Innovación, popularización y aplicación de la tecnología de producción de energía de hidrógeno: un estudio de caso de Ally Hi-Tech
Enlace original:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Nota del editor: este es un artículo publicado originalmente por la cuenta oficial de Wechat: China Thinktank
El 23 de marzo, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía de China emitieron conjuntamente el plan de mediano y largo plazo para el desarrollo de la industria energética del hidrógeno (2021-2035) (en adelante, el plan), que definía la energía. atributo del hidrógeno y propuso que la energía del hidrógeno sea una parte integral del futuro sistema energético nacional y la dirección clave de nuevas industrias estratégicas.Los vehículos de pila de combustible son el campo líder en la aplicación de la energía del hidrógeno y el gran avance del desarrollo industrial en China.
En 2021, impulsado por la política nacional de demostración y aplicación de vehículos de pila de combustible, se lanzaron sucesivamente las cinco aglomeraciones urbanas de Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei y Henan y comenzó la demostración y aplicación a gran escala de 10000 vehículos de pila de combustible. y se ha puesto en práctica el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno impulsado por la demostración y aplicación de vehículos de pila de combustible.
Al mismo tiempo, también se han logrado avances en la aplicación y exploración de la energía del hidrógeno en campos ajenos al transporte, como el acero, la industria química y la construcción.En el futuro, las aplicaciones diversificadas y en múltiples escenarios de la energía del hidrógeno generarán una gran demanda de hidrógeno.Según la predicción de la Alianza de Energía de Hidrógeno de China, para 2030, la demanda de hidrógeno de China alcanzará los 35 millones de toneladas, y la energía del hidrógeno representará al menos el 5% del sistema energético terminal de China;Para 2050, la demanda de hidrógeno será cercana a los 60 millones de toneladas, la energía del hidrógeno representará más del 10% del sistema energético terminal de China y el valor de producción anual de la cadena industrial alcanzará los 12 billones de yuanes.
Desde la perspectiva del desarrollo industrial, la industria de la energía del hidrógeno de China se encuentra todavía en las primeras etapas de desarrollo.En el proceso de aplicación, demostración y promoción de la energía del hidrógeno, el suministro insuficiente y el alto costo del hidrógeno para la energía siempre han sido un problema difícil que restringe el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno en China.Como eslabón central del suministro de hidrógeno, los problemas del alto precio en fábrica y el alto costo de almacenamiento y transporte del hidrógeno para vehículos siguen siendo prominentes.
Por lo tanto, China necesita urgentemente acelerar la innovación, popularización y aplicación de tecnología de producción de hidrógeno de bajo costo, mejorar la economía de la aplicación de demostración reduciendo el costo del suministro de energía de hidrógeno, apoyar la aplicación de demostración a gran escala de vehículos de pila de combustible y luego impulsar el desarrollo de toda la industria de la energía del hidrógeno.
El alto precio del hidrógeno es un problema importante en el desarrollo de la industria energética del hidrógeno en China
China es un gran país productor de hidrógeno.La producción de hidrógeno se distribuye en las industrias petroquímica, química, de coquización y otras.La mayor parte del hidrógeno producido se utiliza como productos intermedios para la refinación de petróleo, amoníaco sintético, metanol y otros productos químicos.Según las estadísticas de la Alianza de Energía de Hidrógeno de China, la producción actual de hidrógeno en China es de aproximadamente 33 millones de toneladas, principalmente a partir de carbón, gas natural y otras energías fósiles y de la purificación de gas como subproducto industrial.Entre ellos, la producción de hidrógeno a partir del carbón es de 21,34 millones de toneladas, lo que representa el 63,5%.Seguido por la producción de hidrógeno como subproducto industrial y de hidrógeno a gas natural, con una producción de 7,08 millones de toneladas y 4,6 millones de toneladas respectivamente.La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es relativamente pequeña, unas 500.000 toneladas.
