Innovation, vulgarisation et application de la technologie de production d'énergie hydrogène - une étude de cas d'Ally Hi-Tech
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Note de l'éditeur : Il s'agit d'un article initialement publié par le compte officiel de Wechat : China Thinktank
Le 23 mars, la Commission nationale du développement et de la réforme et l'Administration nationale de l'énergie de Chine ont publié conjointement le plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) (ci-après dénommé le plan), qui définit les objectifs énergétiques. attribut de l’hydrogène et a proposé que l’énergie hydrogène fasse partie intégrante du futur système énergétique national et soit l’orientation clé des nouvelles industries stratégiques.Les véhicules à pile à combustible constituent le principal domaine d’application de l’énergie hydrogène et la percée du développement industriel en Chine.
En 2021, sous l'impulsion de la politique nationale de démonstration et d'application de véhicules à pile à combustible, les cinq agglomérations urbaines de Pékin, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei et Henan ont été successivement lancées, la démonstration et l'application à grande échelle de 10 000 véhicules à pile à combustible ont commencé. sera lancé, et le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène, motivé par la démonstration et l'application de véhicules à pile à combustible, a été mis en pratique.
Dans le même temps, des avancées ont également été réalisées dans l'application et l'exploration de l'énergie hydrogène dans des domaines autres que les transports, tels que l'acier, l'industrie chimique et la construction.À l’avenir, les applications diversifiées et multi-scénarios de l’énergie hydrogène entraîneront une forte demande d’hydrogène.Selon les prévisions de la China Hydrogen Energy Alliance, d'ici 2030, la demande chinoise en hydrogène atteindra 35 millions de tonnes, et l'énergie hydrogène représentera au moins 5 % du système énergétique terminal de la Chine ;D'ici 2050, la demande en hydrogène atteindra près de 60 millions de tonnes, l'énergie hydrogène représentera plus de 10 % du système énergétique terminal de la Chine et la valeur de production annuelle de la chaîne industrielle atteindra 12 000 milliards de yuans.
Du point de vue du développement industriel, l’industrie chinoise de l’énergie hydrogène en est encore à ses premiers stades de développement.Dans le processus d'application, de démonstration et de promotion de l'énergie hydrogène, l'approvisionnement insuffisant et le coût élevé de l'hydrogène comme source d'énergie ont toujours constitué un problème difficile limitant le développement de l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène.En tant que maillon central de l'approvisionnement en hydrogène, les problèmes du prix départ usine élevé et des coûts élevés de stockage et de transport de l'hydrogène pour les véhicules restent importants.
Par conséquent, la Chine doit de toute urgence accélérer l’innovation, la vulgarisation et l’application de technologies de production d’hydrogène à faible coût, améliorer l’économie des applications de démonstration en réduisant le coût de l’approvisionnement en énergie de l’hydrogène, soutenir l’application de démonstration à grande échelle des véhicules à pile à combustible et puis piloter le développement de l’ensemble de l’industrie de l’énergie hydrogène.
Le prix élevé de l'hydrogène est un problème majeur dans le développement de l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène
La Chine est un grand pays producteur d’hydrogène.La production d'hydrogène est distribuée dans les industries pétrochimiques, chimiques, de cokéfaction et autres.La majeure partie de l’hydrogène produit est utilisée comme produits intermédiaires pour le raffinage du pétrole, l’ammoniac synthétique, le méthanol et d’autres produits chimiques.Selon les statistiques de la China Hydrogen Energy Alliance, la production actuelle d'hydrogène en Chine est d'environ 33 millions de tonnes, provenant principalement du charbon, du gaz naturel et d'autres énergies fossiles et de l'épuration des gaz sous-produits industriels.Parmi eux, la production d'hydrogène à partir du charbon est de 21,34 millions de tonnes, soit 63,5 %.Viennent ensuite la production d'hydrogène sous-produit industriel et de gaz naturel, avec une production de 7,08 millions de tonnes et 4,6 millions de tonnes respectivement.La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est relativement faible, environ 500 000 tonnes.
