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“氨-氫”轉(zhuǎn)換，開辟綠色航道！全面解析全球最大綠色氫氨工程首期投產(chǎn)

時間：2024-04-19 來源： 瀏覽：

“氨-氫”轉(zhuǎn)換，開辟綠色航道！全面解析全球最大綠色氫氨工程首期投產(chǎn)

清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)
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氨被視為氫能的一種載體形式，是助力“雙碳”目標的新路徑之一。
 
2024年2月，全球首艘氨燃料動力集裝箱船訂單花落中國；3月15日，新加坡一艘船只成功在新加坡港進行了世界上第一次船用氨燃料加注作業(yè)?？梢姲比剂洗患磳⑦~入商用，這意味著全球航運業(yè)在清潔能源領域又邁出了新的步伐。
 
氨作為船只的燃料前景如何，我國的氨燃料船只發(fā)展怎么樣，在推廣過程中又面臨著哪些難點？

為什么是“氨”？

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 過去幾個世紀里，航運一直都是長距離大量運送貨物最經(jīng)濟高效的方式。船舶是現(xiàn)代經(jīng)濟的“動脈”，能夠促進地區(qū)間、大洲間的海上貿(mào)易，推動經(jīng)濟增長，但海運船舶也造成了極大的污染。
面對日益嚴峻的環(huán)境問題，國際和國內(nèi)公約對航運業(yè)污染物排放的要求日趨嚴格。國際海事組織(IMO)提出了2050年世界范圍內(nèi)航運業(yè)的溫室氣體排放總量相比2008年至少下降1/2的減排目標。
發(fā)展船用清潔能源是尋求航運業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要途徑，近些年液化天然氣、甲醇、氫和氨等清潔能源在船上的應用實例競相出現(xiàn)。其中，用清潔氫氣制取的綠色氨是很有前景的替代燃料。
氨既不含碳也不含硫，主要由氫氣和氮氣合成制取。氨比氫氣更容易液化，常壓下氨氣在-33℃就可以液化，而且同體積的液氨比液氫多至少60%的氫，被業(yè)內(nèi)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，被看做是“零碳”燃料最優(yōu)的選擇 。
2023年9月，國際能源署（IEA）在其《凈零排放路線圖》2023年更新版中預測，氨燃料將在全球航運業(yè)脫碳中將發(fā)揮關(guān)鍵作用。 到2050年，國際航運活動將增加一倍以上，氨在最終能源消耗中的份額將從2022年的0%上升到2050年的44%，生物燃料和氫燃料各占19%，而呼聲很高的甲醇僅占比3%。這意味著，在凈零排放（NZE）情景下航運業(yè)每年將消耗2.33億噸綠氨。
除了國際能源署，英國勞氏船級社、挪威船級社等行業(yè)研究機構(gòu)均預測氨最終將成為頂級船用燃料。近日，世界上最大的獨立油輪公司Euronav表示，計劃為新增120艘零碳船舶，這些訂單將包括60艘大型氨動力船只。
在可以預見的未來， 綠氨作為航運業(yè)的脫碳燃料具有廣泛的市場。國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）預測氨作為氫的載體將從2030年的100萬噸增加到2050年的1.1-1.3億噸 。
 

中國走在了前列 

  