Aunque el proceso de producción de hidrógeno industrial está maduro, la cadena industrial está completa y la adquisición es relativamente conveniente, el suministro de hidrógeno energético aún enfrenta grandes desafíos.El mayor costo de la materia prima y el costo de transporte de la producción de hidrógeno conducen a un mayor precio de suministro terminal de hidrógeno.Para lograr la popularización y aplicación a gran escala de la tecnología de energía del hidrógeno, la clave es superar el cuello de botella del alto costo de adquisición y transporte del hidrógeno.Entre los métodos de producción de hidrógeno existentes, el costo de producción de hidrógeno con carbón es bajo, pero el nivel de emisiones de carbono es alto.El coste del consumo de energía de la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua en las grandes industrias es elevado.
Incluso con poca electricidad, el coste de producción de hidrógeno es de más de 20 yuanes/kg.El bajo costo y el bajo nivel de emisiones de carbono de la producción de hidrógeno a partir del abandono de las energías renovables es una dirección importante para la obtención de hidrógeno en el futuro.En la actualidad, la tecnología está madurando gradualmente, pero el lugar de adquisición es relativamente remoto, el costo de transporte es muy alto y no existe un escenario de promoción y aplicación.Desde la perspectiva de la composición del costo del hidrógeno, entre el 30% y el 45% del precio del hidrógeno energético es el costo de transporte y llenado del hidrógeno.La tecnología de transporte de hidrógeno existente basada en hidrógeno gaseoso a alta presión tiene un menor volumen de transporte en un solo vehículo, un valor económico deficiente del transporte de larga distancia y las tecnologías de almacenamiento y transporte en estado sólido y de hidrógeno líquido no están maduras.La subcontratación del gas de hidrógeno en las estaciones de servicio de hidrógeno sigue siendo la principal vía.
En la especificación de gestión actual, el hidrógeno todavía figura como gestión de sustancias químicas peligrosas.La producción industrial de hidrógeno a gran escala debe ingresar al parque de la industria química.La producción de hidrógeno a gran escala no satisface la demanda de hidrógeno para vehículos descentralizados, lo que genera altos precios del hidrógeno.Se necesita urgentemente una tecnología de producción y reabastecimiento de hidrógeno altamente integrada para lograr un gran avance.El nivel de precios de la producción de hidrógeno con gas natural es razonable, lo que puede lograr un suministro estable y a gran escala.Por lo tanto, en áreas con gas natural relativamente abundante, la producción integrada de hidrógeno y la estación de repostaje basada en gas natural es una opción factible de suministro de hidrógeno y un camino realista para promover la estación de repostaje de hidrógeno para reducir el costo y resolver el difícil problema del repostaje en algunos áreas.En la actualidad, hay alrededor de 237 estaciones integradas de producción de hidrógeno montadas sobre patines en el mundo, lo que representa aproximadamente 1/3 del número total de estaciones de repostaje de hidrógeno extranjeras.Entre ellos, Japón, Europa, América del Norte y otras regiones adoptan ampliamente el modo de operación de producción integrada de hidrógeno y estación de repostaje en la estación.En términos de situación interna, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou y otros lugares han comenzado a explorar la construcción y operación piloto de estaciones integradas de producción y repostaje de hidrógeno.Se puede predecir que después del avance de las políticas y regulaciones de gestión y producción de hidrógeno, la estación integrada de producción y repostaje de hidrógeno será la opción realista para la operación comercial de la estación de repostaje de hidrógeno.
