraag naar grootschalige waterstofbronnen.
Vergroot de technologische innovatie van apparatuur voor waterstofproductie.
Focus op het bevorderen van R&D, productie en industriële toepassing van belangrijke apparatuur voor waterstofzuivering en waterstofproductie, en bouw een hoogwaardig ontwikkelingstechnologiesysteem voor waterstofenergieproducten door te vertrouwen op voordelige bedrijven in de industriële keten. Ondersteun toonaangevende bedrijven op het gebied van waterstofproductie om het voortouw te nemen, ontwikkel innovatieplatforms zoals een industrieel innovatiecentrum, een technisch onderzoekscentrum, een technologisch innovatiecentrum en een productie-innovatiecentrum, pak belangrijke problemen van waterstofproductieapparatuur aan, ondersteun "gespecialiseerde en speciale nieuwe" kleine en middelgrote ondernemingen om deel te nemen aan onderzoek en ontwikkeling van gemeenschappelijke technologieën voor waterstofproductieapparatuur, en cultiveer een aantal individuele koploperbedrijven met een sterke onafhankelijke positie op het gebied van kerntechnologie.
Versterk de beleidsondersteuning voor geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringsstations.
Het plan benadrukt dat we, om nieuwe modellen te verkennen, zoals waterstofcentrales die waterstofproductie, -opslag en -hydrogenering in de centrale integreren, de beleidsmatige beperkingen op de bouw van geïntegreerde centrales vanaf de basis moeten doorbreken. Voer zo snel mogelijk de nationale energiewetgeving in om het energiekenmerk van waterstof vanaf het hoogste niveau te bepalen. Doorbreek de beperkingen op de bouw van geïntegreerde centrales, bevorder geïntegreerde waterstofproductie- en -hydrogeneringscentrales en voer pilotdemonstraties uit van de bouw en exploitatie van geïntegreerde centrales in economisch ontwikkelde gebieden met rijke aardgasbronnen. Bied financiële subsidies voor de bouw en exploitatie van geïntegreerde centrales die voldoen aan de eisen van prijseconomie en CO2-emissienormen, ondersteun relevante toonaangevende ondernemingen bij het aanvragen van nationale "gespecialiseerde en speciale nieuwe" ondernemingen en verbeter de technische veiligheidsspecificaties en -normen van geïntegreerde waterstofproductie- en -hydrogeneringscentrales.
Actief nieuwe bedrijfsmodellen demonstreren en promoten.
Stimuleer innovatie van bedrijfsmodellen in de vorm van geïntegreerde waterstofproductie in stations, uitgebreide energievoorzieningsstations voor olie, waterstof en elektriciteit, en gecoördineerde exploitatie van "waterstof, voertuigen en stations". In gebieden met een groot aantal brandstofcelvoertuigen en een hoge druk op de waterstofvoorziening zullen we geïntegreerde stations voor waterstofproductie en hydrogenering uit aardgas onderzoeken en gebieden met redelijke aardgasprijzen en demonstraties van brandstofcelvoertuigen stimuleren. In gebieden met overvloedige wind- en waterkrachtbronnen en toepassingsscenario's voor waterstofenergie zullen we geïntegreerde waterstofproductie- en hydrogeneringstations met hernieuwbare energie bouwen, de demonstratieschaal geleidelijk uitbreiden, reproduceerbare en gepopulariseerde ervaring ontwikkelen en de koolstof- en kostenreductie van waterstof versnellen.
(Auteur: toekomstig industrieel onderzoeksteam van het Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)
Plaatsingstijd: 29-09-2022
