По данным Международного энергетического агентства (МЭА), ожидается, что глобальные инвестиции в чистую энергетику (например, азотную) к 17 году увеличатся на 2024% в годовом исчислении, при этом более 40% придётся на инвестиции в технологии хранения энергии и экологически чистые виды топлива. Глубокая трансформация энергетической структуры сделала поиск безопасных, эффективных и недорогих методов хранения энергии и экологически чистых видов топлива предметом конкуренции между странами.
Азот, будучи самым распространённым газом в атмосфере Земли (составляя около 78%), обладает множеством уникальных свойств. Его химические свойства стабильны и инертны, он не склонен вступать в реакции с другими веществами, что делает его чрезвычайно безопасным в энергетике. Кроме того, азот широко распространен и относительно легкодоступен, что обеспечивает достаточные ресурсы для его широкомасштабного применения. Эти характеристики позволили азоту постепенно занять лидирующие позиции в области хранения энергии и получения экологически чистого топлива, демонстрируя огромный потенциал применения.
В данной статье, с точки зрения промышленных покупателей, подробно анализируются конкретные области применения, преимущества и практические проблемы, которые азот может решить для предприятий в сфере хранения энергии и производства экологически чистых видов топлива. Рассматривая текущее состояние и будущие тенденции развития азотных технологий, статья предоставляет ценные рекомендации энергетическим предприятиям, производителям водородной энергии и топливных элементов, потребителям промышленных газов, а также научно-исследовательским и опытно-конструкторским организациям, занимающимся чистой энергетикой, и т.д., чтобы помочь предприятиям принимать более обоснованные решения в процессе перехода на новые энергоресурсы.
Распространенные болевые точки для покупателей
Энергетические предприятия/заводы
Традиционные методы хранения энергии в значительной степени зависят от ископаемого топлива, что не только приводит к высоким затратам, но и оказывает огромное давление на предприятия, связанное с выбросами углерода. Согласно статистике, стоимость киловатт-часа вспомогательной системы хранения энергии традиционной угольной электростанции на 30–50% выше, чем у новых технологий хранения энергии, а интенсивность выбросов углерода более чем в десять раз превышает аналогичные показатели новых методов хранения энергии. В современных условиях, когда глобальные ограничения на выбросы углерода становятся всё более строгими, крайне важно найти экономичную и экологичную альтернативу хранению энергии.
Водородная энергетика и топливные элементы
Хранение и транспортировка водорода сопряжены с многочисленными трудностями. Его огнеопасность и взрывоопасность предъявляют чрезвычайно высокие требования к оборудованию для хранения и условиям транспортировки, создавая значительные риски для безопасности. Данные показывают, что частота аварий при транспортировке водорода в 2-3 раза выше, чем при транспортировке других газов, а стоимость хранения составляет 25-30% от общей стоимости цепочки поставок водородной энергетики. Поэтому существует острая необходимость в безопасном и стабильном альтернативном или вспомогательном газе для оптимизации цепочки поставок водородной энергетики.
Промышленный потребитель газа
Азот, как газ, широко используемый в промышленном производстве, привёл к тому, что некоторые предприятия столкнулись с проблемой нестабильности поставок, что представляет потенциальную угрозу непрерывному производству. В то же время, долгосрочная зависимость от внешних источников азота является дорогостоящей и не способствует снижению операционных расходов и повышению конкурентоспособности предприятий на рынке. Исследования показывают, что для предприятий, закупающих азот со стороны, ежегодные потери производства, вызванные нестабильностью поставок, составляют от 1% до 3% от их общей выручки, а стоимость закупки азота со стороны на 40–60% выше, чем стоимость самостоятельного производства азотного оборудования.
Предприятие по исследованию и разработке чистой энергии
Многие научно-исследовательские и опытно-конструкторские организации по-прежнему не обладают глубоким пониманием и систематическими исследованиями в области применения азота для синтеза новых видов топлива, что не позволяет в полной мере раскрыть потенциал азота в процессе освоения новых источников чистой энергии. Соответствующие данные показывают, что в настоящее время лишь около 20% научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций в области чистой энергии используют азот в качестве основного объекта исследований для синтеза новых видов топлива.
