雙碳目標(biāo)下中國綠氫合成氨發(fā)展基礎(chǔ)與路線

推動全社會綠色發(fā)展，實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的強大動力，也為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級提供了重大戰(zhàn)略機遇。

研究表明，理想的DNA條形碼序列應(yīng)具有明顯的種間變異和足夠小的種內(nèi)變異。對各條形碼的擴增序列在植物種內(nèi)和種間變異數(shù)據(jù)進行分析(表4)，發(fā)現(xiàn)DNA條形碼在種內(nèi)變異的大小依次排序為：psbA-trnH > rbcL > psbK-psbI > matK；種間變異大小依次排序為:rbcL > psbA-trnH > psbK-psbI > matK。

氫能作為清潔、安全、高效的二次能源，來源途徑多，應(yīng)用領(lǐng)域廣。是實現(xiàn)大規(guī)模可再生能源利用的重要載體，可實現(xiàn)多異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，形成可持續(xù)高彈性的創(chuàng)新型多能互補系統(tǒng)

，因此發(fā)展綠色氫能技術(shù)是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要路徑之一。

2020 年，全球氫氣消耗量約為0.90 億噸，約合0.72 億噸氫氣用于合成氨和煉油，約合0.18 億噸氫氣與其他氣體混合，用于制造甲醇和煉鋼

。氨是氮氫化合物，廣泛應(yīng)用于氮肥、制冷劑及化工原料。2020 年全球工業(yè)合成氨1.8 億噸，約80%的氨作為化肥原料，其余20%的氨用于合成工業(yè)化學(xué)品，全球僅生產(chǎn)灰氨，每年就排放5億噸二氧化碳

，占全球能源消費的2%

，其中，約90%的氨產(chǎn)量采用哈伯-博世法工藝

。按照每生產(chǎn)1噸氨消耗0.18 噸純氫計算，每年生產(chǎn)氨約消耗氫氣0.33億噸。

LRH-250CL低溫生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器公司；3k15高速冷凍離心機，美國 Sigma公司；FD5-Serious真空冷凍干燥機，GOLD SIM儀器公司；SPARK酶標(biāo)儀，瑞士TECAN儀器公司；K9860全自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器公司；哈西多功能 pH計，上海哈西分析儀器有限公司。

Mu：Lao Yang，have you prepared something for the New Year?

2021年，國際能源署發(fā)布的2050年凈零排放路線圖研究報告指出，至2050 年，全球氫能需求量將增長至5.28億噸，約60%來自于電解水制氫，占全球電力供應(yīng)的20%。同時，將會有超過30%的氫氣用于合成氨和燃料。未來，氨不僅用于生產(chǎn)氮肥與化工原料，還將作為能源燃料，滿足全球45%的航運能源需求的，并與一氧化碳摻燒，實現(xiàn)二氧化碳減排

。全球每年將投入超過140 億美元用于氨的生產(chǎn)，其中，80%采用接近零排放的生產(chǎn)路線

。

未來綠氫合成氨技術(shù)發(fā)展迭代主要取決于采用不同的電解水技術(shù)路線，可與液化空氣等儲能裝置耦合，實現(xiàn)系統(tǒng)冷熱電互濟，放大系統(tǒng)靈活性，提升系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)換效率。Lee等

認(rèn)為在不同電價情景下，應(yīng)采用不同電解制氫技術(shù)，其中，堿性電解技術(shù)適用于低電價情景，固體氧化物電解技術(shù)效率最高，適用于高電價情景；Meng等

提出將液化空氣儲能與電解制氫合成氨技術(shù)進行結(jié)合，放大系統(tǒng)靈活性，充分利用多余熱量，提升系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)換效率至83%，綠氨生產(chǎn)1 kg NH

耗電僅為7.4 kWh，與天然氣合成氨單位耗能相近

，將大幅度降低氨的成本。

考慮可再生能源制綠氫合成氨及其應(yīng)用對于全球?qū)崿F(xiàn)碳中和至關(guān)重要(詳見圖1)。美國、歐盟、日韓等發(fā)達國家均開始布局綠氨項目。美國能源部支持了17 個綠氨項目

，旨在將可再生能源轉(zhuǎn)化為能源密度高的碳中性液體燃料。歐盟已將氨作為氫貿(mào)易主要技術(shù)路線之一，開始布局綠氫合成氨基礎(chǔ)設(shè)施，開展綠氫制氨在交通及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的示范研究

。日本計劃到2030 年用氨與燃煤混燒，替代燃煤發(fā)電站20%的煤炭供應(yīng)，2050 年實現(xiàn)純氨發(fā)電

，并在中東、澳大利亞等國家和地區(qū)建造海外綠氨生產(chǎn)基地。韓國政府宣布力求打造全球第一大氫氣和氨氣發(fā)電國。采用綠氫制氨技術(shù)路線已成為氫能清潔利用，實現(xiàn)雙碳目標(biāo)重要戰(zhàn)略。