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 據(jù) 工信部網(wǎng)站消息，2023年中國造船業(yè)全國造船完工量、新接訂單量和手持訂單量三大指標連續(xù)14年位居世界第一。作為名副其實的世界第一，中國船舶業(yè)也在與時俱進地圍繞著雙碳戰(zhàn)略，大力推動氨燃料降碳技術(shù)應用。
2022年3月，由中國船舶集團有限公司旗下上海船舶研究設計院自主研發(fā)設計的中國首創(chuàng)首款氨燃料動力7000車位汽車運輸船（PCTC）正式獲得DNV頒發(fā)的原則性認可（AiP）證書。這標志著中國造船業(yè)在清潔能源動力汽車運輸船設計領域?qū)崿F(xiàn)了重要突破。
2023年8月22日，威海重工科技自主開發(fā)的氨燃料供應系統(tǒng)順利通過專家組驗收，獲得全球首張中國船級社船用產(chǎn)品試驗證書，成為國內(nèi)首個在模擬船舶場景下成功運行氨燃料供應系統(tǒng)的廠家。
2023年11月30日，我國首臺中速大功率氨燃料發(fā)動成功點火。中國中車此次點火的12V240H-DFA型氨燃料發(fā)動機，以柴油機為基礎，進行了燃燒、控制、安保、排放控制等技術(shù)創(chuàng)新，單缸功率可達208kW，氨能占比85%，降低碳排放80%，排放滿足船舶國標二階段標準。
今年1月，中國中車12V240H-DFA型氨燃料發(fā)動機取得中國船級社首張氨柴油雙燃料發(fā)動機原理認可證書，中車氨燃料發(fā)動機正式“持證”。代表著該機型原型機原理技術(shù)不僅滿足設計要求，而且滿足船舶規(guī)范及法規(guī)要求。
2月份，由中國船舶集團上海船舶研究設計院自主研發(fā)設計的1400箱無艙蓋集裝箱船GREEN SEALION 1400獲得來自比利時船東CMB.TECH的訂單。該型船是全球首艘氨燃料動力集裝箱船。此次中國獲得全球首艘氨動力集裝箱船訂單，被解讀為中國此前將重點放在價格和數(shù)量上的攻勢正在向高附加值環(huán)保領域拓展。
氨作為海事業(yè)青睞的替代燃料選擇之一，未來具有廣闊的商業(yè)化應用前景。目前，氨燃料動力船舶已成為中國、韓國、日本和歐洲造船業(yè)共同關(guān)注和爭相研究的焦點。中國在氨燃料船舶領域已經(jīng)表現(xiàn)出了占據(jù)市場領先地位的雄心，正在積極進行技術(shù)開發(fā)和經(jīng)驗積累。

氫燃料仍存在挑戰(zhàn)