Потенциал азота в хранении энергии
Технология хранения энергии на основе низкотемпературного жидкого азота
Принцип работы: Технология низкотемпературного хранения энергии жидким азотом использует физические изменения жидкого азота при определенных условиях для накопления и высвобождения энергии. На этапе накопления энергии газообразный азот охлаждается до крайне низкой температуры (приблизительно -196 ℃) за счёт потребления электроэнергии, что приводит к его сжижению и хранению. Этот процесс преобразует электрическую энергию в энергию холода и химическую потенциальную энергию жидкого азота. Когда требуется высвобождение энергии, жидкий азот нагревается и испаряется, быстро расширяясь в объёме. Образующийся газ высокого давления приводит в действие турбину для выработки электроэнергии, тем самым преобразуя накопленную энергию в электрическую, которая затем возвращается в энергосистему.
Преимущества: Жидкий азот обладает превосходной химической стабильностью и инертностью, а также не склонен вступать в реакции с другими веществами. Поэтому процесс накопления энергии безопасен, и практически отсутствуют такие опасные факторы, как взрывы. По сравнению с традиционными методами накопления энергии, такими как свинцово-кислотные аккумуляторы, жидкий азот обладает более высокой плотностью накопления энергии и может хранить больше энергии в относительно небольшом объеме, что особенно важно в районах с ограниченными земельными ресурсами. Кроме того, эта технология позволяет эффективно регулировать электроснабжение в пиковые и внепиковые часы, накапливая энергию в непиковые часы и высвобождая ее в пиковые часы, балансируя нагрузку на электросеть и повышая стабильность и надежность электроснабжения.
Реальные примеры/Прогресс исследований: В настоящее время в стране и за рубежом существует множество проектов по хранению энергии на основе жидкого азота, находящихся на стадии исследований или пилотных проектов. Например, одно научно-исследовательское учреждение успешно построило демонстрационную систему хранения энергии на основе жидкого азота небольшого масштаба. После длительных испытаний система продемонстрировала превосходную стабильность и эффективность при многократных циклах зарядки и разрядки, с эффективностью накопления энергии более 60%. Кроме того, в некоторых районах, где сосредоточены ветряные электростанции и фотоэлектрические электростанции, также предпринимаются усилия по изучению возможности комбинированного использования технологии хранения энергии на основе жидкого азота для решения проблем, связанных с перебоями и колебаниями, характерных для новых источников энергии, и достижения стабильной выработки электроэнергии.
Роль азота в системах хранения энергии сжатого воздуха
Повышение стабильности системы и предотвращение рисков окисления: в системах хранения энергии на основе сжатого воздуха азот, как основное рабочее тело, может значительно повысить стабильность системы. Благодаря стабильным химическим свойствам азота, он менее склонен к химическим реакциям при сжатии и расширении, что позволяет эффективно предотвращать коррозию оборудования и ухудшение его характеристик, вызванное окислением газа, а также продлевать срок его службы.
Снижение рисков для безопасности и продление срока службы оборудования: по сравнению с другими горючими и взрывоопасными газами использование азота значительно снижает риски безопасности системы. Кроме того, стабильная рабочая среда способствует уменьшению механического износа оборудования, снижению затрат на техническое обслуживание и повышению надежности и экономичности всей системы хранения энергии сжатого воздуха.
Перспективы применения азота при получении экологически чистых топлив
Синтез азота и аммиака (зеленое аммиачное топливо)
Возобновляемая энергия + азот для получения зеленого аммиака → Чистое топливо и носитель для хранения энергии Зеленый аммиак производится путем электролиза воды с электричеством, полученным из возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, для получения водорода, а затем синтеза аммиака из водорода и азота, выделенных из воздуха, при определенных условиях с помощью процесса Габера-Боша. Аммиак, полученный с использованием возобновляемой энергии в качестве движущей силы, называется зеленым аммиаком. Зеленый аммиак может не только напрямую применяться в качестве чистого топлива для такого оборудования, как двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины, но и производить только азот и воду после сгорания, практически без выбросов парниковых газов. Он также может служить эффективным носителем энергии, сохраняя возобновляемую энергию в форме химической энергии и высвобождая ее путем крекинга или сжигания при необходимости, тем самым обеспечивая кросс-временную и пространственную передачу и использование энергии.
