В последние годы водородная энергетика вновь стала важнейшей темой в секторе новой энергетики. Водородная промышленность однозначно названа одной из ключевых перспективных отраслей развития, наряду с такими секторами, как новые материалы и инновационная фармацевтика. В отчётах подчёркивается необходимость активного развития новых источников роста, включая биопроизводство, коммерческую авиакосмическую промышленность и экономику малых высот, при этом впервые чётко определён приоритет ускорения развития водородной энергетики. Это подчёркивает огромный потенциал водородной энергетики.
В настоящее время производство водорода на основе угля доминирует в структуре поставок, составляя 64%, за ним следуют промышленный побочный водород (21%), водород на основе природного газа (14%) и другие методы (1%). Это показывает, что производство водорода на основе ископаемого топлива сохраняет абсолютное доминирование на уровне 99%, в то время как «зеленый водород» на основе электролиза и другие методы остаются незначительными. Следовательно, существующие водородные заправочные станции в основном используют следующую модель производства-хранения-транспортировки: нефтехимические компании в отдаленных районах производят водород из ископаемого топлива, сжимают водород низкого давления (обычно ~1,5 МПа) до ~20 МПа с помощью компрессоров и хранят его в трубчатых прицепах на 22 МПа. Затем водород транспортируется на заправочные станции, где он подвергается вторичному сжатию до 45 МПа для автомобилей на топливных элементах. Эта пространственно фрагментированная модель увеличивает транспортные расходы, затраты на оборудование и затраты времени, оставаясь при этом ограниченной зависящим от ископаемого топлива производством «серого водорода».
Кроме того, согласно действующим нормам, водород классифицируется как пожароопасное и взрывоопасное химическое вещество. В результате проекты по производству водорода преимущественно сосредоточены в удалённых химических парках с строгими требованиями к безопасности и охране окружающей среды.
Благодаря развитию технологий электролиза себестоимость производства «зелёного» водорода постепенно снижается. В то же время, такие экологические меры, как «поддержание пиковых выбросов углерода и углеродная нейтральность», способствуют тому, что «зелёный» водород становится важнейшим направлением развития газообразной энергетики в будущем. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году низкоуглеродные технологии производства водорода, такие как электролиз, займут 14% рынка водорода, существенно влияя на схему расположения заправочных станций. Электролизное производство, благодаря простому и доступному исходному сырью, позволяет производить водород не только в традиционных химических парках. Прямое сжатие водорода, полученного на месте, для заправки транспортных средств исключает необходимость транспортировки на большие расстояния и вторичного сжатия, что эффективно снижает экономические и временные затраты.
Для адаптации к основной цепочке поставок водорода из ископаемого топлива на рынке в настоящее время доминируют два типа диафрагменных компрессоров: 1) заправочные станции с давлением на впуске ~1,5 МПа и давлением нагнетания 20-22 МПа; 2) компрессоры для заправочных станций с давлением на впуске 5-20 МПа и давлением нагнетания 45 МПа. Однако этот двухступенчатый процесс требует согласованной работы обоих агрегатов. Более того, при падении давления в баллонах для хранения водорода ниже 5 МПа заправочные компрессоры выходят из строя, что приводит к низкой степени использования водорода.
В отличие от этого, комплексные станции по производству и заправке водорода демонстрируют более высокую эффективность. В этой модели водород, получаемый электролизом, может быть напрямую сжат с ~1,5 МПа до 45 МПа с помощью одного мембранного компрессора, что значительно сокращает затраты на оборудование и время. Более низкий порог давления на входе (1,5 МПа против 5 МПа) также существенно повышает эффективность использования водорода.
По мере развития технологии электролиза ожидается более широкое распространение интегрированных водородных станций, что повышает рыночный спрос на мембранные компрессоры с рабочим давлением от 1,5 до 45 МПа. Наша компания обладает обширными возможностями проектирования и производства, позволяющими предлагать индивидуальные решения для этого применения. С ростом доли производства экологически чистого водорода прогнозируется рост числа интегрированных станций, что расширяет как сферу применения мембранных компрессоров, так и наш ассортимент продукции, предлагая инновационные решения для заправки.
Тем не менее, при разработке интегрированных водородных станций и соответствующих компрессоров сохраняются трудности, включая высокую стоимость электролиза, классификацию водорода как опасного химического вещества и неразвитость водородной инфраструктуры. Эффективное решение этих проблем будет иметь решающее значение для развития интегрированных водородных энергетических систем.
Время публикации: 27 февраля 2025 г.