Bien que le processus de production industrielle d'hydrogène soit mature, que la chaîne industrielle soit complète et que l'acquisition soit relativement pratique, l'approvisionnement en hydrogène énergétique reste confronté à de grands défis.Le coût plus élevé des matières premières et le coût de transport de la production d’hydrogène entraînent un prix d’approvisionnement terminal plus élevé de l’hydrogène.Afin de vulgariser et d'appliquer à grande échelle la technologie de l'énergie hydrogène, la clé est de surmonter le goulot d'étranglement que représentent les coûts d'acquisition et de transport élevés de l'hydrogène.Parmi les méthodes de production d’hydrogène existantes, le coût de production d’hydrogène au charbon est faible, mais le niveau d’émission de carbone est élevé.Le coût de la consommation énergétique de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau dans les grandes industries est élevé.
Même avec une faible consommation d'électricité, le coût de production d'hydrogène est supérieur à 20 yuans/kg.Le faible coût et le faible niveau d'émission de carbone de la production d'hydrogène à partir de l'abandon de l'énergie renouvelable constituent une direction importante pour l'obtention d'hydrogène à l'avenir.À l'heure actuelle, la technologie mûrit progressivement, mais le lieu d'acquisition est relativement éloigné, les coûts de transport sont très élevés et il n'y a pas de scénario de promotion et d'application.Du point de vue de la composition du coût de l'hydrogène, 30 à 45 % du prix de l'hydrogène énergétique correspond au coût du transport et du remplissage de l'hydrogène.La technologie de transport d'hydrogène existante basée sur l'hydrogène gazeux à haute pression a moins de volume de transport par véhicule unique, une faible valeur économique du transport longue distance, et les technologies de stockage et de transport à l'état solide et de l'hydrogène liquide ne sont pas matures.L'externalisation de l'hydrogène gazeux dans les stations de ravitaillement en hydrogène reste la voie principale.
Dans les spécifications de gestion actuelles, l’hydrogène est toujours répertorié comme gestion des produits chimiques dangereux.La production industrielle d’hydrogène à grande échelle doit entrer dans le parc de l’industrie chimique.La production d’hydrogène à grande échelle ne répond pas à la demande d’hydrogène pour les véhicules décentralisés, ce qui entraîne des prix élevés pour l’hydrogène.Une technologie hautement intégrée de production et de ravitaillement en hydrogène est nécessaire de toute urgence pour réaliser une avancée décisive.Le niveau de prix de la production d’hydrogène gazier est raisonnable, ce qui permet de réaliser un approvisionnement stable et à grande échelle.Par conséquent, dans les zones où le gaz naturel est relativement abondant, la station intégrée de production et de ravitaillement en hydrogène basée sur le gaz naturel constitue une option d'approvisionnement en hydrogène réalisable et une voie réaliste pour promouvoir la station de ravitaillement en hydrogène afin de réduire les coûts et de résoudre le problème difficile du ravitaillement dans certaines régions. zones.À l'heure actuelle, il existe environ 237 stations de production d'hydrogène intégrées montées sur skid dans le monde, ce qui représente environ un tiers du nombre total de stations de ravitaillement en hydrogène étrangères.Parmi eux, le Japon, l'Europe, l'Amérique du Nord et d'autres régions adoptent largement le mode de fonctionnement de la station intégrée de production et de ravitaillement en hydrogène dans la station.En termes de situation intérieure, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou et d'autres endroits ont commencé à explorer la construction pilote et l'exploitation de stations intégrées de production et de ravitaillement en hydrogène.On peut prédire qu'après la percée des politiques et réglementations en matière de gestion et de production d'hydrogène, la station intégrée de production et de ravitaillement en hydrogène sera le choix réaliste pour l'exploitation commerciale de la station de ravitaillement en hydrogène.
