Водородная энергетика – Введение в использование водорода 

В настоящее время водород в основном используется в энергетике, нефтехимии и химической промышленности, но с развитием технологий сферы его применения постепенно расширились и стали применяться в сталелитейной промышленности, хранении энергии, строительстве, производстве электроэнергии, смешивании природного газа и в других областях.

(1) В сфере энергетики автомобили на водородных топливных элементах быстро развиваются, но расположение водородных заправочных станций разбросано, а стоимость строительства высока .

В сфере энергетики водород в основном используется в сфере транспорта с водородными топливными элементами в качестве носителей и быстро развивается в последние годы. Водородные топливные элементы обладают преимуществами высокой плотности энергии, высокой эффективности преобразования энергии и нулевого выброса углерода. Они в основном включают две категории: топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC) и твердооксидные топливные элементы (SOFC). В последние годы установленная мощность водородных топливных элементов в моей стране неоднократно достигала исторических максимумов. Данные показывают, что совокупная установленная мощность в 2021 году составила 173,4 мегаватт, что на 119% больше, чем в предыдущем году, а совокупная установленная мощность в 2022 году составила 506 мегаватт, что на 191,7% больше, чем в предыдущем году. Продажи и владение транспортными средствами на водородных топливных элементах в моей стране растут. Согласно статистике Китайской ассоциации автопроизводителей, продажи автомобилей на водородных топливных элементах в Китае быстро росли с 2016 по 2019 год, достигнув 2737 автомобилей в 2019 году. Из-за эпидемии в 2020 году продажи упали до 1177 автомобилей, но продажи начали восстанавливаться в 2021-2022 годах, с продажами 1586 и 3744 автомобилей соответственно. К концу 2022 года совокупное владение автомобилями на водородных топливных элементах достигло 12 682 автомобилей.

Как важная инфраструктура для развития водородной энергетики и последующих применений водородной энергетики, водородные заправочные станции находятся в центре внимания строительной схемы водородной энергетики. Согласно статистике Китайского водородного энергетического альянса, по состоянию на 2022 год в моей стране было построено в общей сложности 310 водородных заправочных станций. С непрерывным ростом числа транспортных средств на топливных элементах и выходом на рынок таких центральных предприятий энергетики, как Sinopec и PetroChina, число отечественных водородных заправочных станций значительно возросло. Долгосрочная цель - построить 10 000 водородных заправочных станций для удовлетворения потребностей 5 миллионов топливных транспортных средств. В настоящее время строительная схема водородных заправочных станций в моей стране относительно разбросана и распределена по более чем 20 провинциям. Среди них провинция Гуандун имеет самые большие масштабы строительства, в общей сложности 39 станций построены к августу 2022 года, но общее строительство все еще не может удовлетворить потребности развития водородных топливных элементов транспортных средств. Кроме того, поскольку компрессоры, водородные заправочные машины и другие ключевые компоненты оборудования (такие как клапаны, прокладки и т. д.) на водородных заправочных станциях моей страны в основном импортируются, стоимость закупки оборудования высока, а стоимость строительства водородных заправочных станций намного выше, чем у заправочных станций и газозаправочных станций.

(2) Водород уже давно применяется в традиционной нефтехимической и химической промышленности, но химическая промышленность с использованием зеленого водорода все еще находится на стадии демонстрационных исследований.

В традиционных нефтехимических и химических областях водород используется уже давно и в больших количествах, а сценарии его применения включают очистку и химическое гидрирование, химический синтез аммиака, мочевины, метанола и т. д. Технические пути в этих областях являются зрелыми, и основные проблемы, с которыми в настоящее время сталкиваются, заключаются в том, как улучшить процесс, сократить потребление энергии и выбросы углерода, а также сократить расходы в условиях ограничений выбросов углерода. Зеленая водородная химическая промышленность является важным способом достижения декарбонизации в нефтехимической и химической промышленности. Shell продвигала сокращение и замену зеленого водорода на серый водород в 2018 году. Она построила 10-мегаваттную установку по производству водорода методом электролиза PEM на своем нефтеперерабатывающем заводе в Рейнланде, Германия, с годовым объемом производства 1300 тонн зеленого водорода, а мощность производства водорода может полностью удовлетворить комплексные потребности нефтеперерабатывающего завода. В январе 2020 года в Ланьчжоуском новом районе был запущен первый в моей стране демонстрационный проект по производству солнечного топлива, демонстрационный проект «Солнечный метанол». Проект состоит из трех системных блоков: фотоэлектрическая генерация электроэнергии, производство водорода электролизом воды и гидрирование диоксида углерода в метанол с годовым объемом производства около 1440 тонн метанола. Демонстрационный проект фокусируется на исследовании эффективного производства водорода электролизом воды и технологии каталитического гидрирования диоксида углерода в метанол с использованием твердого раствора катализатора. В ноябре 2021 года началось строительство демонстрационного проекта по производству зеленого водорода Sinopec Xinjiang Kuche. В рамках проекта будет построена новая фотоэлектрическая электростанция с установленной мощностью 300 мегаватт и годовой выработкой электроэнергии 618 миллионов кВт·ч, а также завод по производству водорода электролизом воды с годовой производительностью 20 000 тонн. Полученный водород будет транспортироваться по трубопроводу в компанию Tahe Refining and Chemical Company для производства на нефтеперерабатывающих заводах. Начало строительства этих демонстрационных проектов знаменует собой важный шаг вперед для химической промышленности зеленого водорода в моей стране, но эта отрасль по-прежнему сталкивается с проблемами в области технологий и экономических выгод, и в будущем необходимы дальнейшие исследования и разведка.

(3) Применение водорода в области металлургии стали, хранения энергии, строительства, производства электроэнергии и смешивания природного газа с водородом все еще находится на ранних стадиях.

В областях металлургии железа и стали, хранения энергии, строительства, генерации электроэнергии и смешивания природного газа с водородом моя страна в настоящее время в основном находится на стадии испытаний или стадии мелкомасштабного применения. Взяв в качестве примера металлургию железа и стали, использование водорода вместо кокса в качестве восстановителя для металлургии железа и стали является важным путем для сталелитейной промышленности для достижения цели глубокой декарбонизации. Однако в настоящее время это сопряжено с высокими затратами. Только несколько стран в мире, такие как Швеция и Германия, опубликовали кейсы по технологии водородной металлургии. С 2019 года китайские сталелитейные компании также активно изучают водородную металлургию. Основными участниками являются Baowu Group, Hesteel Group и China Steel Research Institute, но проект все еще находится на стадии промышленных испытаний. Его инфраструктура несовершенна, соответствующие стандарты неясны, стоимость высока, а безопасное использование водорода все еще существует.