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 不過，綠氨通向作為船舶燃料的道路并非一片坦途。目前來看，氨燃料的市場化還需要解決氨燃料排放物和綠氨價格的問題。
氨作為船舶燃料是一種新興的方式，目前仍存在法規(guī)標準不完善、關(guān)鍵配套設備不成熟等問題。 尤其是在氨燃料發(fā)動機方面，雖然理論上能實現(xiàn)近零排放，但氨燃燒會增加氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生，這與國際海事組織出臺的TierⅢ的NOx限排規(guī)定相矛盾。不僅如此，氨燃燒還可能產(chǎn)生一氧化二氮，這種氣體產(chǎn)生的溫室效應是二氧化碳的280倍。  
此外， 現(xiàn)階段綠氨成本仍然較高，不具備競爭優(yōu)勢 。巔峰據(jù)悉，目前綠氨的生產(chǎn)成本區(qū)間為720-1400美元/噸，和其他船用燃料相比，綠氨成本要高的多，對航運業(yè)來說會增加一筆不小的開支。
不過，隨著技術(shù)的進步，氨燃料當前面對的挑戰(zhàn)也會被逐漸克服。首先NOx排放的問題，可采用廢氣再循環(huán)技術(shù)或選擇性催化還原(SCR)技術(shù)解決。目前SCR技術(shù)已較為成熟，能滿足TierⅢ的要求，且在SCR技術(shù)中氨還為還原劑將NOx轉(zhuǎn)化為N?和H?O，為SCR在氨動力船上的應用提供了更有利的條件。
再加上當前雙燃料主機發(fā)展勢頭良好，應用范圍在逐年擴大，參照目前雙燃料柴油機的應用經(jīng)驗，相信氨燃料發(fā)動機的技術(shù)成熟度會飛速提升。
至于綠氨的價格問題，隨著可再生能源發(fā)電成本的下降及風光電氫氨一體化技術(shù)的成熟，綠氨的成本將顯著降低。根據(jù)國際可再生能源機構(gòu)預測，到2030年綠氨生產(chǎn)的最低成本將從每噸720美元下降到475美元。
今年3月14日，內(nèi)蒙古赤峰的全球最大150萬噸綠色氫氨項目，第一階段30萬噸綠色氫氨首期工程已經(jīng)順利投產(chǎn)。該項目借助新型電力系統(tǒng)的技術(shù)突破，實現(xiàn)了風光儲同氫氨醇生產(chǎn)的高效耦合，解決了零碳氫能發(fā)展的重大成本挑戰(zhàn)。日前產(chǎn)出的第一罐液氨使用了100%的綠色電力，這是全球綠色氫能發(fā)展的重要里程碑，讓“新石油”實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
當前，全球已邁入"氨=氫2.0"時代，綠電、綠氫、綠氨更是大勢所趨?！熬G氨”為實現(xiàn)零碳脫碳提供了新的路線，在全球各國布局 “氨經(jīng)濟”熱情高漲背景下，我國也在積極開展動力船舶重點技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，引導適宜地區(qū)結(jié)合優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)布局“氨-氫”示范項目，假以時日，氨能燃料將對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源系統(tǒng)、生產(chǎn)方式、生活方式、空間格局都將產(chǎn)生重大而深遠的影響。
遠景科技集團首創(chuàng)的零碳產(chǎn)業(yè)園在內(nèi)蒙古鄂爾多斯打造綠色工業(yè)體系中發(fā)揮重要作用后，又開始在赤峰實現(xiàn)綠色氫氨生產(chǎn)上起到了關(guān)鍵的支撐。
最近， 新能源界爆出一個猛料，綠色氫氨產(chǎn)業(yè)有了里程碑進展 。據(jù)遠景科技集團官微發(fā)布，3月14日，內(nèi)蒙古自治區(qū)主席王莉霞考察調(diào)研了遠景在赤峰打造的全球最大150萬噸綠色氫氨項目，日前該項目第一階段30萬噸綠色氫氨首期工程已經(jīng)順利投產(chǎn)。
遠景赤峰綠色氫氨首期工程順利投產(chǎn)
這個項目在2022年3月簽約，以及9月項目公示的時候，曾引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注，業(yè)界關(guān)注的主要原因包括：產(chǎn)能目前全球最大，規(guī)劃年產(chǎn)152萬噸綠氨，比沙特在未來之城NEOM打造的年產(chǎn)120萬噸綠氨的產(chǎn)能還大；又是全球第一個商業(yè)化運營的首個零碳氫氨項目。
短短兩年時間，項目不僅首期建成投產(chǎn)，而且產(chǎn)出了第一罐綠色液氨，使用了100%的綠色電力。這為世界發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)樹立了標桿。
遠景在赤峰的這個綠色氫氨工程到底有哪些值得關(guān)注？跟國內(nèi)外其他氫氨項目相比，為什么遠景能夠引領突破？或許我們從遠景官方發(fā)布的信息中可尋找到蛛絲馬跡。
據(jù)遠景官微中董事長張雷的介紹，遠景通過首創(chuàng)的零碳產(chǎn)業(yè)園模式正在打造全球最大的綠色氫氨工程，借助新型電力系統(tǒng)的技術(shù)突破，實現(xiàn)了風光儲同氫氨醇生產(chǎn)的高效耦合，解決了零碳氫能發(fā)展的重大成本挑戰(zhàn)。日前產(chǎn)出的第一罐液氨使用了100%的綠色電力，這是全球綠色氫能發(fā)展的重要里程碑，讓“新石油”實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
對這段話抽絲剝繭，我們發(fā)現(xiàn)這里有幾個關(guān)鍵信息值得業(yè)界注意：
 