Expérience en innovation, vulgarisation et application de la technologie de production d'hydrogène d'Ally Hi-Tech
En tant qu'entreprise leader dans le domaine de la production d'hydrogène en Chine, Ally Hi-Tech se concentre depuis plus de 20 ans sur la recherche et le développement de nouvelles solutions énergétiques et de technologies avancées de production d'hydrogène.Dans les domaines de la technologie de production d'hydrogène au gaz naturel à petite échelle, de la technologie de production d'hydrogène par oxydation catalytique, de la technologie de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau à haute température, de la technologie de production d'hydrogène par décomposition de l'ammoniac, de la technologie de l'ammoniac synthétique à petite échelle, du grand convertisseur de méthanol monomère, de la production intégrée d'hydrogène. et le système d'hydrogénation, la technologie de purification directionnelle de l'hydrogène des véhicules, de nombreuses percées ont été réalisées dans des domaines techniques de pointe tels que ceux énumérés ci-dessus.
Continuer à promouvoir l’innovation technologique dans la production d’hydrogène.
Ally Hi-Tech place toujours la production d'hydrogène au cœur de son activité et continue de réaliser des innovations technologiques dans la production d'hydrogène telles que la conversion du méthanol, le reformage du gaz naturel et la purification directionnelle PSA de l'hydrogène.Parmi eux, un seul ensemble d'équipements de production d'hydrogène par conversion de méthanol développé et conçu indépendamment par l'entreprise a une capacité de production d'hydrogène de 20 000 Nm³/h.La pression maximale atteint 3,3 Mpa, atteignant le niveau avancé international, avec les avantages d'une faible consommation d'énergie, de sécurité et de fiabilité, d'un processus simple, sans surveillance, etc. ;L'entreprise a réalisé une percée dans la technologie de production d'hydrogène par reformage du gaz naturel (méthode SMR).
La technologie de reformage par échange thermique est adoptée et la capacité de production d'hydrogène d'un seul ensemble d'équipements peut atteindre 30 000 Nm³/h.La pression maximale peut atteindre 3,0 MPa, le coût d'investissement est considérablement réduit et la consommation d'énergie du gaz naturel est réduite de 33 % ;En termes de technologie de purification directionnelle de l'hydrogène par adsorption modulée en pression (PSA), la société a développé une variété d'ensembles complets de technologies de purification de l'hydrogène, et la capacité de production d'hydrogène d'un seul ensemble d'équipements est de 100 000 Nm³/h.La pression maximale est de 5,0 MPa.Il présente les caractéristiques d'un degré élevé d'automatisation, d'un fonctionnement simple, d'un bon environnement et d'une longue durée de vie.Il a été largement utilisé dans le domaine de la séparation des gaz industriels.
Figure 1 : Équipement de production H2 défini par Ally Hi-Tech
Attention portée au développement et à la promotion de produits de la série hydrogène énergie.
Tout en menant l'innovation technologique de production d'hydrogène et le développement de produits, Ally Hi-Tech veille à l'expansion du développement de produits dans le domaine des piles à combustible à hydrogène en aval, promeut activement la R&D et l'application de catalyseurs, d'adsorbants, de vannes de régulation, de petits hydrogènes modulaires. équipement de production et système d'alimentation électrique à pile à combustible longue durée, et promeut vigoureusement la technologie et l'équipement de la station intégrée de production et d'hydrogénation d'hydrogène.En termes de promotion des produits, la qualification professionnelle de la conception technique Ally Hi-Tech est complète.Elle s'engage à fournir des produits et services de solutions énergétiques à base d'hydrogène à guichet unique, et l'application du produit sur le marché est promue rapidement.
Des avancées ont été réalisées dans l’application des équipements de production d’hydrogène.
À l'heure actuelle, plus de 620 ensembles d'équipements de production et de purification d'hydrogène ont été construits par Ally Hi-Tech.Parmi eux, Ally Hi-Tech a promu plus de 300 ensembles d'équipements de production d'hydrogène au méthanol, plus de 100 ensembles d'équipements de production d'hydrogène au gaz naturel et plus de 130 ensembles d'équipements de grands projets PSA, et a entrepris un certain nombre de projets de production d'hydrogène de sujets nationaux.
