수소에너지 생산기술의 혁신, 대중화 및 적용 - 알리하이테크 사례연구
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편집자 주: 이 기사는 원래 Wechat 공식 계정인 China Thinktank에서 게시한 기사입니다.
3월 23일 국가발전개혁위원회와 중국 국가에너지국은 공동으로 수소에너지 산업 발전을 위한 중장기 계획(2021~2035년)(이하 계획)을 발표했다. 수소에너지가 미래 국가 에너지 시스템의 핵심이자 전략적 신산업의 핵심 방향임을 제시한 것이다.연료전지 자동차는 수소 에너지 응용 분야의 선도적인 분야이자 중국 산업 발전의 돌파구입니다.
2021년에는 국가 연료전지 자동차 실증 및 적용 정책에 따라 베이징, 텐진, 허베이, 상하이, 광둥, 허베이, 허난의 5개 도시 집합이 순차적으로 출범하고 10,000대의 연료전지 자동차의 대규모 실증 및 적용이 시작되었습니다. 연료전지차 실증 및 적용을 중심으로 수소에너지 산업 발전을 추진하고 있습니다.
동시에 철강, 화학산업, 건설 등 비운송 분야에서 수소에너지의 활용과 탐색에도 획기적인 발전이 이루어졌습니다.미래에는 수소 에너지의 다양화 및 다중 시나리오 응용으로 인해 수소에 대한 수요가 늘어날 것입니다.중국수소에너지연맹(China Hydrogen Energy Alliance)의 예측에 따르면 2030년까지 중국의 수소 수요는 3,500만 톤에 도달하고 수소 에너지는 중국 최종 에너지 시스템의 최소 5%를 차지할 것으로 예상됩니다.2050년까지 수소 수요는 6천만 톤에 가까워지고, 수소 에너지는 중국 최종 에너지 시스템의 10% 이상을 차지하며, 산업 체인의 연간 생산량은 12조 위안에 달할 것입니다.
산업 발전의 관점에서 볼 때, 중국의 수소 에너지 산업은 아직 발전 초기 단계에 있습니다.수소 에너지의 적용, 실증, 홍보 과정에서 에너지용 수소의 공급 부족과 높은 비용은 항상 중국 수소 에너지 산업의 발전을 제한하는 어려운 문제였습니다.수소 공급의 핵심 고리로서 차량용 수소의 높은 출고 가격과 높은 저장 및 운송 비용 문제가 여전히 두드러집니다.
따라서 중국은 저비용 수소 생산 기술의 혁신, 대중화 및 적용을 가속화하고, 수소 에너지 공급 비용을 절감하여 실증 적용의 경제성을 개선하고, 연료 전지 차량의 대규모 실증 적용을 지원하고, 수소에너지 산업 전반의 발전을 견인하겠습니다.
높은 수소 가격은 중국 수소 에너지 산업 발전의 주요 문제입니다.
중국은 수소를 생산하는 대국이다.수소 생산은 석유화학, 화학, 코크스화 및 기타 산업에 분산되어 있습니다.생산된 수소의 대부분은 석유 정제, 합성 암모니아, 메탄올 및 기타 화학 제품의 중간 생성물로 사용됩니다.중국수소에너지연맹(China Hydrogen Energy Alliance)의 통계에 따르면 현재 중국의 수소 생산량은 약 3,300만 톤에 달하며 주로 석탄, 천연가스 및 기타 화석 에너지와 산업 부산물 가스 정화를 통해 생산됩니다.그 중 석탄을 이용한 수소 생산 생산량은 2,134만톤으로 63.5%를 차지한다.이어 산업용 부생수소와 천연가스 수소 생산량이 각각 708만톤, 460만톤을 기록했다.물 전기분해에 의한 수소 생산량은 약 50만 톤으로 상대적으로 적습니다.
산업 수소 생산 공정이 성숙하고 산업 체인이 완전하며 인수가 상대적으로 편리하지만 에너지 수소 공급은 여전히 큰 어려움에 직면해 있습니다.수소 생산의 원자재 비용과 운송 비용이 높을수록 수소 최종 공급 가격도 높아집니다.수소에너지 기술의 대규모 대중화와 적용을 실현하기 위해서는 높은 수소 획득비용과 운송비용의 병목현상을 극복하는 것이 관건이다.기존 수소생산방식 중 석탄수소 생산비용은 저렴하지만 탄소배출량은 높다.대규모 산업에서 물 전기분해를 통한 수소 생산의 에너지 소비 비용은 높다.