1 中國發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)的重要意義

1.1 中國合成氨產(chǎn)能產(chǎn)量及消費或穩(wěn)居全球第一

中國合成氨工業(yè)自20 世紀(jì)20 年代起步發(fā)展，目前已成為全球最大的合成氨生產(chǎn)及消費國家，2020 年，我國合成氨產(chǎn)能約6676 萬噸

，其中，規(guī)模在30 萬噸/年及以上的產(chǎn)能占總量3/4 以上，約73.7%是煤制氨

。2020 年我國合成氨產(chǎn)量約5884 萬噸

，約占全球產(chǎn)量的1/3。中國氮肥工業(yè)協(xié)會整理數(shù)據(jù)顯示，我國合成氨主要運用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)，從下游需求來看，尿素占比最大，約為68%，其他化肥占比18%，化工行業(yè)占比14%。未來，隨著技術(shù)進步，氨將進一步應(yīng)用于發(fā)電機組摻燒與航運燃料，相關(guān)研究預(yù)測，至2050 年，中國交通行業(yè)將消耗3.8 億標(biāo)準(zhǔn)煤能源，其中，氨作為燃料將貢獻4780 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤

，未來在長途航運方面，氨能將被廣泛應(yīng)用。因此，中國的氨產(chǎn)量及消費需求或穩(wěn)居全球第一。

1.2 布局綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)是雙碳目標(biāo)重要實現(xiàn)路徑

第一階段(當(dāng)前—2025年)主要任務(wù)為完善政策規(guī)劃，提升技術(shù)水平，先行示范為主：產(chǎn)業(yè)定位逐步清晰、產(chǎn)業(yè)政策與安全標(biāo)準(zhǔn)逐步健全；電-氫-氨-化模式不斷創(chuàng)新；以西部、東北部及東部用氨大省為主的規(guī)模化示范項目將陸續(xù)實施，為產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.3 發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)有利于構(gòu)建清潔電力系統(tǒng)

電解水制氫與儲能系統(tǒng)搭配可促進大規(guī)模高比例可再生能源的電力供給系統(tǒng)，實現(xiàn)多異質(zhì)、跨地域、跨季節(jié)的優(yōu)化配置。按照2020 年合成氨產(chǎn)能進行評估，若通過可再生能源綠氫合成氨進行替代，約合需要電力裝機1 億千瓦，占2020 年我國電力總裝機22 億千瓦的4.54%。若最低負荷按照50%計算，可提供0.5 億～1.2 億千瓦的可調(diào)節(jié)柔性負荷，可滿足國家電網(wǎng)公司整個經(jīng)營區(qū)內(nèi)十四五期間需求側(cè)響應(yīng)能力指標(biāo)。2021年1月7日，我國最高調(diào)度負荷創(chuàng)歷史新高，負荷達到11.89億千瓦，但全國5.3億千瓦風(fēng)電與光伏小計5億未出力，3.7億水電約2億未出力，1億天然氣發(fā)電裝機0.5億未出力

，必須加強系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源建設(shè)，大力提升電力需求側(cè)響應(yīng)能力。相關(guān)研究也表明，至2060年，我國新能源利用規(guī)模將超過最大負荷15%左右，未來單純依靠電力系統(tǒng)自身，難以充分實現(xiàn)新能源利用，還應(yīng)建立健全需求側(cè)資源利用體系

。未來，可再生能源綠氫合成氨裝置可參與電力系統(tǒng)中的用戶側(cè)調(diào)峰輔助服務(wù)，將有效促進我國構(gòu)建高比例可再生能源為主的電力系統(tǒng)，保障能源安全。

1.4 綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)有助于培育中國氫能產(chǎn)業(yè)壯大

未來30 年，我國的綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)總體可將分成三個階段進行分析。

2 中國發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)條件

2.1 可再生能源發(fā)展進入大規(guī)模市場化階段

發(fā)展可再生能源制綠氫合成氨面臨的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)如下。

2.2 電解水制氫及合成氨技術(shù)裝備相對成熟

傳統(tǒng)煤與天然氣制氨工藝主要取決于原料氣制備方式，與綠氫合成氨技術(shù)相同，最終均需要得到高純度的氫氣與氮氣，再經(jīng)過若干段分級壓縮至高壓，送至合成氨工藝塔。不同的是，綠氫需要通過可再生能源電解水制氫獲取，因此，綠氫合成氨主要設(shè)備將包括可再生能源電力裝備、電解水制氫設(shè)備、空分裝置、合成氨裝置，以上相關(guān)技術(shù)裝備國產(chǎn)化程度較高。其中，目前能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化的電解水制氫技術(shù)主要分為堿性電解水與質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)，我國的堿性電解槽技術(shù)水平已處于行業(yè)領(lǐng)先，單體電解槽產(chǎn)能可達到1000 Nm

