0 背景

隨著“十四五”電力規(guī)劃的實(shí)施，我國(guó)正加速能源清潔化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，脫碳減排需求日益增長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；吞忌踔翢o(wú)碳能源，回歸地球生態(tài)平衡，我國(guó)提出“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)

。然而，隨著具有地理上分散、生產(chǎn)不連續(xù)、隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可控等特點(diǎn)的可再生能源的占比增大，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成重要的影響，導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光問(wèn)題，在一定程度上阻礙了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。利用儲(chǔ)能技術(shù)可將波動(dòng)性強(qiáng)的可再生能源發(fā)電以其它能源形式儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)化為多種能源形式滿(mǎn)足負(fù)荷側(cè)需求，因此儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源平滑波動(dòng)、調(diào)峰調(diào)頻、大規(guī)模接入電網(wǎng)的重要手段

。

氫能是一種理想的儲(chǔ)能媒介，被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要支撐，在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》中明確儲(chǔ)能屬性，要求積極開(kāi)展儲(chǔ)能領(lǐng)域示范應(yīng)用

。但大力發(fā)展氫儲(chǔ)能技術(shù)，需重點(diǎn)突破電氫兩種能量載體之間的高效轉(zhuǎn)化、低成本大規(guī)模存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)?！熬G氨”既可以作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，同時(shí)也是相對(duì)廉價(jià)的零碳燃料，終端也可以通過(guò)氨分布式裂解制氫，作為解決氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)關(guān)鍵路徑，逐漸形成氨氫能源體系。為了使氫氣在使用過(guò)程中經(jīng)濟(jì)上可行，特別在加氫站的氫能源價(jià)格每公斤控制在35元以下，使其在中長(zhǎng)期內(nèi)達(dá)到目前液態(tài)天然氣（LNG）基礎(chǔ)設(shè)施相似的水平。我國(guó)可再生能源總量豐富，但地區(qū)上分布不均，大多數(shù)可再生能源位于經(jīng)濟(jì)落后、能源需求少的西部省份，而支付水平較高、能源需求不斷增長(zhǎng)的東部及沿海發(fā)達(dá)城市往往缺乏足夠的可再生資源，故就地建設(shè)合成氨裝置，利用其載氫密度高、儲(chǔ)存運(yùn)輸較氫方便、完全燃燒只產(chǎn)生水和氮?dú)獾葍?yōu)勢(shì)，形成可再生能源—氨氫能源體系，提供“綠氫”氫源，解決氫能產(chǎn)業(yè)局部“氫荒”問(wèn)題。

1 可再生能源轉(zhuǎn)化為氨氫能源體系的技術(shù)路線

傳統(tǒng)的合成氨主要是以Haber-Bosch(HB)催化法為主。隨著氫能產(chǎn)業(yè)對(duì)于氫能源需求，氨作為氫媒介備受關(guān)注，可再生能源合成氨(power to ammonia,PtA)技術(shù)也成為研究熱點(diǎn)。PtA技術(shù)是以空氣和水為原料，以清潔且資源量豐富的可再生能源為動(dòng)力進(jìn)行氨的合成。近年來(lái)，大量學(xué)者研究了PtA技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。Rouwenhorst等

詳細(xì)分析了各種制氮、電解水制氫、合成氨、氨儲(chǔ)存和氨分離等技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，研究表明變壓吸附分離制氮技術(shù)(PSA)和質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)(PEM)耦合的合成氨工藝具有操作溫度和壓力較低的特點(diǎn)，對(duì)于高效節(jié)能的氨合成工藝開(kāi)發(fā)具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑSA-PEM-HB耦合的合成氨工藝將成為未來(lái)極具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉春铣砂惫に?/p>

，主要工藝過(guò)程分為可再生能源電解水制氫、空分制氮、合成氨等工序，終端通過(guò)氨裂解技術(shù)，可以分布式供氫（見(jiàn)圖1）。

前2類(lèi)垃圾運(yùn)回珠海垃圾場(chǎng)處理。此外島上還有4臺(tái)總處理能力為2 t/d的垃圾低溫?zé)峤夥贌隣t處理第3類(lèi)垃圾。第4類(lèi)垃圾運(yùn)至海島東南角的海灣垃圾填埋場(chǎng)填埋。

