氨能應(yīng)用再獲重大突破。
日前，全國(guó)首例大型煤電機(jī)組大比例摻氨燃燒工程示范在皖能銅陵公司取得成功，標(biāo)志著我國(guó)燃煤機(jī)組大比例摻氨清潔高效燃燒技術(shù)率先進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，為煤電企業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展提供了一條新路徑。
作為一種較易儲(chǔ)運(yùn)的儲(chǔ)氫載體，氨主要由氫氣和空氣合成制取，又可經(jīng)催化分解制取氫氣，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是破解氫大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)難題的有效手段。另外，氨可以作為能源直接燃燒，且燃燒產(chǎn)物只有氮?dú)夂退?，可用于熱電鍋爐以及船舶發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。因此，氨被視為氫能以外的另一種清潔低碳能源，是助力“雙碳”目標(biāo)的新路徑之一。
破解氫儲(chǔ)運(yùn)難題
近年來，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)迎來大規(guī)模發(fā)展，諸多企業(yè)紛紛布局。但目前，氫能主要以長(zhǎng)管拖車等公路運(yùn)輸方式為主，長(zhǎng)距離管道輸氫技術(shù)仍處于項(xiàng)目示范階段，運(yùn)輸成本高且效率低，嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
“氨最大的優(yōu)勢(shì)是儲(chǔ)運(yùn)遠(yuǎn)比氫安全、方便，而且體系成熟，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)。”廈門大學(xué)能源學(xué)院教授王兆林在接受《中國(guó)能源報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“從物理化學(xué)性質(zhì)上講，氨的沸點(diǎn)高，在-33攝氏度溫度條件下就可以液化，比天然氣液化還容易。相反，氫需要在-253攝氏度的超低溫條件下才能液化，所以氨在儲(chǔ)運(yùn)方面比氫的成本低得多，這一點(diǎn)決定了用氨儲(chǔ)氫運(yùn)氫，比高壓氫直接儲(chǔ)運(yùn)成本低。”
“從安全性上講，氨不像氫那么易燃，也意味著不容易爆炸，因此氨能更安全。另外，氨分子比氫分子大得多，不容易泄漏，而氫比較容易泄漏，所以其密封相對(duì)麻煩。這些決定了氨比氫更容易大規(guī)模應(yīng)用，也更易在商業(yè)化上走在前列。”王兆林補(bǔ)充道。
除了上述優(yōu)勢(shì)，液氨的體積能量密度也遠(yuǎn)大于液氫，同樣體積液氨的儲(chǔ)氫密度比液氫高60%。
曾長(zhǎng)期從事氨領(lǐng)域研究工作的韓園元也告訴《中國(guó)能源報(bào)》記者：“氨能的提出最主要是想解決氫的儲(chǔ)運(yùn)問題，因?yàn)闅鋬?chǔ)運(yùn)目前還存在難題，如果轉(zhuǎn)成氨，能規(guī)避一定的技術(shù)瓶頸。我國(guó)氨產(chǎn)業(yè)規(guī)模很大，不管從技術(shù)上還是配套設(shè)施上，都比較成熟且經(jīng)驗(yàn)豐富，可大幅降低氫儲(chǔ)運(yùn)成本。”
已有多個(gè)應(yīng)用實(shí)踐
據(jù)《中國(guó)能源報(bào)》記者了解，此前氨主要用作化肥和化工品。近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)提出，氨作為一種綠色清潔能源逐漸走入大眾視野。
“中國(guó)是全世界最大的合成氨使用國(guó)，如果發(fā)展氨能源，一定比其他國(guó)家有優(yōu)勢(shì)。”王兆林表示。