Experiencia en Innovación, Popularización y Aplicación de Tecnología de Producción de Hidrógeno de Ally Hi-Tech
Como empresa líder en el campo de la producción de hidrógeno en China, Ally Hi-Tech se ha centrado en la investigación y el desarrollo de nuevas soluciones energéticas y tecnologías avanzadas de producción de hidrógeno desde su creación durante más de 20 años.En los campos de la tecnología de producción de hidrógeno a partir de gas natural a pequeña escala, tecnología de producción de hidrógeno con metanol por oxidación catalítica, tecnología de producción de hidrógeno por electrólisis de agua a alta temperatura, tecnología de producción de hidrógeno por descomposición de amoníaco, tecnología de amoníaco sintético a pequeña escala, convertidor de metanol de monómero grande, producción integrada de hidrógeno. y sistemas de hidrogenación, tecnología de purificación direccional de hidrógeno para vehículos, se han logrado muchos avances en campos técnicos de vanguardia como los enumerados anteriormente.
Continuar impulsando la innovación tecnológica en la producción de hidrógeno.
Ally Hi-Tech siempre toma la producción de hidrógeno como el centro de su negocio y continúa llevando a cabo innovaciones tecnológicas en la producción de hidrógeno, como la conversión de metanol, el reformado de gas natural y la purificación direccional de hidrógeno mediante PSA.Entre ellos, un único conjunto de equipos de producción de hidrógeno por conversión de metanol desarrollado y diseñado de forma independiente por la empresa tiene una capacidad de producción de hidrógeno de 20.000 Nm ³/h.La presión máxima alcanza los 3,3Mpa, alcanzando el nivel avanzado internacional, con las ventajas de bajo consumo de energía, seguridad y confiabilidad, proceso simple, desatendido, etc.La empresa ha logrado un gran avance en la tecnología de producción de hidrógeno a partir del reformado de gas natural (método SMR).
Se adopta la tecnología de reformado por intercambio de calor y la capacidad de producción de hidrógeno de un solo conjunto de equipos es de hasta 30.000 Nm ³/h.La presión máxima puede alcanzar los 3,0 MPa, el coste de inversión se reduce considerablemente y el consumo de energía del gas natural se reduce en un 33%;En términos de tecnología de purificación direccional de hidrógeno por adsorción por cambio de presión (PSA), la empresa ha desarrollado una variedad de conjuntos completos de tecnologías de purificación de hidrógeno, y la capacidad de producción de hidrógeno de un solo conjunto de equipos es de 100.000 Nm ³/h.La presión máxima es de 5,0 MPa.Tiene las características de alto grado de automatización, operación simple, buen ambiente y larga vida útil.Ha sido ampliamente utilizado en el campo de la separación de gases industriales.
Figura 1: Equipo de producción de H2 establecido por Ally Hi-Tech
Se presta atención al desarrollo y promoción de productos de la serie de energía del hidrógeno.
Mientras lleva a cabo la innovación en la tecnología de producción de hidrógeno y el desarrollo de productos, Ally Hi-Tech presta atención a ampliar el desarrollo de productos en el campo de las pilas de combustible de hidrógeno, promueve activamente la I+D y la aplicación de catalizadores, adsorbentes, válvulas de control y pequeños módulos modulares de hidrógeno. equipo de producción y sistema de suministro de energía de pila de combustible de larga duración, y promueve vigorosamente la tecnología y el equipo de producción integrada de hidrógeno y estaciones de hidrogenación.En términos de promoción de productos, la calificación profesional del diseño de ingeniería de Ally Hi-Tech es integral.Se compromete a proporcionar productos y servicios integrales de soluciones de energía de hidrógeno, y la aplicación del producto en el mercado se promueve rápidamente.
Se han logrado avances en la aplicación de equipos de producción de hidrógeno.
En la actualidad, Ally Hi-Tech ha construido más de 620 conjuntos de equipos de producción y purificación de hidrógeno.Entre ellos, Ally Hi-Tech ha promovido más de 300 conjuntos de equipos de producción de hidrógeno con metanol, más de 100 conjuntos de equipos de producción de hidrógeno a gas natural y más de 130 conjuntos de equipos de grandes proyectos PSA, y ha emprendido una serie de proyectos de producción de hidrógeno de temas nacionales.