/h以上，單位標(biāo)方氫氣所需直流電耗小于4.6 kWh/Nm

，設(shè)備單位成本低于2000元/kW。此外，質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)均處于起步階段，但成本偏高，未來主要取決于燃料電池技術(shù)發(fā)展進程。整體來講，我國綠氫合成氨技術(shù)裝備相對成熟，可支撐產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展條件。

2.3 具備就地或跨區(qū)替代現(xiàn)有灰氨基礎(chǔ)條件

按照區(qū)域劃分，華東地區(qū)合成氨產(chǎn)能約為1800 萬噸/年，三北地區(qū)產(chǎn)能約為2700 萬噸/年，華中地區(qū)與西南地區(qū)產(chǎn)能約各為1000 萬噸/年。我國可再生能源布局主要以“三北”地區(qū)的風(fēng)電、光伏、西南地區(qū)的水電、東部海上風(fēng)電等大型集中式及各省分布式為主，整體可再生能源布局與現(xiàn)有合成氨產(chǎn)能基本重合，具有大部分產(chǎn)能實現(xiàn)就地供需平衡的條件。同時，在“宜電則電，宜氫(氨)則氫(氨)”的前提下，未來西北地區(qū)的戈壁與荒漠區(qū)域的綠氫合成氨項目，可利用管道及現(xiàn)有鐵路運輸至東部，華中區(qū)域可考慮通過鐵路及槽罐車運輸，可實現(xiàn)西部向東部及中部“運煤”到“運氨”轉(zhuǎn)變。綠氫合成氨參與用戶側(cè)調(diào)峰輔助服務(wù)也將有助于西北地區(qū)的可再生能源基地、東部海上風(fēng)電基地、西南水電基地加強系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)。

3 基于可再生能源合成綠氨技術(shù)路線與發(fā)展趨勢

3.1 綠氨制備技術(shù)路線

國內(nèi)外對基于可再生能源驅(qū)動的綠氨生產(chǎn)工藝技術(shù)進行大量研究，主要包括電解水制綠氫合成氨、電催化、生物催化、光催化、電磁催化等綠氨制備技術(shù)

。其中，電催化分為液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)等技術(shù)路線

，需要研制高效可靠催化劑，產(chǎn)量的計量單位從微克到克不等

。光催化合成氨是利用可見光下的空氣與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氨，同樣面臨需要開發(fā)高效穩(wěn)定的固氮光催化劑。生物催化合成氨技術(shù)暫不適用于規(guī)模化工業(yè)路徑。電磁催化也尚未有工業(yè)化趨勢的報道。總體來看，電解水制綠氫，并采用哈伯-博世法工藝合成氨的技術(shù)路徑最為成熟，被認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)綠氨產(chǎn)業(yè)化技術(shù)路線。

3.2 存在問題

水電水利規(guī)劃設(shè)計總院發(fā)布的《中國可再生能源發(fā)展報告2020》指出，截止到2020年底，中國可再生能源累計裝機容量9.35億千瓦，占全部電力裝機容量22億千瓦的42.5%，可再生能源發(fā)電量2.22萬億千瓦時，占中國全口徑總發(fā)電量7.62億千瓦時的29.1%

，中國可再生能源將進入大規(guī)模、高比例、市場化階段，發(fā)揮能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的主導(dǎo)作用。新能源裝備技術(shù)方面，我國陸上風(fēng)電機組與晶硅電池組件產(chǎn)業(yè)鏈完備，是全球最大的風(fēng)機與太陽能電池制造國。抽水蓄能及電化學(xué)儲能等新型儲能市場發(fā)展迅猛。未來，與改善西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，可充分開發(fā)沙漠、戈壁、荒漠等地區(qū)，西南部流域及東部海域也將為新能源發(fā)展提供廣闊的承載空間。可再生能源進一步引領(lǐng)能源生產(chǎn)和消費革命，為發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)理清發(fā)展邏輯奠定基礎(chǔ)。

（1）從政策層面看，20世紀(jì)90年代初，中國的知識產(chǎn)權(quán)制度開始萌芽，且發(fā)展?fàn)顩r樂觀。但由于當(dāng)時法律不夠完善，尤其表現(xiàn)在不孚眾望的執(zhí)法過程中。

矽卡巖型礦圍巖蝕變主要為矽卡巖化，形成鈣鋁石榴石及透輝石矽卡巖、透輝石榴矽卡巖等，呈條帶狀分布于巖體外接觸帶上，同時伴有碳酸鹽化，與銅礦體關(guān)系密切，并伴有磁鐵礦化、孔雀石化。