Применение «зелёного» аммиака в морской отрасли и энергетике: В морском секторе, благодаря высокой энергетической плотности аммиака и относительно зрелым технологиям хранения и транспортировки, ожидается, что он заменит традиционную тяжёлую нефть в качестве основного топлива для морских судов, что значительно сократит выбросы углерода в морской отрасли. По оценкам, океанское грузовое судно водоизмещением 100,000 50,000 тонн, использующее аммиачное топливо, может сократить выбросы углерода примерно на XNUMX XNUMX тонн в год. Что касается выработки электроэнергии, энергоблоки, работающие на «зелёном» аммиаке, способны достигать стабильной выработки, а их показатели выбросов значительно превосходят показатели традиционных угольных и мазутных электростанций, что открывает новый подход к «зелёной» трансформации энергетической отрасли. В настоящее время некоторые международные судоходные гиганты начали проводить исследования и разработки, а также пилотные испытания судов, работающих на аммиаке, а некоторые страны также активно реализуют демонстрационные проекты по производству электроэнергии с использованием «зелёного» аммиака в качестве топлива, демонстрируя многообещающие перспективы развития.
Вспомогательная роль азота в водородной энергетике
Защитный газ в процессах производства и хранения водорода: На этапе производства водорода, будь то традиционный метод получения водорода путём реформинга ископаемого топлива или новый метод получения водорода путём электролиза воды, азот может использоваться в качестве защитного газа. Он может создавать инертную среду в процессе реакции, предотвращая окисление реагентов и катализаторов кислородом воздуха, тем самым повышая эффективность производства водорода и чистоту продукта. В процессе хранения водорода, например, при хранении газообразного водорода под высоким давлением и жидкого водорода при низкой температуре, азот может заполнять пустоты в резервуарах для хранения водорода, выполняя буферную и изолирующую функцию, снижая риск утечки водорода и взрыва, а также повышая безопасность системы хранения водорода.
Снижение риска взрыва и повышение безопасности системы: водород является огнеопасным и взрывоопасным веществом с широким диапазоном пределов взрываемости. При концентрации водорода в воздухе от 4% до 75% он очень склонен к взрыву при контакте с источником возгорания. Добавление азота может снизить концентрацию водорода, не допуская превышения предела взрываемости и эффективно снижая риски безопасности в процессах производства и хранения водорода. Кроме того, азот может служить инертным газом в аварийных ситуациях, быстро гася пламя и предотвращая распространение взрыва, обеспечивая надежную гарантию безопасного развития водородной энергетики. Согласно соответствующим экспериментальным данным, после добавления соответствующего количества азота в резервуар для хранения водорода риск взрыва снизился более чем на 80%.
Исследование и разработка новых видов топлива (топлива на основе азота)
Передовой фронт исследований: азотсодержащие соединения как потенциальные источники чистой энергии: В последние годы исследователи постепенно обращают внимание на азотсодержащие соединения в процессе поиска новых видов чистой энергии. Некоторые азотсодержащие соединения, такие как гидразин и азиды, обладают высокой плотностью энергии. При соответствующих условиях они могут выделять большое количество энергии, а продукты их сгорания относительно чистые. Ожидается, что в будущем они станут важными кандидатами на роль источников чистой энергии. Однако в настоящее время эти азотсодержащие соединения по-прежнему сталкиваются с множеством проблем, связанных с процессом синтеза, стабильностью, безопасностью и стоимостью, что требует дальнейших углубленных исследований и технологических инноваций.
Необходимость азота в экспериментах и оптимизации процессов: Азот играет незаменимую роль в исследованиях и разработках новых видов азотного топлива. С одной стороны, азот является важным сырьем для синтеза азотсодержащих соединений, а его чистота и качество напрямую влияют на эксплуатационные характеристики и качество конечного продукта. С другой стороны, на этапах экспериментальных исследований и оптимизации процессов азот может использоваться для создания определенной реакционной среды, управления условиями реакции, помогает исследователям лучше понять механизм реакции, отбирать наилучший путь реакции и параметры процесса, а также способствует исследованиям и разработке новых видов азотного топлива.
Сравнительная таблица различных методов получения азота
| Метод приобретения | Стоимость (юани/куб. метр) | Стабильность поставок | Регулировка чистоты | Экологичность | Применимые сценарии |
| Баллонный азот | 3-5 | Низкое качество, сильно зависящее от транспортировки и других факторов | Фиксированная чистота, нерегулируемая | Как правило, выбросы углерода происходят в результате транспортировки. | Малые предприятия с небольшим и периодическим использованием |
| Внешняя экстракция жидкого азота | 2-4 | Как правило, он легко подвержен влиянию ограниченного предложения. | Фиксированная чистота, нерегулируемая | Низкое качество, высокие энергозатраты на транспортировку и хранение | Предприятия с умеренным потреблением и фиксированными требованиями к чистоте |
| Самодельный генератор азота | 1 - 2 | Хорошо. Производство можно контролировать независимо. | Его можно регулировать по мере необходимости. | Хорошо, никаких выбросов углерода от транспорта. | Предприятия с большим потреблением, непрерывным производством и различными требованиями к чистоте |
Почему предприятиям стоит рассмотреть возможность строительства собственных генераторов азота?