1.1 電解水制氫技術(shù)及現(xiàn)狀

當(dāng)前主流的可再生能源制氫技術(shù)是采用電解水制氫，即將棄風(fēng)、棄光、棄水能源所發(fā)電力接入電解槽電解水制氫，并通過(guò)儲(chǔ)氫罐等設(shè)備存儲(chǔ)為后續(xù)合成氨作備用。其中，電解槽根據(jù)電解質(zhì)的不同主要可以分為堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽、固體氧化物電解槽三種，三種電解水制氫技術(shù)各指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

在鄉(xiāng)村振興中，農(nóng)民群眾主人翁的地位不容動(dòng)搖和錯(cuò)位。應(yīng)“以人民為中心”，更多地問(wèn)需于民、問(wèn)計(jì)于民、服務(wù)于民。這就需要基層工作創(chuàng)新群眾交流通道，打造百姓參與平臺(tái)，建立基層服務(wù)機(jī)制。激活農(nóng)民的鄉(xiāng)村振興主體地位，積極地創(chuàng)造有利條件，給農(nóng)民群眾賦權(quán)、放權(quán)。政府重在著眼宏觀，關(guān)懷微觀，有所為而不亂作為，增加公共產(chǎn)品和服務(wù)供給，有效提升政府服務(wù)供給質(zhì)量。具體規(guī)劃建設(shè)、項(xiàng)目推進(jìn)，則應(yīng)由市場(chǎng)與村民自主銜接。這既可避免鄉(xiāng)村“千篇一律”“千城一面”，又能激發(fā)村民的首創(chuàng)精神和內(nèi)生動(dòng)力，并不斷降低制度性交易成本，充分調(diào)動(dòng)各方面的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性，激發(fā)要素活力，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。

由表1可以看出，堿性電解槽技術(shù)相對(duì)比較成熟，可以應(yīng)用于大規(guī)模制氫，且工藝簡(jiǎn)單、成本低，但其難以快速啟動(dòng)及適應(yīng)變載，無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫速率。質(zhì)子交換膜電解槽負(fù)荷范圍寬，運(yùn)行更加靈活，更適用于平抑可再生能源并網(wǎng)的波動(dòng)性，且冷啟動(dòng)時(shí)間相較于堿性電解水制氫技術(shù)快一倍以上，適用于交通、航空等需要快速啟動(dòng)的領(lǐng)域。固體氧化物電解水制氫技術(shù)應(yīng)用相較前者少得多，距離規(guī)?；茪鋺?yīng)用尚需相關(guān)材料和催化劑技術(shù)進(jìn)一步攻關(guān)，但其能耗低、能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)將使其在未來(lái)成為主流可再生能源規(guī)?；茪浼夹g(shù)。

對(duì)于可再生能源制“綠氨”，裝置規(guī)模較大，電解水制氫的副產(chǎn)氧氣和空分的氬氣具有規(guī)模性，經(jīng)濟(jì)價(jià)值大。其中液氬市場(chǎng)價(jià)格超過(guò)18 000元/t，醫(yī)用氧達(dá)到300元/t。以四川省涼山州可再生能源電解水制氫、空分制氮為原料生產(chǎn)30萬(wàn)t/a合成氨裝置為例，裝置總投資134 935萬(wàn)元，其中建設(shè)投資128 300萬(wàn)元，建設(shè)期利息2 640萬(wàn)元，流動(dòng)資金3 995萬(wàn)元。需要人員配置132人，按液氨生產(chǎn)消耗定額和消耗品的市場(chǎng)價(jià)，其中電價(jià)按四川上網(wǎng)價(jià)0.18元/kWh計(jì)，計(jì)算“綠氨”單位生產(chǎn)成本為1 672元/t，具有很高利潤(rùn)空間，單位生產(chǎn)成本見(jiàn)表3。

合成氨是成熟的生產(chǎn)工藝，在19世紀(jì)德國(guó)化學(xué)家弗里茨·哈勃在鐵的催化作用下可以將氮、氫結(jié)合起來(lái)合成氨。在德國(guó)化學(xué)家卡爾·博施的探索下，該合成氨反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)際上常用的大型氨合成有Kellogg、托普索、卡薩利、Braun、ICIAMV、ICILCA、KBRKAAP等工藝，目前國(guó)內(nèi)所應(yīng)用的工藝多數(shù)是從國(guó)外引進(jìn)。