낮은 전력으로도 수소 생산 비용이 20위안/kg 이상이다.재생에너지의 전력 포기로 인한 수소 생산의 저비용, 저탄소 배출 수준은 미래 수소 확보를 위한 중요한 방향이다.현재 기술은 점차 성숙해졌지만 획득 장소가 상대적으로 멀고 운송 비용이 매우 높으며 홍보 및 적용 시나리오가 없습니다.수소 비용 구성 관점에서 에너지수소 가격의 30~45%는 수소 수송과 충전 비용이다.기존의 고압가스수소를 기반으로 한 수소 수송기술은 차량 1대 수송량이 적고, 장거리 수송에 따른 경제적 가치가 열악하며, 고체 저장 및 수송 기술과 액화수소 기술이 성숙하지 못한 상황이다.수소충전소에 가스수소를 아웃소싱하는 것이 여전히 주된 방식이다.
현행 관리기준에는 수소가 여전히 유해화학물질 관리대상으로 기재돼 있다.대규모 산업용 수소 생산이 화학 산업 단지에 진입해야 합니다.대규모 수소 생산은 분산형 차량의 수소 수요를 충족하지 못하여 수소 가격이 높아집니다.돌파구를 마련하기 위해서는 고도로 통합된 수소 생산 및 충전 기술이 시급히 필요합니다.천연가스 수소 생산 가격 수준이 합리적이어서 대규모의 안정적인 공급을 실현할 수 있다.따라서 천연가스가 상대적으로 풍부한 지역에서 천연가스를 기반으로 하는 통합 수소 생산 및 충전소는 실행 가능한 수소 공급 옵션이자 수소 충전소를 촉진하여 비용을 절감하고 일부 지역에서 어려운 연료 보급 문제를 해결하는 현실적인 경로입니다. 지역.현재 전 세계에는 약 237개의 스키드 장착형 통합 수소생산 스테이션이 있으며, 이는 전체 해외 수소충전소 수의 약 1/3을 차지합니다.그 중 일본, 유럽, 북미 및 기타 지역에서는 통합 수소 생산 및 충전소의 운영 모드를 널리 채택하고 있습니다.국내 상황에 따라 포산, 웨이팡, 다퉁, 장자커우 등 지역에서는 통합 수소 생산 및 충전소의 시범 건설 및 운영을 모색하기 시작했습니다.수소 관리와 수소 생산 정책 및 규제의 획기적인 발전 이후 통합 수소 생산 및 충전소는 수소 충전소의 상업적 운영을 위한 현실적인 선택이 될 것으로 예측할 수 있습니다.
알리하이테크 수소생산기술 혁신, 대중화, 응용 경험
Ally Hi-Tech는 중국 수소 생산 분야의 선두 기업으로서 창립 이래 20년 이상 신에너지 솔루션과 첨단 수소 생산 기술의 연구 개발에 주력해 왔습니다.소규모 천연가스 수소생산 기술, 촉매산화 메탄올 수소생산 기술, 고온수전해 수소생산 기술, 암모니아분해수소 생산기술, 소규모 합성암모니아 기술, 대형단량체 메탄올 전환장치, 통합수소생산 분야 및 수소화 시스템, 차량용 수소 지향성 정화 기술 등 위에 나열된 첨단 기술 분야에서 많은 획기적인 발전이 이루어졌습니다.
수소 생산 기술 혁신을 지속적으로 추진합니다.
Ally Hi-Tech은 항상 수소생산을 사업의 핵심으로 삼고, 메탄올 전환, 천연가스 개질, 수소의 PSA 방향성 정제 등 수소생산 분야의 기술 혁신을 지속적으로 수행하고 있습니다.그 중 회사가 독자적으로 개발하고 설계한 메탄올 전환 수소 생산 장비 단일 세트의 수소 생산 능력은 20000Nm 3/h입니다.최대 압력은 3.3Mpa에 도달하여 국제 선진 수준에 도달했으며 낮은 에너지 소비, 안전 및 신뢰성, 간단한 프로세스, 무인 등의 장점을 가지고 있습니다.천연가스 개질(SMR 공법) 수소생산 기술에 획기적인 발전을 이루었습니다.
