目前氨的火熱，是寄希望于氨起到什么作用呢？

1- 做為氫載體在終端裂解制氫。

2- 要么代替氫做為能源（比如氨摻燒發(fā)電、氨動力船舶），邏輯上講還是解決氫儲運問題。

3- 從發(fā)電側來看，風光電力企業(yè)站在高比例可再生電力消納（比如80%），就會面臨儲電的成本遠高于制氫。電解水制氫消納電力后，氫的出路需要解決（還是儲運問題）。

比如“上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（ 2022-2035 年）”提到的有關氨 - 氫和氫儲運的描述如下： （一）打造科技創(chuàng)新高地 2 、加強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力建設：圍繞前瞻和顛覆性技術開展研究布局，重點開展 新型氨氫轉換 、固態(tài)儲氫、乙醇重整制氫、液態(tài)儲氫、新型催化劑等方面的研究，持續(xù)加強基礎研究，強化顛覆性技術的前瞻布局。 （三）筑牢供應設施基礎 2 、逐步推動氫能輸運 “ 網(wǎng)絡化 ”  ：重點發(fā)展 高壓氣態(tài)儲氫 和長管拖車輸氫，按照低壓到高壓、氣態(tài)到多相態(tài)（低溫液態(tài)、固態(tài)、 氨氫轉化 等）的方向逐步 提升氫氣的儲存運輸能力 。探索開展 氫 - 氨 、液氫的 長距離運輸工程規(guī)劃 ，研究建設 氫 - 氨轉化 和液氫 集散中心 。整合長三角地區(qū)富氫區(qū)域的氫能資源，構建地區(qū)外供氫和制氫相結合的供氫方式，保障氫源穩(wěn)定供給。

氫 - 氨轉化集散中心，貌似是指的氨 - 氫轉化即氨裂解制氫？否則為啥跟液氫并列呢。合理么，會有效么？

我們來分析一下。

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目標加氫站：效率上氫-氨-氫只有60%？

來源： Limitations of Ammonia as a Hydrogen Energy Carrier for the Transportation Sector: ACS Energy Lett. 2021, 6, 4390?4394

氨生產(chǎn)（電轉氨）

氨低位熱值是 5.18 ，含氫比例 3/17 ，氫低位熱值 33.3kWh/kg ， 3*33.3/17=5.88 。相當于裂解制氫用途的氨熱值為 5.88kWh/kg ；考慮到電解水效率 60-70% ，則需要的熱值為 8.4-9.8kWh/kg 氨（ 5.88/0.6 或 0.7 ）；電轉氨路徑的合成步驟電耗比較低，約為 0.74kWh/kg 氨：

通過總能耗 9.14-10.54kWh ，獲得 5.88kWh 的氫（以 1 公斤氨形式存儲）。

裂解 - 純化 - 壓縮步驟

氨裂解 + 純化總能耗約 1.78kWh/kg 氨，壓縮還需要 0.56kWh/kg ， 5.88-1.78-0.56=3.54kWh ，即 3.54/5.88=60% 。

氫 - 氨 - 氫效率 =60% ，從效率的角度講（非經(jīng)濟性），作者看空氨做為氫載體的價值。但是我們認為從經(jīng)濟性上，氨裂解制氫有一定市場潛力，主要是針對加氫站。

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氫-氨-氫有可能降低加氫站氫氣價格

綠氨成本

上一篇我們討論了綠氨成本，舉了 2 篇技術經(jīng)濟分析的學術文章，分別被 IRENA/AEA 的 “ 創(chuàng)新展望 : 可再生氨 ”2022 引用了 4 處和 6 處。這次換一篇：

Armijo J, Philibert C, Flexible production of green hydrogen and ammonia from variable solar and wind energy: Case study of Chile and Argentina, International Journal of Hydrogen Energy，2020

該篇發(fā)表僅 2 年，被 引用高達 90 多次 。 IRENA/AEA 的 “ 創(chuàng)新展望 : 可再生氨 ” 報告 中 9 個位置提到 該篇技術經(jīng)濟性分析。有 5 個不同的政策性報告 引述其分析結果，如下圖。

該文中的智利Taltal地區(qū)，風光互補性極強基本不需要儲，見下圖。

圖A-a表明，平均日周期與太陽周期具有良好的互補性，如圖A所示，從晚上10點到早上8點，風力強勁。在b中，可以看到，與太陽輻射相反，冬季（六月至九月）的風也更強烈。