Ally Hi-Tech a coopéré avec des sociétés célèbres au pays et à l'étranger, telles que Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP, etc.Il s'agit de l'un des ensembles complets de fournisseurs de services d'équipement offrant la plus grande offre dans le domaine des équipements de production d'hydrogène de petite et moyenne taille au monde.À l'heure actuelle, l'équipement de production d'hydrogène Ally Hi-Tech a été exporté vers 16 pays et régions, dont les États-Unis, le Japon, la Corée du Sud, l'Inde, la Malaisie, les Philippines, le Pakistan, le Myanmar, la Thaïlande et l'Afrique du Sud.En 2019, l'équipement intégré de production d'hydrogène au gaz naturel de troisième génération d'Ally Hi-Tech a été exporté vers American Plug Power Inc., qui a été conçu et fabriqué en totale conformité avec les normes américaines, créant un précédent pour l'équipement de production d'hydrogène au gaz naturel de la Chine. être exporté aux États-Unis.
Figure 2. Équipements intégrés de production et d'hydrogénation d'hydrogène exportés par Ally Hi-Tech aux États-Unis
Construction du premier lot de station intégrée de production et d’hydrogénation d’hydrogène.
Compte tenu des problèmes pratiques liés aux sources instables et aux prix élevés de l'hydrogène pour l'énergie, Ally High-Tech s'engage à promouvoir l'application d'une technologie de production d'hydrogène hautement intégrée et à utiliser le système d'approvisionnement en méthanol existant, le réseau de gazoducs, le GNC et le gaz naturel. Stations-service GNL pour reconstruire et agrandir la station intégrée de production et de ravitaillement en hydrogène.En septembre 2021, la première station nationale intégrée de production et d'hydrogénation d'hydrogène au gaz naturel dans le cadre du contrat général d'Ally Hi-Tech a été mise en service à la station d'hydrogénation de Foshan Gas Nanzhuang.
La station est conçue avec un ensemble d'unités de production d'hydrogène par reformage de gaz naturel de 1 000 kg/jour et un ensemble d'unités de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau de 100 kg/jour, avec une capacité d'hydrogénation externe de 1 000 kg/jour.Il s'agit d'une station d'hydrogénation intégrée type « production d'hydrogène + compression + stockage + remplissage ».Elle prend la tête de l'application d'un catalyseur à large changement de température respectueux de l'environnement et d'une technologie de co-purification directionnelle dans l'industrie, ce qui améliore l'efficacité de la production d'hydrogène de 3 % et réduit efficacement la consommation d'énergie de la production d'hydrogène.La station dispose d'une intégration élevée, d'une petite surface au sol et d'équipements de production d'hydrogène hautement intégrés.
La production d'hydrogène dans la station réduit les liaisons de transport de l'hydrogène ainsi que le coût du stockage et du transport de l'hydrogène, ce qui réduit directement le coût de la consommation d'hydrogène.La station a réservé une interface externe, qui peut remplir de longues remorques à tubes et servir de station mère pour fournir une source d'hydrogène aux stations d'hydrogénation environnantes, formant ainsi une station intégrée sous-mère d'hydrogénation régionale.En outre, cette station intégrée de production et d'hydrogénation d'hydrogène peut également être reconstruite et agrandie sur la base du système de distribution de méthanol existant, du réseau de gazoducs et d'autres installations, ainsi que des stations-service et des stations-service de GNC et GNL, ce qui est facile à promouvoir et mettre en œuvre.
Figure 3 Station intégrée de production et d'hydrogénation d'hydrogène à Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Dirige activement l’innovation, la promotion et l’application de l’industrie ainsi que les échanges et la coopération internationaux.