Уменьшить расходы
По сравнению с долгосрочной зависимостью от закупок баллонного или жидкого азота у внешних поставщиков, предприятия, строящие собственные азотные генераторы, могут значительно снизить эксплуатационные расходы. Закупка азота у сторонних поставщиков требует не только оплаты самого газа, но и ряда дополнительных расходов, таких как транспортировка и хранение. Более того, по мере увеличения объёма закупок давление на стоимость становится всё более очевидным. После единовременных затрат на закупку и установку оборудования для самостоятельного производства азота, в дальнейшем при долгосрочной эксплуатации он потребляет лишь небольшое количество электроэнергии и воздуха для непрерывного производства азота, удовлетворяющего потребности предприятия, что значительно снижает себестоимость продукции на единицу азота. В долгосрочной перспективе это экономит значительные средства для предприятия. Возьмём в качестве примера предприятие с годовым потреблением азота в 1 миллион кубометров. Использование собственных азотных генераторов позволяет ежегодно экономить от 1 до 2 миллионов юаней.
Стабильная поставка
Самостоятельно изготовленные азотные генераторы могут обеспечить предприятиям стабильное и бесперебойное снабжение азотом. Поставки азота извне подвержены перебоям или задержкам из-за различных факторов, таких как производственные мощности поставщиков, условия транспортировки и соотношение спроса и предложения на рынке, что оказывает серьёзное влияние на нормальное производство и работу предприятий. Создавая собственные азотные генераторы, предприятия могут гибко регулировать производство азота в соответствии со своими производственными планами и потребностями, контролировать поставки азота, эффективно предотвращать остановки производства, вызванные перебоями в подаче газа, и обеспечивать бесперебойную работу предприятий.
Высокая гибкость
Генераторы азота, производимые собственными предприятиями, обладают высокой степенью гибкости и могут регулировать чистоту и выход азота в любой момент в соответствии с фактическими производственными потребностями. Различные производственные процессы и сферы применения предъявляют различные требования к чистоте азота. Генераторы азота, производимые собственными силами, позволяют точно контролировать различные параметры в процессе производства азота благодаря передовым технологиям управления и регулирующим устройствам и производить азотную продукцию, отвечающую различным требованиям. Например, в некоторых процессах производства электронных микросхем с чрезвычайно высокими требованиями к чистоте азота, генераторы азота могут производить азот с чистотой более 99.999%. В некоторых промышленных производственных процессах требования к чистоте азота относительно низкие, и генераторы азота могут соответствующим образом регулировать параметры производства для снижения производственных затрат.
Соответствовать тенденции защиты окружающей среды
В связи с постоянным ростом глобальной экологической осведомлённости предприятия всё более строго соблюдают требования по охране окружающей среды в процессе производства. Сочетание собственных азотных генераторов и новых энергетических проектов позволяет добиться эффективного использования энергии и сокращения выбросов углерода, помогая предприятиям более эффективно достигать «двойных углеродных целей». Например, на некоторых предприятиях, расположенных вблизи ветряных или фотоэлектрических электростанций, излишки «зелёной» электроэнергии могут использоваться для работы азотных генераторов, выделяющих азот из воздуха для производства. Это не только способствует местному потреблению чистой энергии, но и снижает потребление традиционных ископаемых видов топлива и выбросы углерода, создавая предприятиям положительный имидж в области охраны окружающей среды, укрепляя их чувство социальной ответственности и конкурентоспособность на рынке.
Будущие тенденции и перспективы рынка применения азота
Изменение структуры мировой энергетики → Спрос на азот неуклонно растёт
По мере ускорения адаптации мировой энергетической структуры к экологически чистым и низкоуглеродным направлениям доля возобновляемых источников энергии в энергопотреблении постоянно растёт. В этом процессе жизненно важное значение приобретает развитие технологий накопления энергии и производства экологически чистых видов топлива. Рыночный спрос на азот, являющийся ключевым технологическим инструментом для создания систем накопления энергии и производства экологически чистых видов топлива, будет демонстрировать устойчивую тенденцию к росту. Ожидается, что в ближайшие годы мировой спрос на азот будет расти на 5–8% в год. Рынок азота получит более широкие возможности для развития, особенно в регионах, где быстро развивается новая энергетика, таких как Китай, Европа и США.