1.2 合成氨技術(shù)及現(xiàn)狀

會(huì)計(jì)電算化對(duì)會(huì)計(jì)核算工作的水準(zhǔn)與能力起到了提高的作用：使得會(huì)計(jì)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減少，使得同種工作的工作時(shí)間也盡可能的大幅度縮短，工作效率得到了極大地提高；對(duì)會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)處理的周期起到了縮短作用；當(dāng)然，會(huì)計(jì)數(shù)據(jù)處理的正確性和規(guī)范性也必然會(huì)只高不低。會(huì)計(jì)電算化也極大的提高了企業(yè)管理的水平：科學(xué)化管理已然成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主流；事后管理也已經(jīng)起不到最好的作用，在事情發(fā)展過(guò)程中盡力控制，提前預(yù)測(cè)其發(fā)展方向和結(jié)果；另外企業(yè)全面現(xiàn)代化管理也不再是幻想，會(huì)計(jì)電算化對(duì)會(huì)計(jì)工作方法有著極大的積極作用。

目前，國(guó)內(nèi)氨裂解制氫最大使用規(guī)模不超過(guò)1 000 Nm

/h，最大氨裂解爐為300 kW，即單臺(tái)300 Nm

/h分解氣量，制氫量約為150 Nm

/h。通過(guò)可再生能源制“綠氨”，運(yùn)輸至供氫點(diǎn)，就地分布式氨裂解制氫供應(yīng)，也可以并聯(lián)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用（見(jiàn)圖2）。

可再生能源制得“綠氨”，氫氣就隨著氨成熟的運(yùn)輸及分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸至全國(guó)各地，可以解決在氫的應(yīng)用端——燃料電池所面臨的“供氫難”的困境。氨分解制氫可分為熱裂解技術(shù)、等離子體驅(qū)動(dòng)氨裂解技術(shù)和電催化氨氧化分解技術(shù)。作為合成氨的逆反應(yīng)，氨熱裂解屬于吸熱反應(yīng)，在一定條件下氨的轉(zhuǎn)化率受到熱力學(xué)限制，反應(yīng)溫度在700℃及以上。工業(yè)上通常采用催化技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率，一般來(lái)說(shuō)，Ru基催化劑對(duì)氨熱裂解具有更高的活性，而過(guò)渡金屬Ni基和Fe基催化劑更具有經(jīng)濟(jì)效益

。

1.3 氨裂解制氫技術(shù)及現(xiàn)狀

可再生資源合成氨組分簡(jiǎn)單，氫氮?dú)馀浔染_。主要工藝過(guò)程是來(lái)自空分系統(tǒng)制得的氮?dú)?，?jīng)氮壓機(jī)增壓至3.2 MPa，與原料氫混合后換熱升溫到80℃，進(jìn)入脫氧器脫除其中的微量氧氣，脫水干燥的氫氣和氮?dú)饣旌蠚饨?jīng)混合氣壓縮機(jī)壓縮后與循環(huán)氣混合進(jìn)入循環(huán)機(jī)壓縮到氨合成壓力15 MPa。經(jīng)換熱升溫后分兩路進(jìn)入氨合成塔，降溫液化制成液氨。故目前成熟的3.0 MPa電解水制氫技術(shù)適合再生能源制氫，但降低可再生能源合成氨生產(chǎn)能耗和成本，是未來(lái)“綠氨”合成工藝的研究重點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)供給側(cè)可再生能源種類(lèi)和波動(dòng)等因素對(duì)可再生能源合成氨系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)和操作及系統(tǒng)成本的影響，以及考慮氨的需求波動(dòng)對(duì)可再生能源合成氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作的影響，需要考慮在系統(tǒng)中增設(shè)電池儲(chǔ)能單元以減少可再生能源波動(dòng)和浪費(fèi)

。

參考劉洪等的方法，采用P5探頭對(duì)樣品進(jìn)行硬度測(cè)試。測(cè)試條件：測(cè)試前速度為2.0 mm/s，測(cè)試速度為2.0 mm/s，壓縮量為30%，數(shù)據(jù)采集頻率為200 pps，觸發(fā)力為5 g。