열 교환 개질 기술이 채택되었으며 단일 장비 세트의 수소 생산 용량은 최대 30000Nm 3/h입니다.최대 압력은 3.0MPa에 도달할 수 있으며 투자 비용이 크게 줄어들고 천연 가스의 에너지 소비가 33% 감소합니다.압력 변동 흡착(PSA) 수소 방향성 정화 기술 측면에서 회사는 다양한 수소 정화 기술의 완전한 세트를 개발했으며 단일 장비 세트의 수소 생산 용량은 100,000Nm 3/h입니다.최대 압력은 5.0MPa입니다.높은 수준의 자동화, 간단한 조작, 좋은 환경 및 긴 서비스 수명이 특징입니다.산업용 가스 분리 분야에서 널리 사용되었습니다.
그림 1: Ally Hi-Tech의 H2 생산 장비 세트
수소에너지 시리즈 제품 개발 및 홍보에 주목
앨리하이테크는 수소생산 기술혁신과 제품개발을 진행하는 동시에 다운스트림 수소연료전지 분야의 제품개발 확대에 주목하고, 촉매, 흡착제, 컨트롤밸브, 모듈형 소형수소 등의 연구개발 및 응용을 적극 추진하고 있다. 생산 장비 및 장수명 연료 전지 전원 공급 시스템을 구축하고 통합 수소 생산 및 수소화 스테이션 기술 및 장비를 적극적으로 홍보합니다.제품 홍보 측면에서 Ally Hi-Tech 엔지니어링 디자인의 전문 자격은 포괄적입니다.원스톱 수소에너지 솔루션 제품 및 서비스 제공에 최선을 다하고 있으며, 제품 시장 적용이 빠르게 추진되고 있습니다.
수소 생산 장비의 응용 분야에서 획기적인 발전이 이루어졌습니다.
현재 Ally Hi-Tech에서는 620세트 이상의 수소 생산 및 수소 정화 장비를 구축했습니다.그 중 Ally Hi-Tech는 300세트 이상의 메탄올 수소 생산 장비, 100세트 이상의 천연가스 수소 생산 장비, 130세트 이상의 대형 PSA 프로젝트 장비를 홍보했으며 다음과 같은 다수의 수소 생산 프로젝트를 수행했습니다. 국가 주제.
Ally Hi-Tech는 Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP 등과 같은 국내외 유명 기업과 협력해 왔습니다.이는 세계 중소형 수소 생산 장비 분야에서 가장 큰 공급량을 보유한 완벽한 장비 서비스 제공업체 중 하나입니다.현재 Ally Hi-Tech 수소 생산 장비는 미국, 일본, 한국, 인도, 말레이시아, 필리핀, 파키스탄, 미얀마, 태국, 남아프리카공화국 등 16개 국가 및 지역에 수출되었습니다.2019년에는 Ally Hi-Tech의 3세대 통합 천연가스 수소 생산 장비가 American Plug Power Inc.에 수출되었으며, 이 장비는 미국 표준에 완전히 부합하도록 설계 및 제조되었으며, 중국 천연가스 수소 생산 장비의 선례를 만들었습니다. 미국으로 수출됩니다.
그림 2. 알리하이테크가 미국으로 수출하는 수소생산 및 수소첨가 통합장비
첫 번째 수소 생산 및 수소화 통합 스테이션 건설.
불안정한 공급원과 에너지용 수소의 높은 가격이라는 실질적인 문제를 고려하여 Ally High-Tech는 고도로 통합된 수소 생산 기술의 적용을 촉진하고 기존의 성숙한 메탄올 공급 시스템, 천연 가스 파이프라인 네트워크, CNG 및 LNG 충전소는 통합 수소 생산 및 충전소를 재구성하고 확장합니다.2021년 9월, Ally Hi-Tech의 일반 계약에 따라 국내 최초의 통합 천연가스 수소 생산 및 수소화 스테이션이 포산 가스 난좡 수소화 스테이션에서 가동되었습니다.
이 스테이션은 1000kg/일 천연가스 개질 수소 생산 장치 1세트와 100kg/일 물 전기분해 수소 생산 장치 1세트로 설계되었으며 외부 수소화 용량은 1000kg/일입니다.전형적인 "수소 생산 + 압축 + 저장 + 충전" 통합 수소화 스테이션입니다.친환경 광폭 온도변화 촉매와 방향성 공정제 기술을 업계에 적용해 수소 생산 효율을 3% 향상시키고, 수소 생산에 따른 에너지 소비를 효과적으로 절감하는 데 앞장서고 있다.이 스테이션은 고집적, 작은 바닥 면적 및 고집적 수소 생산 장비를 갖추고 있습니다.