（1）由于可再生能源發(fā)電具有波動性、間歇性和不確定性，需要精確評估項目所在地區(qū)可再生能源出力特性與綠氫合成氨負荷特性，研究多維度不同功率配比下整體系統(tǒng)特性，模擬新能源綠氫系統(tǒng)的實時發(fā)電、制氫、上網(wǎng)或下網(wǎng)等狀態(tài)，最大限度增加系統(tǒng)可再生能源電量占比。否則會出現(xiàn)大量占用電網(wǎng)調(diào)峰資源情況，并導(dǎo)致項目需要大量網(wǎng)電支撐。

（2）不同于傳統(tǒng)化工，整個系統(tǒng)依托電力驅(qū)動，需要創(chuàng)新系統(tǒng)集成設(shè)計，搭建多場景電-氫-氨系統(tǒng)配置與運行模式，設(shè)計全工況能量管理策略，開展氫氨系統(tǒng)波動工況下動態(tài)協(xié)調(diào)與切換控制模擬，開發(fā)適應(yīng)寬功率波動環(huán)境下電-氫-氨集群控制技術(shù)。

本階段將重點突破綠氫制合成氨項目分類，解決兩高及能耗指標(biāo)政策問題；探索可再生能源-氫-氨系統(tǒng)與電網(wǎng)互濟的政策支持，建立可再生能源制綠氫合成氨系統(tǒng)的碳減排方法學(xué)；制定各省綠氫合成氨項目及替代老舊煤、氣制氨產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。并推動規(guī)模化示范項目開工建設(shè)。在發(fā)展路線上，本階段將以西北部、東北部及東部具有大規(guī)模風(fēng)電、光伏及用氨市場的區(qū)域為主，開展以風(fēng)光儲電源供應(yīng)為主，電網(wǎng)補充為輔的10 萬～20 萬噸級的綠氫合成氨示范工程，探索氨電化學(xué)合成轉(zhuǎn)化技術(shù)，論證綠氫合成氨系統(tǒng)與千萬千瓦級新能源大基地耦合工程；儲運以陸地液氨槽罐車運輸為主，并開展鐵路運輸先行示范。依托現(xiàn)有煤炭、危化品碼頭建設(shè)液氨貿(mào)易碼頭。重點在尿素、化工材料、煙氣脫硝等行業(yè)實現(xiàn)就近消納；探索氨在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域摻燒、氨內(nèi)燃機、氨直接燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.3 綠氫合成氨技術(shù)發(fā)展趨勢

基于熵權(quán)法的我國公共圖書館發(fā)展水平評價及其趨勢研究 ………………………………………………………… 邵艷紅（2/37）

果皮處理：清水浸泡黃豆適量，用柚子皮、橙子皮包住黃豆后，置于電飯鍋里蒸40 min左右，然后接入0.8%納豆菌后發(fā)酵并后熟。

4 綠氫合成氨在不同應(yīng)用場景的競爭力分析

4.1 能量密度對比分析

氨作為能源使用，就應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實技術(shù)水平，評估在現(xiàn)有能源體系中的競爭力。氫、氨及常見能源產(chǎn)品熱值特性見圖2，單位價格熱值指標(biāo)的上限與下限分別取該能源產(chǎn)品近10年的歷史最高與最低單位價格，中位值取近三年國內(nèi)產(chǎn)品平均價格。與常規(guī)用于發(fā)電及燃燒的能源燃料相比：從物理特性來看，液氫的單位質(zhì)量熱值是最高的，達到28594 kcal/kg(1cal=4.2J)，約為汽柴油及液化天然氣的3 倍，約為液氨的6倍。但按照體積熱值計算，液體形態(tài)的柴油熱值最高，達到8772 kcal/L，約為液氫的4.5倍，液氨的3 倍，甲醇的2 倍。從經(jīng)濟特性來看，在固定式發(fā)電及供熱應(yīng)用領(lǐng)域，煤炭的單位價格熱值中位值達到8 804 kcal/元，是天然氣的1.6倍，液氨的6.7倍，氣態(tài)氫氣的6倍，液氫的9.2倍。在動力及交通應(yīng)用領(lǐng)域，液氨的單位價格熱值中位值為1312 kcal/元，與汽油相當(dāng)，約為柴油的0.83 倍，氣態(tài)氫氣的0.9倍，液氫的1.4倍。液氨的質(zhì)量與體積熱值不具有明顯優(yōu)勢，但作為不含碳的燃料能源，其儲存優(yōu)勢及單位體積熱值是優(yōu)于液氫的。

第四章(畫家之手)的內(nèi)容為(題材范圍的縮小)、(不同類型的畫家：地位和風(fēng)格)、(筆法類型：風(fēng)格與地位)、(文人畫家及其受眾)、(贗造畫家之手)、(代筆者)、(董其昌及其代筆者)、(金農(nóng)及其代筆者)。在最后一章論及到代筆者的議題時，高居翰教授一再小心措辭，并在文末慎重提出：“董其昌是一位偉大的畫家，金農(nóng)也是一位偉大的畫家。我寫下這些并無他意。…………正是他們創(chuàng)造了我們借以判斷的品味。如果本研究剝?nèi)チ酥袊嫾彝ǔ１毁x予的表里不一的外套，證實他們在超然的精神和審美追求之外，仍有著塵世的需要和欲望，那么我想我這樣做并沒有貶低他們，而只是讓他們顯得更富有人性，我認(rèn)為，這樣更加可愛。”