Ally Hi-Tech ha cooperado con empresas famosas en el país y en el extranjero, como Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP, etc.Es uno de los conjuntos completos de proveedores de servicios de equipos con mayor suministro en el campo de equipos de producción de hidrógeno de pequeño y mediano tamaño en el mundo.En la actualidad, el equipo de producción de hidrógeno de Ally Hi-Tech se ha exportado a 16 países y regiones como Estados Unidos, Japón, Corea del Sur, India, Malasia, Filipinas, Pakistán, Myanmar, Tailandia y Sudáfrica.En 2019, el equipo integrado de producción de hidrógeno a gas natural de tercera generación de Ally Hi-Tech se exportó a American Plug Power Inc., que fue diseñado y fabricado en total conformidad con los estándares estadounidenses, creando un precedente para que los equipos de producción de hidrógeno a gas natural de China ser exportado a Estados Unidos.
Figura 2. Equipos integrados de producción e hidrogenación de hidrógeno exportados por Ally Hi-Tech a Estados Unidos
Construcción del primer lote de estación integrada de producción e hidrogenación de hidrógeno.
En vista de los problemas prácticos de las fuentes inestables y los altos precios del hidrógeno como energía, Ally High-Tech se compromete a promover la aplicación de tecnología de producción de hidrógeno altamente integrada y a utilizar el sistema maduro de suministro de metanol existente, la red de gasoductos, GNC y Estaciones de servicio de GNL para reconstruir y ampliar la estación integrada de producción y repostaje de hidrógeno.En septiembre de 2021, se puso en funcionamiento la primera estación nacional integrada de producción e hidrogenación de hidrógeno a gas natural en virtud del contrato general de Ally Hi-Tech en la estación de hidrogenación de Foshan Gas Nanzhuang.
La estación está diseñada con un conjunto de unidades de producción de hidrógeno reformado de gas natural de 1000 kg/día y un conjunto de unidades de producción de hidrógeno por electrólisis de agua de 100 kg/día, con una capacidad de hidrogenación externa de 1000 kg/día.Es una típica estación de hidrogenación integrada de "producción de hidrógeno + compresión + almacenamiento + llenado".Toma la iniciativa en la aplicación de catalizadores de amplio cambio de temperatura respetuosos con el medio ambiente y tecnología de copurificación direccional en la industria, lo que mejora la eficiencia de la producción de hidrógeno en un 3 % y reduce eficazmente el consumo de energía de la producción de hidrógeno.La estación tiene una alta integración, una pequeña superficie y un equipo de producción de hidrógeno altamente integrado.
La producción de hidrógeno en la estación reduce los enlaces de transporte de hidrógeno y el costo de almacenamiento y transporte de hidrógeno, lo que reduce directamente el costo del consumo de hidrógeno.La estación ha reservado una interfaz externa, que puede llenar remolques de tubos largos y servir como estación principal para proporcionar una fuente de hidrógeno para las estaciones de hidrogenación circundantes, formando una subestación integrada de hidrogenación regional.Además, esta estación integrada de producción e hidrogenación de hidrógeno también se puede reconstruir y ampliar basándose en el sistema de distribución de metanol existente, la red de gasoductos y otras instalaciones, así como estaciones de servicio y estaciones de servicio de GNC y GNL, lo cual es fácil de promover y implementar.
Figura 3 Estación integrada de producción e hidrogenación de hidrógeno en Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Lidera activamente la innovación, promoción y aplicación de la industria y los intercambios y la cooperación internacionales.