這么好的資源，風光耦合離網(wǎng)制氫和氨的成本是多少？ 綠氫為 14.2 元 /kg ，綠氨為 3,262 元 / 噸，以此為基準進行氨 - 氫路徑測算 （過程見文末 “ 測算過程 1” ） ，如下圖。

1- 氫 - 氨 - 氫路徑，實現(xiàn)加注口成本低于 45 元，綠氨成本 很可能 不能高于 4200 元 / 噸（目前氨的市場價）

2- 運輸距離需要大于一定值， 比如 100 公里以上，才能體現(xiàn)氨的價值。

3- 考慮長距離運輸，氨 - 氫路徑是降低加氫站成本的潛在手段。

4-如果利用氨分解做為“門站”（所謂氫-氨集散中心？），門站到加氫站的運輸成本不可忽略不計。門站供氫采用氨分解，需要像天然氣門站似的流量可控，這就要氨分解可開可?？烧{(diào)產(chǎn)能，個人認為不如直接站內(nèi)制氫。

5- 氨 - 氫路徑是個復雜的臟活累活技術活，風光 - 氫 - 氨 - 氫，每一步都需要優(yōu)化 / 降本增效，才能保住終端加氫站用氫的質(zhì)量和成本具備經(jīng)濟型。圖中 36 元已經(jīng)是非常樂觀的最低值了，每一步的不及預期都會提高最終成本。

6- 邏輯上（筆者沒有計算）甲醇 - 氫路徑跟氨 - 氫路徑類似。區(qū)別在于，甲醇可以直接做動力能源。合成天然氣也是。

未來風光發(fā)電、電解槽的成本下降50%是可期的，那么最終的氨以及其它X產(chǎn)品的成本也將降低30%左右。樂觀的估計2050年，世界上最好的資源，可以達到綠氫和綠氨分別達到10元/公斤， 2,282元/噸（0.54元/kWh）。

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綠氨成本依然受制于儲氫成本

變成氨可以解決運輸問題，可解決不了儲氫問題！

綠氫的最大問題就是制氫波動性和用氫穩(wěn)定性的矛盾，必須通過儲氫來解決。電池僅能解決小時級別的氫波動。儲氫罐，一筆帶過可以說是緩沖罐（ buffer ），說的輕松，成本極高！儲氫到底有多貴？本次引述的綠氨經(jīng)濟性分析，儲氫采用高壓氣態(tài)， 400 美金 / 公斤 。這一數(shù)字是國際上經(jīng)濟技術分析經(jīng)常采用的 “偏低值” 。

什么？氫運輸才多少錢一公斤，咋儲氫就兩三千一公斤了？！運輸費用是折合整個生命周頻繁周轉的，每次周轉都有收入。 P2X 的儲氫罐就放在那里給自己的裝置用，產(chǎn)能固定，收入固定，一年充放氫 1 次和充放氫 365 次對儲氫成本攤薄沒有作用。

依然以上一篇 440MW 電解水， 42500 噸氫（ 116 噸 / 天）、 24 萬噸氨每年為例， 如果儲 5 天就是 2.32 億美金儲氫投資。 按 WACC 為 7% ，壽命 30 年， OPEX 占比 2% 計算，折合每噸 97 美元（ 630 元 / 噸） 。見文末測算過程 2 。

不想儲氫怎么辦？合成X的裝置具備良好的靈活性！

上圖片，該圖片展示的電轉氨項目地址是阿根廷巴塔哥尼亞：

根據(jù)作者的模擬計算，40%合成氨靈活性和80%合成氨靈活性，帶來的結果除了儲氫量的大幅降低 （3.5天降低至0.58天） ，還帶來了風-光-電解水功率配置不同， 最終每噸氨的成本又710美金降低為517美金！ ?

有沒有便宜的儲氫方式？有，但都依賴于地質(zhì)條件，即地質(zhì)儲氫。

以后會單獨發(fā)文講儲氫和氫儲能。本文先拋出一些參考資料。

鹽穴儲氫和壓縮氣態(tài)儲氫對比

儲氫方式	放氫速度	所需容量	儲氫單價	1 天儲氫投資	5 天儲氫投資
鹽穴  60-200Bar	8% 每天（ 40% 氣體需要留存保障壓力）	2416 噸	115 元 /kg*	2.78 億	2.78   億 放氫速度慢，但足夠 13 天。
儲罐  20-200Bar	100% 每天	116 噸	2,600 元 /kg	3 億	16 億

*Fasihi，Applied Energy 294 (2021) 116170；M. Reu? et al. / Applied Energy 200 (2017) 290–302，采用50萬m3鹽穴的成本是 81,000,000Eur.

