綠色先鋒 創(chuàng)新高地—— 探訪全球最大投產(chǎn)單體綠氨裝置

綠色先鋒 創(chuàng)新高地

探訪全球最大投產(chǎn)單體綠氨裝置

提到氨，大家并不陌生，它廣泛應(yīng)用于肥料、化工、制藥等多個領(lǐng)域。這種伴有濃烈刺激性氣味的無色氣體，以往主要依靠化石燃料制取，這意味著生產(chǎn)氨的同時會排放大量溫室氣體。

有沒有一種綠色、可持續(xù)的制氨方式？位于吉林省大安市的國家電力投資集團(tuán)有限公司（以下簡稱“國家電投”）大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項目（以下簡稱“大安項目”），給出了肯定的回答。

大安項目于2023年5月開工，今年7月26日建成投產(chǎn)。該項目通過800兆瓦風(fēng)電光伏新能源機組（風(fēng)電700兆瓦，光伏100兆瓦）發(fā)出的綠電，每年可制綠氫3.2萬噸，綠氫制綠氨18萬噸，節(jié)約標(biāo)煤約23萬噸，減少的碳排放量相當(dāng)于傳統(tǒng)火電模式下50萬戶普通家庭一年生活用電產(chǎn)生的碳排放。

以綠色能源取代化石燃料制取綠氨，會面臨哪些技術(shù)難題？又是如何攻堅克難的？記者日前采訪了大安項目參與者，了解背后的故事。

大安項目的風(fēng)光發(fā)電裝置。受訪單位供圖

實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈貫通——

打造“綠電—綠氫—綠氨”的綠色發(fā)展模式

在當(dāng)前全球能源格局深度調(diào)整的背景下，中國新能源發(fā)展勢頭正猛。

據(jù)國網(wǎng)能源院新能源研究所日前發(fā)布的《中國新能源發(fā)電分析報告2025》，截至2024年底，我國新能源累計裝機容量達(dá)到14.1億千瓦，2024年新能源發(fā)電量1.84萬億千瓦時，對發(fā)電量增長的貢獻(xiàn)率超過60%。

“要保障新能源大規(guī)?？沙掷m(xù)發(fā)展、保持新能源經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，促進(jìn)高效消納是關(guān)鍵?！眹译娡洞蟀布娋G氫能源有限公司（以下簡稱“大安吉電”）黨委書記、董事長宋樹林認(rèn)為，這需要優(yōu)先解決好一對供需矛盾——新能源發(fā)電能力與電網(wǎng)實際消納能力在空間和時間上的不匹配。

宋樹林向記者進(jìn)一步解釋道，從空間上看，豐富的新能源資源主要集中在我國西部地區(qū)，而電力消費主力集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)；從時間上看，新能源發(fā)電受風(fēng)力、光照等自然條件影響，其發(fā)電高峰時段，往往存在“發(fā)電很多，電網(wǎng)卻‘吃不消’”的情況，導(dǎo)致出現(xiàn)“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象。

近年來，隨著供給側(cè)要素、傳輸與調(diào)配要素、消費側(cè)要素、市場機制要素等技術(shù)和市場手段的不斷拓展，新能源發(fā)電消納途徑如雨后春筍般涌現(xiàn)。但在實際操作中，儲能成本過高和傳輸范圍有限，又對新能源的進(jìn)一步開發(fā)利用提出了挑戰(zhàn)。

“我們想通過一條全產(chǎn)業(yè)鏈把富余的新能源電能轉(zhuǎn)換成另一種形式‘儲存’起來，讓它能夠像大宗商品一樣跨越時空的限制，更好地服務(wù)全球生活生產(chǎn)需要。”懷揣著這一想法，大安吉電從國家電投接下了研發(fā)任務(wù)，以期為我國新能源富集地區(qū)的綠電消納難題提供一套可復(fù)制、可借鑒的新方案。

對于能否順利完成這項研發(fā)任務(wù)，起初研發(fā)團(tuán)隊心里也在打鼓。此前我國在綠電、綠氫、綠氨方面已積累了成熟工藝，但要把各環(huán)節(jié)有機整合起來，放眼全球也沒有先例可循，注定每一步都要“摸著石頭過河”。