Como empresa clave de alta tecnología del Programa Nacional Antorcha, una empresa de demostración de nueva economía en la provincia de Sichuan y una nueva empresa especializada y especial en la provincia de Sichuan, Ally Hi-Tech lidera activamente la innovación industrial y promueve los intercambios y la cooperación internacionales.Desde 2005, Ally Hi-Tech ha proporcionado sucesivamente tecnología y equipos de producción de hidrógeno en los principales 863 proyectos nacionales de pilas de combustible: la estación de repostaje de hidrógeno de Anting de Shanghai, la estación de repostaje de hidrógeno de los Juegos Olímpicos de Beijing y la estación de repostaje de hidrógeno de la Expo Mundial de Shanghai, y ha proporcionado todos los proyectos de estaciones de producción de hidrógeno. del centro de lanzamiento espacial de China con altos estándares.
Como miembro del Comité Nacional de Normalización de la Energía del Hidrógeno, Ally Hi-Tech ha participado activamente en la construcción de un sistema de estándares de energía del hidrógeno en el país y en el extranjero, ha liderado la redacción de un estándar nacional de energía del hidrógeno y ha participado en la formulación de siete estándares nacionales. y una norma internacional.Al mismo tiempo, Ally Hi-Tech ha promovido activamente los intercambios y la cooperación internacionales, estableció Chengchuan Technology Co., Ltd. en Japón, desarrolló una nueva generación de tecnología de producción de hidrógeno, tecnología de cogeneración SOFC y productos relacionados, y llevó a cabo cooperaciones con empresas. en los Estados Unidos, Alemania y Japón en los campos de la nueva tecnología de producción de hidrógeno por electrólisis del agua y la tecnología de amoníaco sintético a pequeña escala.Con 45 patentes de China, Estados Unidos y la Unión Europea, Ally Hi-Tech es una típica empresa basada en tecnología y orientada a la exportación.
Sugerencia de política
Según el análisis anterior, basándose en la innovación de la tecnología de producción de hidrógeno, Ally Hi-Tech ha logrado avances en el desarrollo de equipos de producción de hidrógeno, la promoción y aplicación de equipos de producción de hidrógeno, la construcción y operación de estaciones integradas de producción y repostaje de hidrógeno. , Lo cual es de gran importancia para la innovación tecnológica independiente de China en materia de energía de hidrógeno y la reducción del costo del consumo energético de hidrógeno.Para garantizar y mejorar el suministro de energía de hidrógeno, acelerar la construcción de una red de suministro de energía de hidrógeno segura, estable y eficiente y construir un sistema de producción de hidrógeno diversificado, limpio, con bajas emisiones de carbono y de bajo costo, China necesita fortalecer la innovación tecnológica de producción de hidrógeno y desarrollar productos, superar las limitaciones de las políticas y regulaciones y alentar a que se prueben primero nuevos equipos y modelos con potencial de mercado.Al mejorar aún más las políticas de apoyo y optimizar el entorno industrial, ayudaremos a que la industria de la energía del hidrógeno de China se desarrolle con alta calidad y apoyaremos firmemente la transformación verde de la energía.
Mejorar el sistema de políticas de la industria de la energía del hidrógeno.
En la actualidad, se han emitido el "posicionamiento estratégico y las políticas de apoyo de la industria de la energía del hidrógeno", pero no se ha especificado la dirección de desarrollo específica de la industria de la energía del hidrógeno.Para romper los obstáculos institucionales y los cuellos de botella políticos del desarrollo industrial, China necesita fortalecer la innovación política, formular normas perfectas de gestión de la energía del hidrógeno, aclarar los procesos de gestión y las instituciones de gestión de preparación, almacenamiento, transporte y llenado, e implementar las responsabilidades del departamento responsable de supervisión de seguridad.Adherirse al modelo de aplicación de demostración que impulsa el desarrollo industrial y promover integralmente el desarrollo de demostración diversificada de la energía del hidrógeno en el transporte, el almacenamiento de energía, la energía distribuida, etc.
Construir un sistema de suministro de energía de hidrógeno de acuerdo con las condiciones locales.
