氨能應用再獲重大突破。
日前，全國首例大型煤電機組大比例摻氨燃燒工程示范在皖能銅陵公司取得成功，標志著我國燃煤機組大比例摻氨清潔高效燃燒技術率先進入工業(yè)應用階段，為煤電企業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展提供了一條新路徑。
作為一種較易儲運的儲氫載體，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)內認為是破解氫大規(guī)模儲運難題的有效手段。另外，氨可以作為能源直接燃燒，且燃燒產(chǎn)物只有氮氣和水，可用于熱電鍋爐以及船舶發(fā)動機等領域。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”目標的新路徑之一。
破解氫儲運難題
近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)迎來大規(guī)模發(fā)展，諸多企業(yè)紛紛布局。但目前，氫能主要以長管拖車等公路運輸方式為主，長距離管道輸氫技術仍處于項目示范階段，運輸成本高且效率低，嚴重制約產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。
“氨最大的優(yōu)勢是儲運遠比氫安全、方便，而且體系成熟，可以實現(xiàn)大規(guī)模儲運。”廈門大學能源學院教授王兆林在接受《中國能源報》記者采訪時表示，“從物理化學性質上講，氨的沸點高，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，所以氨在儲運方面比氫的成本低得多，這一點決定了用氨儲氫運氫，比高壓氫直接儲運成本低。”
“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，所以其密封相對麻煩。這些決定了氨比氫更容易大規(guī)模應用，也更易在商業(yè)化上走在前列。”王兆林補充道。
除了上述優(yōu)勢，液氨的體積能量密度也遠大于液氫，同樣體積液氨的儲氫密度比液氫高60%。
曾長期從事氨領域研究工作的韓園元也告訴《中國能源報》記者：“氨能的提出最主要是想解決氫的儲運問題，因為氫儲運目前還存在難題，如果轉成氨，能規(guī)避一定的技術瓶頸。我國氨產(chǎn)業(yè)規(guī)模很大，不管從技術上還是配套設施上，都比較成熟且經(jīng)驗豐富，可大幅降低氫儲運成本。”
已有多個應用實踐
據(jù)《中國能源報》記者了解，此前氨主要用作化肥和化工品。近年來，隨著“雙碳”目標提出，氨作為一種綠色清潔能源逐漸走入大眾視野。
“中國是全世界最大的合成氨使用國，如果發(fā)展氨能源，一定比其他國家有優(yōu)勢。”王兆林表示。
中國石油集團安全環(huán)保技術研究院副院長雍瑞生等撰文指出，氨的能源屬性和儲能屬性使其在動力燃料、清潔電力和儲氫載體等新市場方面具有極大發(fā)展?jié)摿ΑＲ环矫妫笨梢灾苯佑糜诠┠堋０北徽J為在發(fā)電和重型交通運輸領域具有脫碳應用潛力。氨直接燃燒或與常規(guī)燃料混燃用于發(fā)電，有利于構建清潔電力系統(tǒng)；氨用于發(fā)動機燃料，有利于解決交通運輸領域的碳排放問題。另一方面，氨可以間接供能使用。氨作為儲氫介質，利用催化技術能夠實現(xiàn)氨-氫轉化，可打破傳統(tǒng)的氫儲運方式，為發(fā)展“氨-氫”綠色能源產(chǎn)業(yè)奠定基礎。
“目前，氨作為能源應用主要有兩個方向，一是‘氫-氨’轉化，解決氫的儲運問題；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，目前西方國家已開始在船運上使用氨作為燃料，我國的氨能應用也有多個實踐。
2022年，中國石化與福州大學合作的全國首座氨現(xiàn)場制氫加氫一體站示范項目啟動。項目以氨作為氫氣的儲能載體，實現(xiàn)氨在線制氫、分離純化、升壓加注等功能，解決了高密度儲運氫氣的安全性問題，為零碳氨氫能源利用打造一個閉環(huán)。
在水泥窯爐和熱電鍋爐上，氨能也已開始商業(yè)化應用。公開信息顯示，皖能集團和合肥能源研究院實現(xiàn)100MW—300MW負荷下煤電機組燃煤摻氨比例10%—35%多種工況的鍋爐安全平穩(wěn)運行，氨燃盡率達99.99%。
綠氨投資建設提速
值得注意的是，雖然氨能利用領域多樣，但目前，我國合成氨還未實現(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)運送到東部，這一點對我國非常重要。目前我國能源對外依存度較高，如果能夠就地合成氨，可在一定程度上擺脫對世界石油和天然氣的依賴。”
《中國能源報》記者注意到，今年以來，多家企業(yè)陸續(xù)布局了綠氨項目，綠氨投資步伐加快。來自亞化咨詢的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國石油、中國電建、國家電投、國家能源集團等企業(yè)今年均在推進綠氨項目，項目總投資額達1267億元。
今年初，內蒙古自治區(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)型風光制氫一體化示范項目成功入選示范項目。該項目總投資42.7億元，建設400MW風電、100MW光伏、電化學儲能建設40MW/80MWh，年生產(chǎn)綠氫3.6萬噸、綠氨15萬噸。
此外，內蒙古烏蘭察布興和縣風光發(fā)電制氫合成氨一體化項目也于今年初正式獲批。該項目是中國石油在內蒙古投資的首個風光發(fā)電制氫合成氨一體化項目，總投資41.39億元，將建設風電350MW，光伏150MW；年制氫能力25700噸，用于合成氨、尿素；項目計劃2024年年底投產(chǎn)。