4.2 不同應(yīng)用場景競爭力分析

合成氨市場主要集中在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)與工業(yè)方面，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要作為尿素、復(fù)合肥的原料。工業(yè)領(lǐng)域用于生產(chǎn)車用尿素和煙氣脫硝。未來，己內(nèi)酰胺、丙烯腈、硝酸、煙氣脫硝市場對合成氨的需求均會有較大增幅。但氨的消費屬性正逐漸變化。沙特正在建設(shè)全球規(guī)模最大的可再生能源光伏電解水制綠氫及合成氨工廠，預(yù)計2024年投產(chǎn)，并以液氨的形式向全球銷售，或在終端市場再分解為氫氣使用。2021年1月，國家能源集團實現(xiàn)了40兆瓦燃煤鍋爐燃燒含35%氨的混氨燃料，項目運行平穩(wěn)。日本計劃將氨作為燃料，于2050年實現(xiàn)純氨發(fā)電。全球各國已開始研究氨直接燃料電池及內(nèi)燃機。

其次，引導(dǎo)學(xué)員制定相關(guān)的閱讀計劃，建立讀書會，鼓勵學(xué)員分享閱讀感受。舉例而言，西點軍校就設(shè)立有教務(wù)長讀書俱樂部，目的是匯集不同的觀點。教務(wù)長和學(xué)員一同讀書。學(xué)員在讀完一本書之后還要進行讀書匯報。通過設(shè)立教務(wù)長讀書俱樂部，西點軍校引導(dǎo)其學(xué)員不斷讀書，不斷讀好書，為每位學(xué)員提供了分享看法與觀點的平臺。我們可以效仿西點軍校的做法，成立世界軍事名著讀書俱樂部，精選世界軍事名著，引導(dǎo)學(xué)員同步閱讀，分享閱讀感受。

液氨與氫作為燃料，從經(jīng)濟特性來看，在固定式發(fā)電及供熱應(yīng)用領(lǐng)域，摻燒成本偏高，應(yīng)分場景考慮其應(yīng)用，例如在無碳或低碳需求場景的城市核心區(qū)，氨的摻燒及氨燃料電池直接發(fā)電技術(shù)也將被廣泛應(yīng)用。研究表明氨的發(fā)電裝置可以應(yīng)用于以可再生能源為主制氨的孤島微網(wǎng)中，用于平衡合成綠氫合成氨系統(tǒng)自身的電力需求

。此外，針對氨燃料電池直接發(fā)電技術(shù)，已有研究表明，在相同電壓和燃料利用率情況下，管狀氨直接燃料電池效率可達到60%，是管狀氫直接燃料電池效率的1.17倍

。

在動力及交通應(yīng)用領(lǐng)域，液氨與柴油特性相似，隨著氨內(nèi)燃機、氨直接燃料電池技術(shù)及液氫儲運技術(shù)的發(fā)展，可能出現(xiàn)多種技術(shù)路線：一是液氫的儲存及加注，并通過氫燃料電池直接發(fā)電供能；二是液氨的儲存及加注，通過氨內(nèi)燃機及氨直接燃料電池供能；三是氨分解為氫后再進行供能。以上路線，主要取決于技術(shù)進步、路線經(jīng)濟性及其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用程度，例如，研究表明，即便綠氨成本將至210～215歐元/噸，經(jīng)過裂解及提純獲得的25 MPa 高純氫成本也會超過3 歐元/kg，顯然具有一定的應(yīng)用局限性

。

因此，綠氫合成氨應(yīng)重點替代現(xiàn)有煤、天然氣制氨產(chǎn)能，深耕尿素、復(fù)合肥原料、合成材料、煙氣脫硝等成熟市場，發(fā)揮最大的經(jīng)濟與環(huán)境效益。隨著技術(shù)進步，政策完善及成本降低，待我國建立成熟的可再生能源綠氫合成氨供應(yīng)體系，再規(guī)模化向動力能源及固定式發(fā)電供熱領(lǐng)域應(yīng)用。

