中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今年9月，中共國(guó)家能源局黨組在《人民日?qǐng)?bào)》發(fā)表《以能源轉(zhuǎn)型發(fā)展支撐中國(guó)式現(xiàn)代化》的署名文章中，提出要推動(dòng)終端能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型由電能替代為主向電、氫、氨等多元清潔替代轉(zhuǎn)變，推動(dòng)主要用能領(lǐng)域成為能源轉(zhuǎn)型的重要引擎。隨著高比例新能源不斷融入電網(wǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)的靈活性提出了更高的要求，需要優(yōu)化能源并網(wǎng)策略，確保新能源的有效利用。
電氫氨協(xié)同是指在新型電力系統(tǒng)中綜合利用電力、氫能和氨的特性，以實(shí)現(xiàn)能源的高效、清潔和可持續(xù)利用，是清潔能源發(fā)展的前瞻性和戰(zhàn)略性發(fā)展方向。新能源不僅能夠順利并入電網(wǎng)，還能夠轉(zhuǎn)化為氫、氨等清潔能源產(chǎn)品，以滿足終端消費(fèi)的需求。這樣的轉(zhuǎn)變將減少對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)輸配系統(tǒng)的依賴，降低新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)提高能源利用的靈活性和效率。
為解決“三棄”和氫能儲(chǔ)運(yùn)
提供有效途徑
電氫協(xié)同已成為大勢(shì)所趨，通過(guò)集成氫能的制取、儲(chǔ)存、發(fā)電以及加氫等環(huán)節(jié)，氫電耦合技術(shù)能夠靈活轉(zhuǎn)換“綠電”與“綠氫”，從而有效解決新能源發(fā)電存在的隨機(jī)性、季節(jié)性波動(dòng)問(wèn)題，有效解決棄風(fēng)棄光棄水。此外，儲(chǔ)氫技術(shù)也被視為未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能的重要方式，可應(yīng)用于建筑熱電聯(lián)供、微網(wǎng)可靠電源以及移動(dòng)基站備用電源等多個(gè)領(lǐng)域。然而氫能的大規(guī)模應(yīng)用面臨技術(shù)和安全挑戰(zhàn)，如高壓儲(chǔ)運(yùn)成本高和易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)。氨是一種零碳化合物，能量密度是液氫的1.5倍。氨在常壓下零下33攝氏度或室溫下1兆帕即可液化，常壓下較氫液化溫度高220攝氏度，是富氫載體和良好的儲(chǔ)氫介質(zhì)，且易于運(yùn)輸。結(jié)合電力、氫能和氨的特性，有望構(gòu)建一個(gè)互補(bǔ)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的能源網(wǎng)絡(luò)。氨的雙重角色——儲(chǔ)氫介質(zhì)和廉價(jià)零碳燃料，預(yù)示著電氫氨結(jié)合有望成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。
為重點(diǎn)用能行業(yè)能源轉(zhuǎn)型
提供創(chuàng)新解決方案
在發(fā)電領(lǐng)域，特別是在煤電行業(yè)中，通過(guò)摻氨燃燒技術(shù)，可以在不更換鍋爐設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的低碳轉(zhuǎn)型。如中國(guó)神華廣東臺(tái)山電廠60萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電機(jī)組成功實(shí)施了摻氨燃燒試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了摻氨比例高達(dá)35%的平穩(wěn)運(yùn)行。此外，安徽省能源集團(tuán)與合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院合作，在30萬(wàn)千瓦燃煤機(jī)組上實(shí)現(xiàn)了10%~35%摻氨比例的平穩(wěn)運(yùn)行。在交通領(lǐng)域，電氫氨均可有潛力作為船舶和重型運(yùn)輸車輛的燃料降低碳排放，也可為混合動(dòng)力系統(tǒng)提供燃料。在合成氨生產(chǎn)方面，氨是制造肥料和化工產(chǎn)品的關(guān)鍵原料，通過(guò)電氫氨協(xié)同，利用可再生能源電解水制氫，再合成氨，可以減少對(duì)化石燃料的依賴，降低生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放。
電氫氨協(xié)同技術(shù)路徑
仍面臨較大挑戰(zhàn)
電氫氨協(xié)同的技術(shù)路徑關(guān)鍵在于利用綠電電解水制氫，通過(guò)綠電經(jīng)由空分裝置生產(chǎn)氮?dú)?，氫氣和氮?dú)馔ㄟ^(guò)合成氨工藝生產(chǎn)出綠色合成氨，之后高效分解氨氣制取氫氣。電力、氫能和氨在能源系統(tǒng)中相互補(bǔ)充，形成閉環(huán)。電力直接供應(yīng)終端用戶，或轉(zhuǎn)換為氫能儲(chǔ)存和運(yùn)輸；氫能作為能源載體，支持間歇性的電力供應(yīng)和季節(jié)性能源需求；氨則作為氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸介質(zhì)，同時(shí)也可以作為化工原料或燃料使用。這種協(xié)同作用增強(qiáng)了能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性。但這項(xiàng)技術(shù)也有諸多挑戰(zhàn)，首先，我國(guó)氫能應(yīng)用場(chǎng)景尚不夠豐富，綠氨產(chǎn)業(yè)也存在技術(shù)成熟度不高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)的問(wèn)題。目前，我國(guó)氫能應(yīng)用主要集中在工業(yè)原料和能源兩大領(lǐng)域。其中，工業(yè)原料占主導(dǎo)地位，而能源領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段。綠氨的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，且在儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的技術(shù)尚需進(jìn)一步優(yōu)化和突破。其次，可再生能源電解水制氫合成氨設(shè)計(jì)與運(yùn)行存在挑戰(zhàn)，需要突破適應(yīng)可再生能源波動(dòng)特性的大規(guī)模電解水制氫合成氨系統(tǒng)的集成與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化氨制氫技術(shù)以及安全高效氫氨儲(chǔ)運(yùn)路線。此外，電解水制氫合成氨系統(tǒng)需要考慮多物理耦合的模塊化集成和集群動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，以及全系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù)，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。全方位安全防護(hù)與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制的建立也是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。因此，需要系統(tǒng)性研究和技術(shù)創(chuàng)新，以推動(dòng)電氫氨協(xié)同的應(yīng)用和發(fā)展。
相關(guān)意見(jiàn)建議
建議加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，將電氫氨協(xié)同納入國(guó)家能源電力規(guī)劃，從保障國(guó)家能源安全角度，制定中長(zhǎng)期電氫氨發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)化路線圖，以指導(dǎo)和促進(jìn)電氫氨協(xié)同技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
建議加大研發(fā)投入，推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新和示范項(xiàng)目建設(shè)。在棄風(fēng)棄光棄水集中的西北、華北、西南等地區(qū)，探索和發(fā)展可再生能源光解/電解水制氫耦合合成氨技術(shù)，建設(shè)大型綠氫綠氨基地，推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)示范項(xiàng)目，培育市場(chǎng)需求，加快制定相應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
建議建設(shè)液氨管道輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)“西氨東輸”，滿足東部、南部對(duì)電氫氨新能源的迫切需求?？紤]與現(xiàn)有天然氣管道的協(xié)同，以及與“西氣東輸”等國(guó)家重大能源工程的對(duì)接。
電氫氨協(xié)同技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將促進(jìn)新型電力系統(tǒng)向更加綠色和可持續(xù)的方向發(fā)展。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，電氫氨協(xié)同技術(shù)有望在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。
（作者單位：國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司）