美國能源部太平洋西北國家實驗室（PNNL）最近發(fā)表的“ 面向多能源輸送途徑和電網(wǎng)服務的氫能儲存技術經(jīng)濟評估框架 ”（Energy, 249, 2022），根據(jù)其開發(fā)的氫能儲存評估工具（HESET），評估如何最大化氫儲能帶來的效益， 采用的是Salt Cavern鹽穴儲氫 。

美國國家可再生能源實驗室NREL在2021年發(fā)表的“支持高可變可再生能源電網(wǎng)的長時間儲能和靈活發(fā)電技術的技術經(jīng)濟分析”（Hunter et al., Joule 5, 2021），氫儲能方面也采用的 鹽穴和地下管線儲氫(Underground Pipeline) ，如下圖。

彭博新能源財經(jīng)BNEF2020年氫經(jīng)濟展望，在預測未來氫至用戶成本時，同樣采用了 鹽穴儲氫和巖洞儲氫(Salt Cavern) 。

來源：BNEF: Hydrogen Economy Outlook Key messages March 30, 2020

由于地質(zhì)條件限制我們無法實現(xiàn)鹽穴儲氫，那么對于離網(wǎng)的P2X，出路只有兩個：

1-項目地點限制于風光互補、波動性低的地理位置。

2-合成工藝步驟高靈活性動態(tài)操作，減少氫氣儲存量，使得高壓氣態(tài)儲氫成本可接受。

目前對于合成氨和合成甲醇，動態(tài)操作目前處于早期發(fā)展階段（傳統(tǒng)工業(yè)上不需要動態(tài)操作）。據(jù)說某國外項目，遇到惡劣天氣，合成氨停車后需要一周多才能重新恢復到正常負荷生產(chǎn)。

當然，在風光電力不足時，接入電網(wǎng)電來獲得穩(wěn)定性，技術上沒有任何問題。本文的邏輯僅限于離網(wǎng)集中式。

X里有一個例外，即生物法甲烷化可以動態(tài)操作，即采用厭氧菌為催化劑的反應工藝（常溫常壓或低溫低壓），如下圖。

有對生物法CO2+H2甲烷化感興趣的，請聯(lián)系我們。請注意：實驗室階段；P2X從能源屬性上看目前都沒有經(jīng)濟性。

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測算過程1：1kg的氨，運送至加氫站端，經(jīng)過裂解和純化獲得的氫為4.1kWh（不含壓縮）。

3.26元/kg氨，3.26/4.1=0.79元/kWh，0.79*33.3=26.3（H2熱值33.3kWh/kg），壓縮之前價格為26.3元/kg；加氫站成本假設為10元/kg，則加注口成本為36.3元/kg。

以本周合成氨均價4200元/kg，則氨-氫路線的加注口成本為44元/kg。

3260 元/噸綠氨 = 36.3元/kg H ₂ （加注口價格）

灰氨市場價=44元/kg H ₂ （加注口價格）

氫的成本約為14.2元/kg，假設100多公里運輸（小規(guī)模，點對點，不考慮集中儲氫）約14元/kg，則至加注口成本為14.2+14+10=38.2元/kg， 比氨-氫高5%。

假設500公里綜合儲運20元/kg（見上一篇），則14.2+20+10=44.2元/kg， 比氨-氫高21%。

柴油重卡百公里油耗35L和氫重卡百公里耗氫8公斤計算：

柴油 元/L	7	8	9	10
氫 元/kg	30.6	35	39.4	43.8

碳稅：柴油碳排放約2.7kg/L（網(wǎng)絡數(shù)據(jù)），假如碳稅高達700元/噸，折合約1.89元/L

測算過程2：

生產(chǎn)成本=，ANF是Annuity Factor年金因子，CAPEX是設備資本成本，OPEX是運營維護成本，F(xiàn)uel是燃料（電力）成本。

，其中N是設備壽命，

WACC是 加權平均資本成本W(wǎng)ACC(weighted average cost of capital)。

WACC=7%，壽命-30年，對應8%的年金因子ANF。

CAPEX=116*1000*5*400=232,000,000美金

CAPEX*8%+OPEX=23,200,000美金

單位成本為：23,200,000/240000=97美金/噸

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