4.3 可再生能源綠氫合成氨經(jīng)濟性評估

影響可再生能源綠氫合成氨的成本因素較多，包括風(fēng)電光伏配比、利用小時、出力特性、電解水制氫規(guī)模、電氫氨工程耦合方案。剔除原材料及工程條件因素，最終體現(xiàn)為系統(tǒng)綜合電價及電氫耦合效率。圖3是可再生能源綠氫合成氨成本分析，假設(shè)電網(wǎng)進行富裕電力調(diào)峰，理想情況下系統(tǒng)達到8000 小時的額定負荷，當(dāng)綜合電價為0.1 元/千瓦時，每噸灰氨成本為1932～2351 元/噸，當(dāng)綜合電價為0.2 元/千瓦時，每噸碳氨成本為2772～3610 元/噸，當(dāng)綜合電價為0.3 元/千瓦時，每噸灰氨成本為3610～4870 元/噸。若煤價1000 元/噸時，每噸灰氨成本約合3000 元/噸，對應(yīng)綠氨所需綜合電價要控制在0.15～0.22 元/千瓦時；若煤價1200元/噸時，每噸灰氨成本約合3500元/噸，對應(yīng)綠氨所需綜合電價要控制在0.19～0.28元/千瓦時。

實際項目中，綠氫合成氨裝置很難達到8000 小時，噸氨成本還將根據(jù)合成氨利用小數(shù)下降而提升。未來隨著電改不斷深入，可再生能源綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)將會出現(xiàn)多種模式，需要與可再生能源發(fā)電、電力市場柔性負荷輔助調(diào)峰、終端應(yīng)用、能耗雙控及碳市場等因素緊密結(jié)合考慮，因地制宜地制定商業(yè)模式，來實現(xiàn)市場化。

伯虎正想繼續(xù)回答安文浩，在伯虎身旁的小趙這時終于忍不住了，他脫口而出，讓伯虎不得不把要說的話咽了下去。

最后，全波形反演／層析成像方法應(yīng)該用來提取整套的彈性參數(shù)（包括S波速度）。雖然已經(jīng)提出了基于彈性波動方程的全波形反演／層析成像算法（Brossier et al，2009；Gélis et al，2007；Shipp and Singh，2002），但彈性反演仍然存在正演問題計算量大和波動復(fù)雜（如P波到S波的轉(zhuǎn)換）的問題，這就增加了反演中的非線性因素。

5 中國綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析

5.1 上位政策與能源發(fā)展規(guī)劃分析

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》制定了我國至2025 年的能源發(fā)展方針與主要目標(biāo)，針對氫能提出要攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，開展多元化示范應(yīng)用，并對2035 年我國能源高質(zhì)量發(fā)展進行了展望

。《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出2025 年前，攻克高效氫氣制備及全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，推動氫能與可再生能源融合發(fā)展

。《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》將可再生能源制氫(氨)作為“十四五”新型儲能技術(shù)試點示范

。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035 年)》提出2025 年前要初步建立較為完整的供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)體系，并探索開展可再生能源制氫在合成氨中的應(yīng)用；可再生能源制氫在2030年將廣泛應(yīng)用；到2035年，氫能對綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展起到重要支撐作用

。

總體來看，2025 年前，可再生能源制氫主要為開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完善體系政策，開展多元化示范。2035 年可再生能源綠氫將深度融入我國能源體系。考慮到綠氫合成氨的儲運優(yōu)勢、技術(shù)裝備相對成熟，擁有成熟的消納市場等因素。將我國的綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)總體分為2025 年、2035 年、2050年三個發(fā)展階段分析。

5.2 中國綠氫合成氨發(fā)展趨勢分析

氫能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要市場培育，必須解決綠氫成本高、儲運難度大等問題。目前，氫氣儲存運輸技術(shù)與成本制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在大規(guī)模連續(xù)制氫且供銷平衡的場景中，目前替代化工灰氫及煉鋼具有可行性，但成本偏高，短期內(nèi)不具有商業(yè)化價值。液氨可在常溫常壓下實現(xiàn)儲存運輸，液氨的單位體積質(zhì)量密度是液氫的8.5 倍，液氨運輸氫氣體積效率是液氫的1.5 倍。利用可再生能源電解水制氫合成氨，對于年產(chǎn)10 萬噸合成氨裝置，消耗相同電量的情況下，按照質(zhì)量計算，合成氨的產(chǎn)量是制氫的5.6 倍，但液氨儲存所需的槽罐僅是液氫的0.64 倍。氨不僅擁有著完備的貿(mào)易、運輸體系，大規(guī)模儲存運輸也具有優(yōu)勢明顯，屬于洲際能源貿(mào)易運輸?shù)膬?yōu)選載體

。目前，電催化與光電化學(xué)合成氨還處于研發(fā)階段，產(chǎn)量的計量單位從微克到克不等

。因此，綠氫合成氨項目將率先實現(xiàn)規(guī)模化與商業(yè)化，具有培育電解水制氫技術(shù)裝備先發(fā)優(yōu)勢，破解氫能產(chǎn)業(yè)初期的技術(shù)與市場難題。

相關(guān)研究表明，天然氣、生物質(zhì)和煤制氨工藝的碳排放分別為2.81、1.2和4.2 kg CO

/kg NH

。2020 年，我國合成氨單位產(chǎn)品平均綜合能耗為1264 千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸

，按此評估合成氨產(chǎn)業(yè)總體能耗為7437萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占化工產(chǎn)業(yè)消耗4.2億噸標(biāo)煤總量的17.71%。其中，以天然氣為原料的合成氨產(chǎn)量1195萬噸

，約需消耗110億立方米天然氣，占我國天然氣表觀消費總量3280 億立方米的3.35%。其余主要是煤及其他副產(chǎn)氣制氨，若按照參考平均能耗估算，我國煤制氨約需消耗8297 萬噸原煤，占我國原煤消費量39 億噸的2.13%。我國化工產(chǎn)業(yè)的二氧化碳年排放量達到11 億噸，占全國排放總量的10%。生產(chǎn)1噸合成氨，煤制氨二氧化碳排放量約為4.2 噸，天然氣制氨的二氧化碳排放量約為2.04 噸，2020 年，我國合成氨產(chǎn)業(yè)二氧化碳總排放量達到2.19億噸，占化工產(chǎn)業(yè)排放總量的19.9%

。加快布局綠氫合成氨項目，有利于減少天然氣與原煤消費量，減少碳排放，助力碳達峰碳中和的實現(xiàn)。

（3）與傳統(tǒng)化工系統(tǒng)穩(wěn)定的運行特征不同，綠氫合成氨系統(tǒng)的波動性較強，需要進一步優(yōu)化電解水、儲氫、制氮、壓縮、合成等各裝置工藝方案，開展變負荷合成氨反應(yīng)器優(yōu)化升級，研究適應(yīng)柔性生產(chǎn)的合成氨工藝流程技術(shù)。

第二階段(2025—2035年)主要任務(wù)為規(guī)模化推廣，多領(lǐng)域支撐，多元化應(yīng)用：發(fā)展目標(biāo)清晰、產(chǎn)業(yè)政策與行業(yè)監(jiān)管健全、電-氫-氨-化模式成熟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及布局重塑態(tài)勢明顯，具有市場競爭力，終端應(yīng)用更加多元化，逐步融入我國高效低碳能源體系。

本階段綠氫合成氨的產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)監(jiān)管健全成熟，隨著電力體制改革，可再生能源-氫-氨系統(tǒng)與電網(wǎng)互濟的政策日益完善，綠氫合成氨作為柔性可調(diào)節(jié)負荷將深度參與電網(wǎng)調(diào)峰，可再生能源制綠氫合成氨系統(tǒng)的碳減交易市場日趨成熟，綠氫合成氨將具有市場競爭力，國內(nèi)合成氨產(chǎn)業(yè)將逐步被綠氫合成氨模式所替代，布局重心將向西北部轉(zhuǎn)移，綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)將成為可再生能源資源豐富但缺乏電力輸送省份實現(xiàn)電力就地消納，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要抓手，百萬噸級綠氫合成氨系統(tǒng)的柔性可調(diào)特性將被嘗試應(yīng)用于新能源大基地中。通過槽罐車運輸、鐵路運輸、船舶運輸將建立全國液氨供銷體系。建立完善華北、華東液氨貿(mào)易中心。除傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)與工業(yè)市場外，氨在核心城市區(qū)的摻燒將被廣泛應(yīng)用，氨內(nèi)燃機、氨直接燃料電池技術(shù)日益成熟，氨在陸地、船舶等動力能源領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用，綠氨貿(mào)易額不斷增加。

此外，預(yù)計以可再生能源為主的硝酸鹽還原電催化、氮還原電催化、生物質(zhì)電化學(xué)合成、光催化、熱催化與等離子催化等綠氨制備技術(shù)將不同程度地開展示范。

第三階段(2035—2050年)主要任務(wù)為推動產(chǎn)業(yè)格局重塑，助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)：將形成電-氫-氨化的供給網(wǎng)絡(luò)，市場應(yīng)用、體制機制科學(xué)健全的發(fā)展格局。綠氨與工業(yè)、電力、建筑、交通行業(yè)不同程度地融合，助力重塑我國西部與東部能源化工市場格局。

6 政策建議

6.1 戰(zhàn)略研究

以推動能源革命，確保能源供應(yīng)，堅持先立后破、通盤謀劃為原則，立足于我國現(xiàn)有合成氨產(chǎn)能分布及市場應(yīng)用，分地區(qū)統(tǒng)籌研究綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)對我國構(gòu)建清潔電力系統(tǒng)、合成氨行業(yè)減碳、高耗能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、能源貿(mào)易的作用與影響，制定詳細的綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施路線圖，2025 年前重點規(guī)劃綠氫合成氨替代現(xiàn)有煤制氨落后產(chǎn)能項目，2030 年前與國際氨能應(yīng)用相接軌，將發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)與我國深化能源領(lǐng)域供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，全面推進向清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系轉(zhuǎn)型的重大部署緊密結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高起點開局、高質(zhì)量實施、可持續(xù)發(fā)展。