충전소에서 수소를 생산하면 수소 운송 링크와 수소 저장 및 운송 비용이 줄어들어 수소 소비 비용이 직접적으로 절감됩니다.스테이션은 긴 튜브 트레일러를 채우고 상위 스테이션 역할을 하여 주변 수소화 스테이션에 수소 소스를 제공하여 지역 수소화 하위 상위 통합 스테이션을 형성할 수 있는 외부 인터페이스를 예약했습니다.또한, 이 통합 수소 생산 및 수소화 스테이션은 기존 메탄올 유통 시스템, 천연가스 파이프라인 네트워크 및 기타 시설은 물론 주유소, CNG 및 LNG 충전소를 기반으로 재구성 및 확장도 가능하므로 홍보가 용이하고 구현하다.
그림 3 광둥성 포산시 난좡에 위치한 통합 수소 생산 및 수소화 스테이션
산업 혁신, 홍보 및 적용, 국제 교류 및 협력을 적극적으로 주도합니다.
국가 횃불 프로그램(National Torch Program)의 주요 하이테크 기업, 쓰촨성의 신경제 시범 기업, 쓰촨성의 전문적이고 특수한 신규 기업인 Ally Hi-Tech는 적극적으로 산업 혁신을 주도하고 국제 교류와 협력을 촉진합니다.Ally Hi-Tech는 2005년부터 상하이 안팅(Shanghai Anting) 수소충전소, 베이징 올림픽 수소충전소, 상하이 월드 엑스포(Shanghai World Expo) 수소충전소 등 주요 국가 863개 연료전지 프로젝트에 수소 생산 기술과 장비를 성공적으로 제공했으며, 모든 수소생산소 프로젝트에 제공했다. 높은 기준을 갖춘 중국의 우주 발사 센터.
알리하이테크는 국가수소에너지표준화위원회 회원으로서 국내외 수소에너지 표준체계 구축에 적극 참여하여 1개 수소에너지 국가표준 초안 작성을 주도하고 7개 국가표준 제정에 참여해 왔습니다. 그리고 하나의 국제 표준입니다.동시에 Ally Hi-Tech는 국제 교류와 협력을 적극적으로 추진하고 일본에 Chengchuan Technology Co., Ltd.를 설립하고 차세대 수소 생산 기술, SOFC 열병합 발전 기술 및 관련 제품을 개발하고 기업과 협력을 진행해 왔습니다. 미국, 독일, 일본에서는 수전해 수소생산 신기술, 소규모 합성암모니아 기술 분야에서 활약 중이다.중국, 미국, 유럽연합에서 45개의 특허를 보유한 Ally Hi-Tech는 전형적인 기술 기반 및 수출 지향 기업입니다.
정책제언
위 분석에 따르면, 알리하이테크는 수소생산 기술 혁신을 바탕으로 수소생산 장비 개발, 수소생산 장비 홍보 및 적용, 통합 수소생산 및 충전소 건설 및 운영 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 이는 중국의 독립적인 수소 에너지 기술 혁신과 에너지 수소 소비 비용 절감에 큰 의미가 있습니다.수소 에너지 공급을 보장 및 개선하고 안전하고 안정적이며 효율적인 수소 에너지 공급 네트워크 구축을 가속화하고 깨끗하고 저탄소, 저비용의 다각화된 수소 생산 시스템을 구축하기 위해 중국은 수소 생산 기술 혁신을 강화하고 제품 개발을 통해 정책과 규제의 제약을 극복하고, 시장 잠재력이 있는 새로운 장비와 모델을 먼저 시도하도록 독려합니다.지원 정책을 더욱 개선하고 산업 환경을 최적화함으로써 중국의 수소 에너지 산업이 고품질로 발전하도록 돕고 에너지의 녹색 전환을 강력하게 지원할 것입니다.
수소에너지 산업 정책체계를 개선한다.
