В последние годы водородная энергетика вновь стала важнейшей темой в новом энергетическом секторе. Водородная промышленность была прямо названа одной из ключевых перспективных отраслей, наряду с такими секторами, как новые материалы и инновационные фармацевтические препараты. В отчетах подчеркивается необходимость активного развития новых двигателей роста, включая биопроизводство, коммерческую аэрокосмическую отрасль и экономику полетов на малых высотах, при этом впервые в приоритетном порядке выделяется ускорение развития водородной промышленности. Это подчеркивает огромный потенциал водородной энергетики.
В настоящее время производство водорода на основе угля доминирует в структуре поставок, составляя 64%, за ним следуют водород, получаемый из промышленных побочных продуктов (21%), водород на основе природного газа (14%) и другие методы (1%). Это показывает, что производство водорода на основе ископаемого топлива занимает абсолютное доминирующее положение — 99%, в то время как электролиз «зеленого водорода» и другие методы остаются второстепенными. Следовательно, современные 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 автоцистернах с давлением 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 время, оставаясь при этом ограниченной производством «серого водорода», зависящим от ископаемого топлива.
Кроме того, согласно действующим нормам, водород классифицируется как легковоспламеняющееся и взрывоопасное химическое вещество. В результате проекты по производству водорода преимущественно сосредоточены в отдаленных химических парках со строгими требованиями безопасности и охраны окружающей среды.
Благодаря развитию технологии электролиза, себестоимость производства экологически чистого водорода постепенно снижается. Одновременно с этим, такие экологические меры, как «достижение пиковых выбросов углерода и углеродная нейтральность», способствуют тому, что экологически чистый водород становится важнейшим направлением развития газовой энергетики в будущем. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году низкоуглеродные водородные технологии, такие как электролиз, займут 14% водородного рынка, что существенно повлияет на планировку заправочных станций. Производство водорода методом электролиза, благодаря простоте и доступности сырья, позволяет производить водород за пределами традиционных химических парков. Прямое сжатие водорода, произведенного на месте, для заправки транспортных средств исключает транспортировку на большие расстояния и вторичное сжатие, эффективно снижая экономические и временные затраты.
Для адаптации к основной цепочке поставок водорода на основе ископаемого топлива на рынке в настоящее время доминируют два типа диафрагменных компрессоров: 1) установки для заправки водородом с давлением на входе ~1,5 МПа и давлением на выходе 20-22 МПа; 2) компрессоры заправочных станций с давлением на входе 5-20 МПа и давлением на выходе 45 МПа. Однако этот двухступенчатый процесс требует скоординированной работы обеих установок. Более того, когда давление в баллонах для хранения водорода падает ниже 5 МПа, компрессоры заправочных станций становятся неработоспособными, что приводит к низким показателям использования водорода.
Напротив, интегрированные водородные заправочные станции демонстрируют превосходную эффективность. В этой модели водород, полученный методом электролиза, может быть напрямую сжат с ~1,5 МПа до 45 МПа с помощью однодиафрагменного компрессора, что значительно снижает затраты на оборудование и время. Более низкий пороговый уровень 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 заправочных станций, что приведет к росту рыночного спроса на диафрагменные компрессоры с давлением от 1,5 МПа до 45 МПа. Наша компания обладает всесторонними возможностями проектирования и производства для предоставления индивидуальных решений в этом сценарии применения. С ростом доли производства экологически чистого водорода прогнозируется дальнейшее распространение интегрированных заправочных станций, что расширит как перспективы применения диафрагменных компрессоров, так и наш ассортимент продукции, а также обеспечит инновационные решения для заправки.
Тем не менее, в разработке интегрированных водородных заправочных станций и связанных с ними компрессоров сохраняются проблемы, включая высокие затраты на электролиз, опасную химическую классификацию водорода и неполную водородную инфраструктуру. Эффективное решение этих проблем будет иметь решающее значение для развития интегрированных водородных энергетических систем.
Дата публикации: 27 февраля 2025 г.