6.2 規(guī)劃布局

建議可再生能源資源豐富，尤其是煤制氨產(chǎn)能及應(yīng)用需求較大的內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北、山東等省份，應(yīng)重點研究綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)對新能源就地消納、節(jié)省當(dāng)?shù)啬芎闹笜?biāo)、實現(xiàn)高耗能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、增加稅收及就業(yè)的貢獻，立足于合成氨消納市場、運輸條件、水資源情況，先行先試統(tǒng)籌布局一批具有引領(lǐng)性的重大示范項目。將綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)與新能源大基地布局相結(jié)合，進一步提升新能源大基地中清潔能源裝機容量、就地消納比例、通道利用率。

6.3 政策支持

打破綠氫合成氨與電力、化工行業(yè)的政策壁壘，實現(xiàn)電-氫-氨化產(chǎn)業(yè)的有效聯(lián)通。加快出臺新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制的實施細則，科學(xué)分類綠氫合成氨項目，實現(xiàn)“安全綠色”的審批通道。支持可再生能源發(fā)電側(cè)制綠氫合成氨項目，制定電-氫-氨化與電網(wǎng)互濟用電政策，及綠氫合成氨柔性負荷參與電網(wǎng)調(diào)峰的補貼政策；分類指導(dǎo)、穩(wěn)步推進荒漠、戈壁、沙漠等可再生能源配套的電解水制氫合成氨選址單獨設(shè)立化工園區(qū)的審批政策；出臺綠氫合成氨碳減排方法學(xué)，支持增量項目碳交易。出臺綠氨貿(mào)易政策。研究綠氫合成氨增值稅降至與新能源同檔稅率、并享受增值稅即征即退50%優(yōu)惠，企業(yè)所得稅“三免三減半”政策。

7 結(jié) 語

（1）中國發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)的意義重大。可再生能源綠氫合成氨及其應(yīng)用對于全球?qū)崿F(xiàn)碳中和至關(guān)重要，發(fā)達國家均開始布局綠氨項目。我國合成氨產(chǎn)能6676萬噸，產(chǎn)量5884萬噸，合成氨產(chǎn)業(yè)總體能耗為7437 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，穩(wěn)居全球第一。布局綠氫合成氨項目是雙碳目標(biāo)重要實現(xiàn)路徑，發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)有利于構(gòu)建清潔電力系統(tǒng)，綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)有助于培育中國氫能產(chǎn)業(yè)壯大。

（2）我國已具備發(fā)展綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)條件。我國可再生能源發(fā)展進入大規(guī)模市場化階段，截至2020 年，中國可再生能源累計裝機容量9.35 億千瓦，為綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)奠定發(fā)展物質(zhì)基礎(chǔ)，綠氫合成氨所需的電解水制氫及合成氨技術(shù)裝備國產(chǎn)化程度較高，且具備就地或跨區(qū)替代現(xiàn)有灰氨基礎(chǔ)條件，華東與華中可實現(xiàn)產(chǎn)銷平衡，同時，西北地區(qū)也具備跨區(qū)域運輸條件。

（3）采用電解水制綠氫及哈伯-博世法工藝合成氨的技術(shù)路徑最為成熟，被認(rèn)為是最有可能率先實現(xiàn)綠氨產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線。未來綠氫合成氨技術(shù)發(fā)展迭代主要取決于采用不同的電解水技術(shù)路線，可與液化空氣等儲能裝置耦合，實現(xiàn)系統(tǒng)冷熱電互濟，放大系統(tǒng)靈活性，提升系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)換效率。若煤價1000元/噸時，每噸灰氨成本約合3000元/噸，對應(yīng)不同效率的電解水制氫系統(tǒng)，綠氨所需綜合電價要控制在0.15～0.22元/千瓦時。

（4）我國綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)分三步走，第一階段(當(dāng)前—2025年)主要任務(wù)為完善政策規(guī)劃，提升技術(shù)水平，先行示范為主；第二階段(2025—2030年)主要任務(wù)為規(guī)模化推廣，多領(lǐng)域支撐，多元化應(yīng)用；第三階段(2035—2050年)主要任務(wù)為推動產(chǎn)業(yè)格局重塑，助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

（5）建議我國制定詳細的綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施路線圖。可再生能源資源豐富，尤其是煤制氨產(chǎn)能及應(yīng)用需求較大的省份，先行先試統(tǒng)籌布局一批具有引領(lǐng)性的重大示范項目，將綠氫合成氨產(chǎn)業(yè)與新能源大基地布局相結(jié)合。制定電-氫-氨化與電網(wǎng)互濟用電政策，及綠氫合成氨柔性負荷參與電網(wǎng)調(diào)峰的補貼政策。

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