大安項目中的液氨球罐。受訪單位供圖

“我們是行業(yè)內(nèi)第一個吃螃蟹的。創(chuàng)新研發(fā)道路上肯定存在困難和問題，但只要一步步穩(wěn)扎穩(wěn)打，也沒有想象得那么難。”大安吉電副總經(jīng)理賈玉瑩說。

研發(fā)期間，研發(fā)團(tuán)隊遇到的首個難題是“電能如何轉(zhuǎn)換、又該轉(zhuǎn)換成什么”。經(jīng)過細(xì)致比對、試驗，他們把目光投向了氨。在他們看來，氨的制作工藝流程簡單、成本低，只需在直流電的作用下從水中分解氫氣，從空氣中分離氮氣，再按比例混合、壓縮，在高溫、高壓和催化劑作用下合成氨。

有了明確的目標(biāo)后，研發(fā)團(tuán)隊按照“綠氫消納綠電、綠氨消納綠氫、源網(wǎng)荷儲一體化”的設(shè)計思路，逐步實現(xiàn)從電到氫再到氨的全產(chǎn)業(yè)鏈貫通：先通過新能源機組將吉林西部的風(fēng)光資源轉(zhuǎn)換成綠電，隨后通過電解水制氫裝置制取綠氫，再將其與空氣中的氮氣結(jié)合，最終合成綠氨，以廣泛應(yīng)用于化工、交通及電力等領(lǐng)域。

“通過技術(shù)創(chuàng)新，我們打造了‘綠電—綠氫—綠氨’綠色發(fā)展模式，不僅實現(xiàn)可再生能源電力就地轉(zhuǎn)化應(yīng)用和存儲，還推動新能源與電力系統(tǒng)、能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的深度融合。”宋樹林介紹，風(fēng)光制綠氫合成氨是第一步，未來企業(yè)還要規(guī)劃一系列綠色能源產(chǎn)業(yè)。

技術(shù)創(chuàng)新從無到有——

實現(xiàn)電能跨時空、跨地域“存儲”

創(chuàng)新是一個從無到有的過程。大安項目研發(fā)期間，研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)造了多項世界之最，也轉(zhuǎn)變了思維理念。

在占地30萬平方米的廠區(qū)內(nèi)，有一臺五層結(jié)構(gòu)的藍(lán)灰裝置——全球最大的已投產(chǎn)綠氫合成氨裝置，每年可生產(chǎn)18萬噸合成氨。

記者了解到，大安項目生產(chǎn)18萬噸合成氨，大概要消耗21億千瓦時新能源電力，這相當(dāng)于1家千萬噸級煉油廠2至3年的用電需求。若是傳統(tǒng)制作工藝，同樣的產(chǎn)值大約需要11萬噸天然氣或46萬噸原煤。

“傳統(tǒng)制作工藝高能耗、高碳排，我們以綠電取代化石燃料，盡管投入的成本變高了，環(huán)境代價卻是最小的。”宋樹林說，這筆生態(tài)賬是項目研發(fā)的動力源。

氫是合成氨的重要原料。據(jù)了解，大安項目采用的是堿液與質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱PEM）混合電解水制氫技術(shù)。在探索雙技術(shù)耦合過程中，研發(fā)團(tuán)隊的思維理念也悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變。

大安項目的合成氨裝置。受訪單位供圖

堿液電解水制氫設(shè)備多應(yīng)用于大規(guī)模、集中式的制氫場景，操作方便，但響應(yīng)速度慢。相比之下，PEM制氫設(shè)備以貴金屬為催化劑，盡管難度系數(shù)高、資金投入大，但快速啟動和停止的優(yōu)勢能夠更好地適應(yīng)新能源發(fā)電的波動性輸入。

“兩種技術(shù)路線各有優(yōu)勢，我們借助36000標(biāo)方/小時的堿液制氫與9600標(biāo)方/小時的PEM制氫設(shè)備的雙技術(shù)路線耦合，構(gòu)建組合優(yōu)勢，在刷新全球混合制氫規(guī)模的同時，實現(xiàn)了制氫效率最大化。”分析投產(chǎn)期間的數(shù)值，賈玉瑩發(fā)現(xiàn)，PEM制氫設(shè)備的綜合電耗較堿液制氫的要低10%，所節(jié)約的電費十分可觀。“以往更多考慮設(shè)備的購買成本，有了這次研發(fā)經(jīng)歷，團(tuán)隊更注重計算項目全生命周期的使用成本，將生產(chǎn)投入、使用壽命等因素考慮在內(nèi)?！?/p>