可再生能源合成氨結(jié)合電解水技術(shù)選擇中壓合成工藝，操作壓力為15 MPa，操作溫度為450~500℃。因氨合成壓力的高低，是影響氨合成生產(chǎn)中能量消耗的主要因素之一，主要能量消耗包括原料氣壓縮功、循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功耗。與32 MPa高壓合成工藝相比，15 MPa中壓合成工藝雖然循環(huán)功率和冰機(jī)功率更大，但原料氣壓縮功率大大降低，節(jié)能效果明顯，同時(shí)降低了系統(tǒng)的漏損。由于操作壓力和溫度較低，對(duì)設(shè)備、管道的材質(zhì)要求較低，容易制造和管理。

2 可再生能源轉(zhuǎn)化為氨氫能源體系的經(jīng)濟(jì)性

我國(guó)合成氨企業(yè)平均能耗較高。根據(jù)中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，無(wú)煙煤、焦炭制合成氨的綜合能耗平均值為1 414 kg/tce(約40.15 GJ/t)，天然氣制合成氨的綜合能耗平均值為1 199 kg/tce(約34.04 GJ/t)，而能耗仍高于國(guó)外先進(jìn)水平(約28 GJ/t)。通過(guò)可再生能源制“綠氨”，能耗主要包含電解水制氫能耗、各種類(lèi)型壓縮機(jī)功耗和氨分離的冷凍功耗，算出合成氨的綜合能耗為78.31 GJ/t，其中耗電占比高達(dá)99.86%，采用可再生能源制氫合成液氨裝置的綜合能耗如表2所示。

用氨分解制得的分解氣為75%氫與25%氮，是一種良好的還原性保護(hù)氣體?？梢詮V泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)、機(jī)械加工和熱處理以及其它需要?dú)怏w的生產(chǎn)和科研部門(mén)。經(jīng)過(guò)分子篩吸附凈化，可制得高純氫或氮混合氣，按理論計(jì)算，每千克液氨分解可得到混合氣2.6 Nm

，其中氫氣1.9 Nm

?；旌蠚獠捎米儔何郊夹g(shù)進(jìn)行氮?dú)夂蜌錃夥蛛x，然后通過(guò)干燥器即可得到低露點(diǎn)（~-40~60℃）的純氫氣，純度高達(dá)99.999%，滿(mǎn)足燃料電池用氫要求。

電解水制氫工藝近年來(lái)發(fā)展迅猛，不斷突破技術(shù)瓶頸，并有大批規(guī)模化電解水制氫項(xiàng)目落地，為可再生能源電解水制氫技術(shù)提供了實(shí)踐支撐。目前，我國(guó)電解水裝置的安裝總量在1 500~2 000套左右，電解水制氫年產(chǎn)量約9億m

。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)、東芝能源系統(tǒng)公司等單位，在福島縣浪江町建設(shè)了10 MW可再生能源制氫示范項(xiàng)目，于2020年2月底竣工并投入運(yùn)行。我國(guó)也有眾多可再生能源制氫項(xiàng)目，吉林風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究預(yù)計(jì)總裝機(jī)容量400 MW，其中示范制氫10 MW；河北沽源風(fēng)電制氫綜合利用示范項(xiàng)目一期年底投產(chǎn)后可形成年制氫700.8萬(wàn)m

規(guī)模，是全球最大的風(fēng)電制氫項(xiàng)目。

經(jīng)過(guò)以上分析，影響合成氨生產(chǎn)成本主要因素是電價(jià)。當(dāng)電價(jià)為0.3元/kWh時(shí)，“綠氨”生產(chǎn)成本是2 829元/t，加上運(yùn)輸成本（每噸約270元），剛好與液氨市場(chǎng)價(jià)3 100元/t持平。如采用可再生能源的“四棄”，電價(jià)為0.1元/kWh時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)到近2 000元/t的利潤(rùn)（見(jiàn)圖3）。

目前，液氨運(yùn)輸方式采用“槽車(chē)+鐵路”運(yùn)輸方式為主，運(yùn)輸成本約為200~300元/t。如滿(mǎn)足日加注1 000 kg加氫站用氫需求，采用分布式氨裂解制氫，規(guī)模為450 Nm

/h，液氨以市場(chǎng)價(jià)3 100元/t，每公斤氫氣成本35元，剛滿(mǎn)足氫燃料電池汽車(chē)示范推廣要求。氨裂解制氫單位生產(chǎn)成本見(jiàn)表4。