中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院副院長(zhǎng)雍瑞生等撰文指出，氨的能源屬性和儲(chǔ)能屬性使其在動(dòng)力燃料、清潔電力和儲(chǔ)氫載體等新市場(chǎng)方面具有極大發(fā)展?jié)摿?。一方面，氨可以直接用于供能。氨被認(rèn)為在發(fā)電和重型交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有脫碳應(yīng)用潛力。氨直接燃燒或與常規(guī)燃料混燃用于發(fā)電，有利于構(gòu)建清潔電力系統(tǒng)；氨用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，有利于解決交通運(yùn)輸領(lǐng)域的碳排放問題。另一方面，氨可以間接供能使用。氨作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，利用催化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)氨-氫轉(zhuǎn)化，可打破傳統(tǒng)的氫儲(chǔ)運(yùn)方式，為發(fā)展“氨-氫”綠色能源產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。
“目前，氨作為能源應(yīng)用主要有兩個(gè)方向，一是‘氫-氨’轉(zhuǎn)化，解決氫的儲(chǔ)運(yùn)問題；二是氨直接燃燒，替代燃煤發(fā)電、船舶用油等。”韓園元表示。
據(jù)了解，目前西方國(guó)家已開始在船運(yùn)上使用氨作為燃料，我國(guó)的氨能應(yīng)用也有多個(gè)實(shí)踐。
2022年，中國(guó)石化與福州大學(xué)合作的全國(guó)首座氨現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫一體站示范項(xiàng)目啟動(dòng)。項(xiàng)目以氨作為氫氣的儲(chǔ)能載體，實(shí)現(xiàn)氨在線制氫、分離純化、升壓加注等功能，解決了高密度儲(chǔ)運(yùn)氫氣的安全性問題，為零碳氨氫能源利用打造一個(gè)閉環(huán)。
在水泥窯爐和熱電鍋爐上，氨能也已開始商業(yè)化應(yīng)用。公開信息顯示，皖能集團(tuán)和合肥能源研究院實(shí)現(xiàn)100MW—300MW負(fù)荷下煤電機(jī)組燃煤摻氨比例10%—35%多種工況的鍋爐安全平穩(wěn)運(yùn)行，氨燃盡率達(dá)99.99%。
綠氨投資建設(shè)提速
值得注意的是，雖然氨能利用領(lǐng)域多樣，但目前，我國(guó)合成氨還未實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。
“氨能利用真正卡脖子的問題是缺乏綠氨，目前主要制取來源還是灰氫。”王兆林指出，“綠氨只需要水、空氣和綠電，就可以就地合成。西北地區(qū)有些無法消納的光伏發(fā)電和風(fēng)電，可以電解水制取氫氣，再用來合成氨，這樣可以很便利地從西北地區(qū)運(yùn)送到東部，這一點(diǎn)對(duì)我國(guó)非常重要。目前我國(guó)能源對(duì)外依存度較高，如果能夠就地合成氨，可在一定程度上擺脫對(duì)世界石油和天然氣的依賴。”
《中國(guó)能源報(bào)》記者注意到，今年以來，多家企業(yè)陸續(xù)布局了綠氨項(xiàng)目，綠氨投資步伐加快。來自亞化咨詢的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)石油、中國(guó)電建、國(guó)家電投、國(guó)家能源集團(tuán)等企業(yè)今年均在推進(jìn)綠氨項(xiàng)目，項(xiàng)目總投資額達(dá)1267億元。
今年初，內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局發(fā)布公告稱，巴彥淖爾市烏拉特中旗三一重能50萬千瓦離網(wǎng)型風(fēng)光制氫一體化示范項(xiàng)目成功入選示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目總投資42.7億元，建設(shè)400MW風(fēng)電、100MW光伏、電化學(xué)儲(chǔ)能建設(shè)40MW/80MWh，年生產(chǎn)綠氫3.6萬噸、綠氨15萬噸。
此外，內(nèi)蒙古烏蘭察布興和縣風(fēng)光發(fā)電制氫合成氨一體化項(xiàng)目也于今年初正式獲批。該項(xiàng)目是中國(guó)石油在內(nèi)蒙古投資的首個(gè)風(fēng)光發(fā)電制氫合成氨一體化項(xiàng)目，總投資41.39億元，將建設(shè)風(fēng)電350MW，光伏150MW；年制氫能力25700噸，用于合成氨、尿素；項(xiàng)目計(jì)劃2024年年底投產(chǎn)。