Los gobiernos locales deben considerar de manera integral la capacidad de suministro de energía de hidrógeno, la base industrial y el espacio de mercado en la región, en función de las ventajas de los recursos existentes y potenciales, seleccionar métodos de producción de hidrógeno apropiados de acuerdo con las condiciones locales, llevar a cabo la construcción de capacidad de garantía de suministro de energía de hidrógeno. , dar prioridad al uso de hidrógeno como subproducto industrial y centrarse en el desarrollo de la producción de hidrógeno a partir de energías renovables.Alentar a las regiones calificadas a cooperar a través de múltiples canales para construir un sistema local de suministro de energía de hidrógeno bajo en carbono, seguro, estable y económico para satisfacer la demanda de suministro de fuentes de hidrógeno a gran escala.
Incrementar la innovación tecnológica de los equipos de producción de hidrógeno.
Centrarse en promover la I + D, la fabricación y la aplicación industrial de equipos clave para la purificación y producción de hidrógeno, y construir un sistema de tecnología de desarrollo de alta calidad para productos de equipos de energía de hidrógeno apoyándose en empresas ventajosas en la cadena industrial.Apoyar a las empresas líderes en el campo de la producción de hidrógeno para que tomen la iniciativa, diseñar plataformas de innovación como el centro de innovación industrial, el centro de investigación de ingeniería, el centro de innovación tecnológica y el centro de innovación de fabricación, abordar problemas clave de los equipos de producción de hidrógeno, apoyar "nuevos equipos especializados y especiales". "Las pequeñas y medianas empresas participarán en la investigación y el desarrollo de tecnologías comunes de equipos de producción de hidrógeno y cultivarán una serie de empresas campeonas únicas con una fuerte capacidad independiente de tecnología central.
Fortalecer el apoyo político a las estaciones integradas de producción y hidrogenación de hidrógeno.
El Plan señala que para explorar nuevos modelos, como estaciones de hidrógeno que integren la producción, el almacenamiento y la hidrogenación de hidrógeno en la estación, debemos superar las limitaciones políticas a la construcción de estaciones integradas desde la raíz.Introducir la ley nacional de energía lo antes posible para determinar el atributo energético del hidrógeno desde el nivel superior.Romper las restricciones a la construcción de estaciones integradas, promover la producción integrada de hidrógeno y las estaciones de hidrogenación y llevar a cabo una demostración piloto de la construcción y operación de estaciones integradas en áreas económicamente desarrolladas con ricos recursos de gas natural.Proporcionar subsidios financieros para la construcción y operación de estaciones integradas que cumplan con los requisitos de economía de precios y estándares de emisiones de carbono, apoyar a las empresas líderes relevantes para que soliciten empresas nacionales "nuevas especializadas y especiales" y mejorar las especificaciones técnicas de seguridad y los estándares del hidrógeno integrado. estaciones de producción e hidrogenación.
Realizar activamente demostración y promoción de nuevos modelos de negocio.
Fomentar la innovación en los modelos de negocio en forma de producción integrada de hidrógeno en estaciones, estaciones integrales de suministro energético de petróleo, hidrógeno y electricidad, y operación coordinada de "hidrógeno, vehículos y estaciones".En áreas con una gran cantidad de vehículos de pila de combustible y alta presión sobre el suministro de hidrógeno, exploraremos estaciones integradas para la producción de hidrógeno e hidrogenación a partir de gas natural, y fomentaremos áreas con precios razonables del gas natural y operaciones de demostración de vehículos de pila de combustible.En áreas con abundantes recursos eólicos e hidroeléctricos y escenarios de aplicación de energía de hidrógeno, construir estaciones integradas de producción e hidrogenación de hidrógeno con energía renovable, expandir gradualmente la escala de demostración, formar experiencias replicables y popularizadas y acelerar la reducción de carbono y costos de la energía del hidrógeno.
(Autor: futuro equipo de investigación industrial del Centro de Consultoría de Información Yiwei Zhiyuan de Beijing)
Hora de publicación: 29 de septiembre de 2022