當(dāng)采用“可再生能源制“綠氨”+氨運(yùn)輸體系+分布式氨裂解制氫”時(shí)，終端用氫成本優(yōu)勢(shì)巨大。當(dāng)采用可再生能源電價(jià)為0.1元/kWh，每噸“綠氨”成本為900.55元，考慮運(yùn)輸成本（每噸約270元），終端用每噸液氨成本是1 170.55元，采用分布式氨裂解制氫每公斤成本為18.13元，每公斤氫氣利潤(rùn)約50%，有16元利潤(rùn)空間，經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)很明顯（見(jiàn)圖4）。

其中，f(T)的具體表達(dá)形式與脆弱性數(shù)量n、脆弱性變換周期intervali(1≤i≤n)以及變換的相對(duì)時(shí)間關(guān)系有關(guān)，在實(shí)際NDD體系中，可結(jié)合動(dòng)態(tài)安全策略部署情況確定n和intervali(1≤i≤n)，并通過(guò)概率分布擬合的方式得出f(T)的表達(dá)式.

3 總結(jié)

對(duì)可再生和可持續(xù)能源系統(tǒng)而言，氫能是一種理想的能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)。采用氫儲(chǔ)能技術(shù)可有效解決我國(guó)可再生能源消納及并網(wǎng)穩(wěn)定性的問(wèn)題，但是純氫氣也存在大規(guī)模的儲(chǔ)存難、運(yùn)輸成本高且安全性較低等問(wèn)題。通過(guò)“綠氨”運(yùn)輸體系，建立可再生能源合成氨氫系統(tǒng)。以清潔且資源量豐富的可再生能源為動(dòng)力進(jìn)行氨的合成，通過(guò)氨的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，采用分布式供氫或點(diǎn)供，能解決氫能社會(huì)的氫能源供應(yīng)體系，真正建立可再生能源儲(chǔ)存體系。

本文從技術(shù)路線分析了“氨氫能源路徑”適合可再生能源體系，電解水制氫裝置在規(guī)模化效應(yīng)下，已基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，具有較好的可再生能源適應(yīng)性?！熬G氨”采用中壓法更加與當(dāng)前電解水裝置耦合，引入儲(chǔ)能電池體系，可以平抑可再生能源波動(dòng)以保證合成單元在可再生能源不足時(shí)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在終端采用成熟氨裂解點(diǎn)供，氫氣純度高達(dá)99.999%，滿(mǎn)足燃料電池用氫要求。從經(jīng)濟(jì)性分析了可再生能源制氫合成液氨裝置的綜合能耗是煤或天然氣合成液氨裝置的綜合能耗的約2倍，其中電價(jià)是可再生能源—氨氫體系最敏感因素。通過(guò)控制電價(jià)，特別是利用可再生能源“棄水、棄風(fēng)、棄光”先天優(yōu)勢(shì)，合成氨生產(chǎn)成本優(yōu)于傳統(tǒng)方式，終端用氫競(jìng)爭(zhēng)力明顯。同時(shí)可以利用副產(chǎn)品液氬、醫(yī)用氧，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。采用“可再生能源制“綠氨”+氨運(yùn)輸體系+分布式氨裂解制氫”時(shí)，當(dāng)電價(jià)為0.1元/kWh，每公斤氫氣利潤(rùn)可以達(dá)到近50%，經(jīng)濟(jì)效益明顯，終端用氫成本優(yōu)勢(shì)巨大。建立可再生能源-氨氫體系，能降低化工和能源板塊的化石能源消費(fèi)的比重，助力實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，符合我國(guó)綠色低碳的能源發(fā)展方向。

［1］李建林，李光輝，梁丹曦，馬速良，等.“雙碳目標(biāo)”下可再生能源制氫技術(shù)綜述及前景展望.分布式能源.

［2］叢琳，王楠，李志遠(yuǎn)，李娜，周喜超.電解水制氫儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.電器與能效管理技術(shù)，2021（7）.

［3］國(guó)家發(fā)改委，國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，20220323.

［4］Rouwenhorst K H R，van der Ham A G J，Mul G，et al.Islanded ammonia power systems:technology review & conceptual process design［J］.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2019，114:109339.

［5］安廣祿，劉永忠，康麗霞.適應(yīng)季節(jié)性氨需求的可再生能源合成氨系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).化工學(xué)報(bào)，2021，72（3）:1595-1605.

［6］同［1］.

［7］王中華，鄭淞生，姚育棟，陳日懿，王兆林.電催化分解氨制氫研究進(jìn)展.化工學(xué)報(bào).