В новой энергетике и индустрии чистого топлива азот становится основным гарантийным газом
В отраслях новой энергетики и производства чистого топлива азот постепенно станет незаменимым основным гарантийным газом. В области солнечной и ветроэнергетики азот может использоваться для защиты систем и оборудования накопления энергии, повышая эффективность использования энергии и стабильность работы системы. В отраслях производства чистого топлива, таких как водородная и аммиачная энергетика, азот, как сырой и защитный газ, используется во всех звеньях, включая производство водорода, его хранение и синтез водорода с аммиаком, играя решающую роль в обеспечении качества продукции и безопасности производства. С быстрым развитием и масштабным расширением этих отраслей сферы применения азота будут продолжать расширяться, а его фундаментальная гарантийная роль будет становиться всё более значимой.
Тенденции развития технологий получения азота (ПЦА, мембранное разделение, криогенное) на ближайшие 5-10 лет
Технология адсорбции при переменном давлении (PSA): Технология PSA является одной из наиболее широко используемых технологий производства азота в настоящее время. В ближайшие 5–10 лет эта технология будет развиваться в направлении повышения чистоты азота, снижения энергопотребления, упрощения технологического процесса и достижения интеллектуального управления. Ожидается, что благодаря разработке новых адсорбентов и оптимизации процессов адсорбции, оборудование для получения азота методом PSA обеспечит более высокую степень извлечения азота и более низкие эксплуатационные расходы. Между тем, с помощью современных систем автоматического управления можно реализовать удаленный мониторинг и автоматическую эксплуатацию оборудования, тем самым повышая эффективность производства и уровень управления. Ожидается, что к 2030 году энергопотребление технологии получения азота методом PSA сократится более чем на 20%.
Технология мембранного разделения: Технология получения азота с помощью мембранного разделения отличается простотой оборудования, компактностью и высокой скоростью запуска. Дальнейшие разработки будут направлены на устранение узких мест в производительности мембранных материалов, повышение селективности и стабильности мембран, а также снижение стоимости мембранных модулей. Кроме того, благодаря интеграции инноваций с другими технологиями, например, в сочетании с технологией PSA для создания комбинированного процесса получения азота, конкурентоспособность технологии получения азота с помощью мембранного разделения еще больше повышается, а область ее применения на рынке азота среднего и малого масштаба расширяется.
Технология глубокой криогении: Технология глубокой криогенной генерации азота позволяет производить азот высокой чистоты и подходит для крупномасштабного производства азота. В ближайшие 5–10 лет технология криогенной генерации азота обеспечит прорыв в повышении эффективности использования энергии, снижении инвестиционных затрат на оборудование и повышении надежности систем. Оптимизация системы холодильного цикла, применение новых низкотемпературных материалов и передовых технологий управления позволят снизить энергопотребление и повысить эффективность производства криогенного оборудования для генерации азота. Кроме того, это позволит повысить уровень автоматизации и эксплуатационную стабильность оборудования, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности в крупномасштабном производстве азота высокой чистоты.
Заключение
Азот продемонстрировал огромный потенциал в области накопления энергии и производства экологически чистых видов топлива. Независимо от того, служит ли он основной средой в технологии низкотемпературного хранения энергии жидким азотом или играет важную роль в системах хранения энергии на основе сжатого воздуха, приготовлении экологически чистого топлива, а также в исследованиях и разработках новых видов топлива, он предоставляет новые решения для экологичной трансформации и устойчивого развития энергетической отрасли. Для всех видов предприятий полное осознание ценности азота и активное изучение его применения в своей деятельности, особенно в плане создания собственных генераторов азота для снижения затрат и обеспечения бесперебойности поставок, поможет им воспользоваться инициативой в процессе преобразования энергетики и повысить свою конкурентоспособность.
Если ваше предприятие стремится снизить затраты на закупку азота и обеспечить его стабильные поставки, вы можете рассмотреть возможность создания собственного генератора азота. Как профессиональный поставщик генераторов азота, МИННУО Обладая богатым опытом в отрасли и передовыми технологиями, мы готовы предоставить вам комплексные консультации по выбору азотного генератора и разработать индивидуальные решения. Наша команда подберет для вас наиболее подходящую модель азотного генератора, исходя из ваших конкретных потребностей, и предоставит комплексные услуги по установке, вводу в эксплуатацию, обучению персонала и послепродажному обслуживанию. Для получения дополнительной информации или коммерческого предложения, пожалуйста, свяжитесь с нами в любое время.
отдел продаж2:+86 17506119168