현재 '수소에너지 산업의 전략적 포지셔닝 및 지원 정책'이 발표됐지만, 수소에너지 산업의 구체적인 발전 방향은 명시되지 않았다.산업 발전의 제도적 장애물과 정책 병목 현상을 해소하기 위해 중국은 정책 혁신을 강화하고 완벽한 수소 에너지 관리 규범을 제정하며 준비, 저장, 운송 및 충전의 관리 프로세스와 관리 제도를 명확히 하며 수소 에너지의 책임을 이행해야 합니다. 안전 감독 담당 부서.산업 발전을 견인하는 시범 응용 모델을 견지하고, 운송, 에너지 저장, 분산 에너지 등 분야에서 수소 에너지의 다각적 실증 개발을 종합적으로 추진합니다.
현지 여건에 맞춰 수소에너지 공급체계를 구축한다.
지방자치단체는 기존 자원과 잠재 자원의 장점을 바탕으로 해당 지역의 수소에너지 공급능력, 산업기반, 시장공간 등을 종합적으로 고려하고, 현지 여건에 따라 적절한 수소생산 방식을 선택하며, 수소에너지 공급 보장 역량 구축을 수행해야 한다. , 산업부생수소의 이용을 우선시하고, 재생에너지로부터 수소생산 개발에 중점을 둔다.대규모 수소원의 공급 수요를 충족하기 위해 적격 지역이 다양한 채널을 통해 협력하여 저탄소, 안전하고 안정적이며 경제적인 지역 수소 에너지 공급 시스템을 구축하도록 장려합니다.
수소 생산 장비의 기술 혁신을 강화합니다.
수소 정화 및 수소 생산을 위한 핵심 장비의 R&D, 제조 및 산업적 응용을 촉진하는 데 중점을 두고, 산업 체인의 유리한 기업에 의존하여 수소 에너지 장비 제품에 대한 고품질 개발 기술 시스템을 구축합니다.수소 생산 분야의 선두 기업이 주도할 수 있도록 지원하고, 산업 혁신 센터, 엔지니어링 연구 센터, 기술 혁신 센터, 제조 혁신 센터 등 혁신 플랫폼을 마련하고, 수소 생산 장비의 핵심 문제를 해결하며, "전문적이고 특수한 신규"를 지원합니다. "중소기업은 수소 생산 장비 공통 기술의 연구 개발에 참여하고 핵심 기술의 강력한 독립 능력을 갖춘 다수의 단일 챔피언 기업을 육성합니다.
통합수소생산·수소화스테이션에 대한 정책지원을 강화한다.
계획에서는 수소 생산, 저장, 충전소 내 수소화를 통합한 수소충전소 등 새로운 모델을 모색하기 위해서는 통합충전소 건설에 대한 정책적 제약을 근본적으로 타파해야 한다고 지적하고 있습니다.수소의 에너지 속성을 상위 수준에서 확정할 수 있도록 국가 에너지법을 조속히 도입하라.통합 충전소 건설 제한을 돌파하고 통합 수소 생산 및 수소화 충전소를 촉진하며 천연가스 자원이 풍부하고 경제적으로 개발된 지역에서 통합 충전소 건설 및 운영 시범 실증을 진행합니다.가격 경제 및 탄소 배출 기준 요구 사항을 충족하는 통합 충전소의 건설 및 운영에 재정 보조금을 제공하고 관련 선도 기업이 국가 "전문 및 특수 신규" 기업에 지원하도록 지원하며 통합 수소의 안전 기술 사양 및 표준을 개선합니다. 생산 및 수소화 스테이션.
새로운 비즈니스 모델의 실증 및 홍보를 적극적으로 수행합니다.
충전소의 통합 수소 생산, 석유, 수소, 전기를 위한 종합 에너지 공급 충전소, '수소, 차량 및 충전소'의 협력 운영 형태로 비즈니스 모델 혁신을 장려합니다.연료전지 차량이 많고 수소 공급 압력이 높은 지역에서는 천연가스를 이용한 수소 생산 및 수소화 통합 충전소를 발굴하고, 천연가스 가격이 합리적인 지역과 연료전지 차량 실증 운영을 장려하겠습니다.풍력 및 수력 자원이 풍부하고 수소 에너지 응용 시나리오가 있는 지역에서 재생 에너지를 사용하여 통합 수소 생산 및 수소화 스테이션을 구축하고 실증 규모를 점차 확대하며 복제 가능하고 대중화된 경험을 형성하고 에너지 수소의 탄소 및 비용 절감을 가속화합니다.
(저자 : 베이징 Yiwei Zhiyuan 정보 컨설팅 센터 미래 산업 연구 팀)
게시 시간: 2022년 9월 29일