En tant qu'entreprise de haute technologie clé du programme national Torch, entreprise de démonstration de la nouvelle économie dans la province du Sichuan et nouvelle entreprise spécialisée et spéciale dans la province du Sichuan, Ally Hi-Tech mène activement l'innovation industrielle et promeut les échanges et la coopération internationaux.Depuis 2005, Ally Hi-Tech a successivement fourni des technologies et des équipements de production d'hydrogène dans les principaux projets nationaux de piles à combustible 863 - la station de ravitaillement en hydrogène de Shanghai Anting, la station de ravitaillement en hydrogène des Jeux olympiques de Pékin et la station de ravitaillement en hydrogène de l'Exposition universelle de Shanghai, et a fourni tous les projets de stations de production d'hydrogène. du centre de lancement spatial chinois avec des normes élevées.
En tant que membre du Comité national de normalisation de l'énergie hydrogène, Ally Hi-Tech a participé activement à la construction d'un système de normes énergétiques hydrogène au pays et à l'étranger, a dirigé la rédaction d'une norme nationale sur l'énergie hydrogène et a participé à la formulation de sept normes nationales. et une norme internationale.Dans le même temps, Ally Hi-Tech a activement promu les échanges et la coopération internationaux, a créé Chengchuan Technology Co., Ltd. au Japon, a développé une nouvelle génération de technologie de production d'hydrogène, de technologie de cogénération SOFC et de produits associés, et a mené une coopération avec des entreprises. aux États-Unis, en Allemagne et au Japon dans les domaines de la nouvelle technologie de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau et de la technologie de l'ammoniac synthétique à petite échelle.Avec 45 brevets déposés en Chine, aux États-Unis et dans l'Union européenne, Ally Hi-Tech est une entreprise typique axée sur la technologie et orientée vers l'exportation.
Suggestion de politique
Selon l'analyse ci-dessus, basée sur l'innovation de la technologie de production d'hydrogène, Ally Hi-Tech a réalisé des percées dans le développement d'équipements de production d'hydrogène, la promotion et l'application d'équipements de production d'hydrogène, la construction et l'exploitation de stations intégrées de production et de ravitaillement d'hydrogène. , ce qui revêt une grande importance pour l'innovation technologique indépendante de la Chine en matière d'énergie hydrogène et pour la réduction du coût de la consommation d'hydrogène énergétique.Afin d'assurer et d'améliorer l'approvisionnement en énergie hydrogène, d'accélérer la construction d'un réseau d'approvisionnement en énergie hydrogène sûr, stable et efficace et de construire un système de production d'hydrogène diversifié, propre, à faible intensité de carbone et à faible coût, la Chine doit renforcer l'innovation technologique en matière de production d'hydrogène et développement de produits, briser les contraintes des politiques et des réglementations et encourager les nouveaux équipements et modèles ayant un potentiel commercial à essayer en premier.En améliorant encore les politiques de soutien et en optimisant l'environnement industriel, nous aiderons l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène à se développer de haute qualité et soutiendrons fermement la transformation verte de l'énergie.
Améliorer le système politique de l’industrie de l’énergie hydrogène.
À l'heure actuelle, le « positionnement stratégique et les politiques de soutien de l'industrie de l'énergie hydrogène » ont été publiés, mais l'orientation spécifique du développement de l'industrie de l'énergie hydrogène n'a pas été précisée.Afin de briser les obstacles institutionnels et les goulots d'étranglement politiques du développement industriel, la Chine doit renforcer l'innovation politique, formuler des normes parfaites de gestion de l'énergie hydrogène, clarifier les processus de gestion et les institutions de gestion de la préparation, du stockage, du transport et du remplissage, et mettre en œuvre les responsabilités du service responsable de la supervision de la sécurité.Adhérer au modèle d'application de démonstration qui stimule le développement industriel et promouvoir de manière globale le développement de démonstration diversifié de l'énergie hydrogène dans les transports, le stockage d'énergie, l'énergie distribuée, etc.
Construire un système d’approvisionnement en énergie hydrogène en fonction des conditions locales.