一是通過零碳產(chǎn)業(yè)園模式；
二是借助新型電力系統(tǒng)的技術(shù)突破；
 
三是實現(xiàn)了風光儲同氫氨醇生產(chǎn)的高效耦合；
 
四是使用了100%的綠色電力；
 
五是最終目的解決了綠色氫能發(fā)展的重大成本挑戰(zhàn)。
這幾點正是遠景這個綠色氫氨項目最大的亮點，也是電解水制綠氫及其衍生品需要克服的最大難點和痛點。
從綠電，到綠氫，再到綠氨或者綠色甲醇，這個產(chǎn)業(yè)鏈至少涉及到三個工程領域。一是風電和光伏發(fā)電，屬于電磁學領域；二是利用電解槽電解水制取氫氣，屬于電化學領域；三是從空氣中分離氮氣，再跟氫氣合成氨，又屬于化工領域。
這三個工藝流程或領域，都存在波動性問題，而且波動速率不一樣，整個工藝流程都高度不可控，如何將這三個波動領域進行耦合，還要控制成本，非?？简灱夹g(shù)水平、工程設計和流程管理。
在這個過程中，遠景在鄂爾多斯首創(chuàng)的零碳產(chǎn)業(yè)園模式又開始在綠色氫氨生產(chǎn)上發(fā)揮重要的作用。作為綠色工業(yè)體系的“新基建”，零碳產(chǎn)業(yè)園通過集成新能源發(fā)電端到消費端龐大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)、復雜的價值鏈條，成為鏈接新能源系統(tǒng)和新工業(yè)的系統(tǒng)解決方案，讓綠電發(fā)揮最大價值。
遠景“零碳產(chǎn)業(yè)園模式”有三大核心：新型電力系統(tǒng)、零碳數(shù)字體系、綠色新工業(yè)集群。其中一個綠色、穩(wěn)定的新型電力系統(tǒng)，是零碳產(chǎn)業(yè)園的基礎。
依托零碳產(chǎn)業(yè)園實踐，遠景與內(nèi)蒙古從頂層設計到計量基礎，率先打造了引領國際要求的零碳園區(qū)標準體系。所以這套系統(tǒng)同樣可復制到其他工業(yè)體系上，因地制宜進行升級改造，可為各種產(chǎn)業(yè)集群輸送源源不斷的綠色電力。
以“風光氫儲氨一體化”項目為例，如何脫離電網(wǎng)，把波動的綠電，轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的綠色燃料產(chǎn)品，并實現(xiàn)整個生命周期成本（LCC）最低，是這類項目的全球性難題，也是全球企業(yè)試圖解決的挑戰(zhàn)。
目前很多低碳產(chǎn)業(yè)園或“風光氫儲氨一體化”項目，表面看都號稱產(chǎn)業(yè)鏈集成在一起，使用了綠電，但實際上連電源側(cè)的協(xié)同都沒有做到，風電光伏發(fā)的電，還是要先上網(wǎng)，通過大電網(wǎng)過濾兜底，再回到負荷側(cè)。
但通過走大電網(wǎng)制取的氫氣及其衍生品，在國際上是不被認可為綠氫或綠氨的，也拿不到綠色通行證。
其實沙特NEOM城大型綠氫工廠項目同樣面臨這類困境。
沙特這個項目投資84億美金，美國Air Products是承包商和系統(tǒng)集成商，其他設備都是來自全球采購，遠景能源參與了風能發(fā)電廠的建設，陽光電源參與了光伏發(fā)電廠的建設，電解槽設備使用的是德國蒂森克虜伯的技術(shù)，空氣分離制氮使用了AP的空分，合成氨采用了丹麥Topsoe的技術(shù)。
沙特位于 NEOM 新城 Oxagon 地區(qū)的綠色氫能項目
但新型電力系統(tǒng)不是簡單的1+1這么簡單。這些環(huán)節(jié)、設備和技術(shù)如何集成，如何把風電、光伏、儲能、電解槽、合成氨這些產(chǎn)業(yè)鏈打通，讓每個制造環(huán)節(jié)實現(xiàn)耦合，并適應風光電源的波動性，實現(xiàn)產(chǎn)能和效益最大化？
據(jù)巔峰了解，沙特面臨的這個難題，目前還沒有找到很好的方案。沙特不像中國，很多事情可以通過大電網(wǎng)來解決，據(jù)說沙特正準備從埃及拉一根電網(wǎng)過來解決這個問題，但成本又會被拉高。
有些即使通過大電網(wǎng)解決了可再生電力的波動問題，但如果流程設計不合理，對電解槽制氫、合成氨等流程把控不好，也容易造成運行效率不高的問題。
目前遠景在赤峰的這個綠色氫氨工程，通過零碳氫能產(chǎn)業(yè)園模式，突破性地解決了這些痛點，克服了源網(wǎng)荷儲等產(chǎn)業(yè)鏈集成創(chuàng)新的難題，達到了“（電）源隨（負）荷動，荷隨源動，源荷隨風而動，相互平衡”的效果。
整個過程，至少解決了幾個環(huán)節(jié)波動性問題。一是風光發(fā)電的波動性，二是電解槽制氫的波動性，三是空分氮氣的波動，四是氫氮合成氨過程的波動。
尤其是動態(tài)合成氨的過程，全球只有少數(shù)幾家公司掌握了這個技術(shù)，并且對中國是封鎖的。
遠景通過氣象大模型，對風光出力進行精準預測；通過新型電力系統(tǒng)，對多元化電力進行優(yōu)化整合；通過形成高效電化學催化劑、隔膜、薄膜、膜電極、高效電極、電解槽等自研自制能力，有效地降低了電解槽的成本；通過自研的水電解制氫、儲能空分、動態(tài)合成氨等裝置的集成，打造了極具競爭力的整體綠氫工程解決方案。
遠景之所以能在綠色氫氨工程上實現(xiàn)突破，起到領跑作用，跟遠景的新型能源系統(tǒng)技術(shù)提供商定位有緊密聯(lián)系。
在中國，很多新能源企業(yè)比較專注于某一樣產(chǎn)品，如光伏組件、動力電池、風力發(fā)電，但缺少能夠真正為中國提供可再生能源系統(tǒng)技術(shù)的公司，這也是幾年前遠景決定成為新能源系統(tǒng)公司的原因。
遠景通過零碳產(chǎn)業(yè)園的建設，在新型電力系統(tǒng)方面有深厚的技術(shù)沉淀，通過智能的手段將風電、光伏、儲能、氫能高效地耦合在一起，并能夠?qū)⒛茉吹男枨筮M行實時的互動。
遠景零碳產(chǎn)業(yè)園新型電力系統(tǒng)示意圖
這次赤峰的綠色氫氨工程，是零碳產(chǎn)業(yè)園的進一步升級，除了創(chuàng)新打造新型電力系統(tǒng)外，還實現(xiàn)氫能電解槽、可再生能源控制、動態(tài)合成氨等技術(shù)突破。
據(jù)業(yè)界人士分析，遠景這套綠色氫氨系統(tǒng)生產(chǎn)的綠氨，在市場上非常有競爭力。
此外，通過零碳產(chǎn)業(yè)園的另一個核心創(chuàng)新——零碳數(shù)字操作系統(tǒng)，賦予園區(qū)內(nèi)產(chǎn)品可追蹤溯源、符合各類國際標準池、經(jīng)過權(quán)威機構(gòu)認證的“零碳綠碼”，可讓綠氫綠氨及其衍生品，無懼碳關(guān)稅壁壘，參與到全球貿(mào)易中去。
綠氫生產(chǎn)的成本主要是電力，站在可再生能源價格不斷下跌以及新能源系統(tǒng)集成技術(shù)不斷提高肩膀上，綠氫正在作為“新石油”登場，遠景在綠電制氫、制醇、制氨上的突破，為綠氫大規(guī)模商業(yè)化運用提前到來開創(chuàng)了新道路。
來源： 巔峰氫能
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