Les gouvernements locaux devraient examiner de manière globale la capacité d'approvisionnement en énergie hydrogène, la base industrielle et l'espace de marché dans la région, sur la base des avantages des ressources existantes et potentielles, sélectionner les méthodes de production d'hydrogène appropriées en fonction des conditions locales, procéder à la construction d'une capacité de garantie d'approvisionnement en énergie hydrogène. , donner la priorité à l’utilisation de l’hydrogène sous-produit industriel et se concentrer sur le développement de la production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables.Encourager les régions qualifiées à coopérer par le biais de multiples canaux pour construire un système d'approvisionnement local en hydrogène à faible émission de carbone, sûr, stable et économique afin de répondre à la demande d'approvisionnement en sources d'hydrogène à grande échelle.
Augmenter l’innovation technologique des équipements de production d’hydrogène.
Se concentrer sur la promotion de la R&D, de la fabrication et de l'application industrielle d'équipements clés pour la purification et la production d'hydrogène, et construire un système technologique de développement de haute qualité pour les produits d'équipements énergétiques à hydrogène en s'appuyant sur des entreprises avantageuses dans la chaîne industrielle.Aider les entreprises leaders dans le domaine de la production d'hydrogène à prendre les devants, mettre en place des plates-formes d'innovation telles qu'un centre d'innovation industrielle, un centre de recherche en ingénierie, un centre d'innovation technologique et un centre d'innovation manufacturière, s'attaquer aux problèmes clés des équipements de production d'hydrogène, soutenir les « nouveaux " Les petites et moyennes entreprises doivent participer à la recherche et au développement de technologies communes d'équipements de production d'hydrogène et cultiver un certain nombre d'entreprises championnes uniques dotées d'une forte capacité indépendante en matière de technologie de base.
Renforcer le soutien politique aux stations intégrées de production et d’hydrogénation d’hydrogène.
Le Plan souligne que pour explorer de nouveaux modèles tels que les stations à hydrogène intégrant la production, le stockage et l’hydrogénation d’hydrogène dans la station, nous devons briser les contraintes politiques sur la construction de stations intégrées depuis la racine.Introduire dès que possible la loi nationale sur l'énergie pour déterminer l'attribut énergétique de l'hydrogène à partir du niveau supérieur.Supprimer les restrictions sur la construction de stations intégrées, promouvoir les stations intégrées de production et d'hydrogénation d'hydrogène et réaliser des démonstrations pilotes de la construction et de l'exploitation de stations intégrées dans les zones économiquement développées et riches en ressources en gaz naturel.Fournir des subventions financières pour la construction et l'exploitation de stations intégrées qui répondent aux exigences des normes d'économie de prix et d'émission de carbone, aider les principales entreprises concernées à postuler pour des entreprises nationales « spécialisées et nouvelles » et améliorer les spécifications techniques et les normes de sécurité de l'hydrogène intégré. stations de production et d’hydrogénation.
Effectuer activement la démonstration et la promotion de nouveaux modèles commerciaux.
Encourager l'innovation en matière de modèles économiques sous la forme d'une production intégrée d'hydrogène dans les stations, de stations d'approvisionnement en énergie complètes pour le pétrole, l'hydrogène et l'électricité et d'une exploitation coordonnée de « l'hydrogène, des véhicules et des stations ».Dans les zones où il y a un grand nombre de véhicules à pile à combustible et une forte pression sur l'approvisionnement en hydrogène, nous explorerons des stations intégrées pour la production et l'hydrogénation d'hydrogène à partir du gaz naturel, et encouragerons les zones où les prix du gaz naturel sont raisonnables et l'exploitation de démonstration de véhicules à pile à combustible.Dans les zones disposant d'abondantes ressources éoliennes et hydroélectriques et de scénarios d'application de l'énergie hydrogène, construire des stations intégrées de production et d'hydrogénation d'hydrogène avec des énergies renouvelables, étendre progressivement l'échelle de démonstration, former une expérience reproductible et vulgarisée et accélérer la réduction des émissions de carbone et des coûts de l'hydrogène énergétique.
(Auteur : équipe de recherche sur l'industrie du futur du Centre de conseil en information Yiwei Zhiyuan de Pékin)
Heure de publication : 29 septembre 2022