依托全球最大規(guī)?；旌现茪湓O(shè)備，大安項目開拓了綠氫資源的生產(chǎn)方式。為了更好利用綠氫，該項目建設(shè)了48000標(biāo)方固態(tài)儲氫裝置，在風(fēng)光發(fā)電量較大的時候，可以把氫氣儲存起來，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電量較小的時候，儲氫系統(tǒng)就會對外釋放氫氣，進(jìn)而提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

工作人員在對合成氨裝置進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。受訪單位供圖

“該項目固態(tài)儲氫裝置是目前全球規(guī)模最大，也是首次工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的案例，助力破解氫氣儲存難題。”宋樹林介紹，氫氣以氫原子形式進(jìn)入金屬晶格間隙，與金屬形成氫化物，可實現(xiàn)氫氣的低壓、安全、高密度儲存。該技術(shù)不涉及液體介質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)，具備無腐蝕、無容量衰減等特點，適合長期穩(wěn)定儲氫。

據(jù)了解，該項目還建造了全球規(guī)模最大的直流微電網(wǎng)制氫系統(tǒng)，攻克直流離網(wǎng)制氫關(guān)鍵技術(shù)及裝備國產(chǎn)化難題，實現(xiàn)40兆瓦新能源發(fā)電直供制氫。

研發(fā)柔性控制系統(tǒng)——

智能調(diào)度綠氨生產(chǎn)全過程

在大安項目的中央控制室，30余名工作人員正認(rèn)真地盯著LED大屏幕上跳動的數(shù)據(jù)?！捌聊簧巷@示的是在柔性控制系統(tǒng)統(tǒng)籌下，項目各環(huán)節(jié)的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)?！彼螛淞终f。

為了更安全、高效地生產(chǎn)綠氨，在國家電投的統(tǒng)籌指導(dǎo)下，大安吉電聯(lián)合國內(nèi)多家單位協(xié)同攻關(guān)，自主研發(fā)了這套柔性控制系統(tǒng)。作為統(tǒng)籌“風(fēng)電/光伏發(fā)電—制氫/儲氫—合成氨”全過程的一體化智能調(diào)度平臺，該系統(tǒng)集成了先進(jìn)的數(shù)字化、智能化預(yù)測控制技術(shù)，具備高度的靈活性、智能化、開放性和互聯(lián)性，能夠根據(jù)不同應(yīng)用場景進(jìn)行調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)實現(xiàn)全鏈條各環(huán)節(jié)之間的源荷互動、動態(tài)優(yōu)化與超前預(yù)控。

具體來看，它擅長分析研判，既能根據(jù)生產(chǎn)預(yù)算情況、以實現(xiàn)效益最大化為目標(biāo)，將電能分配到制氫、儲氫和合成氨各環(huán)節(jié)，提升新能源的消納能力和項目整體運行效率；又能結(jié)合當(dāng)前市場環(huán)境，為產(chǎn)品的生產(chǎn)、定價、銷售提供必要參考。

大安項目的空分裝置。 受訪單位供圖

它“眼觀六路、耳聽八方”，能夠根據(jù)實時天氣變化，提前預(yù)知，自控調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)能夠預(yù)測風(fēng)光資源變化，精準(zhǔn)計算風(fēng)光發(fā)電能力，提前智能調(diào)整生產(chǎn)線負(fù)荷在30%到110%之間靈活變動，從而適配新能源電力變化，保障合成氨的連續(xù)高效生產(chǎn)。這一智能系統(tǒng)的研發(fā)投運，不僅顯著提升了新能源消納能力和氫基能源的運行效率，更有效解決了可再生能源波動性與工業(yè)用能穩(wěn)定性之間的矛盾。

“如果沒有柔性控制系統(tǒng)，制氫廠房、合成氨裝置等設(shè)備的參數(shù)就需要人工逐個調(diào)整。”宋樹林給記者簡單算了一筆賬，生產(chǎn)線僅電解水制氫裝置就有84臺（套），人工調(diào)整費時費力，“以前一個員工一天要走近4萬步，有了這套系統(tǒng)，工作強度大大降低?！?/p>

投產(chǎn)以來，大安項目在柔性控制系統(tǒng)守護(hù)下安全、經(jīng)濟(jì)、高效運行，目前已產(chǎn)出綠氨超過1900噸。

“大安項目為解決我國新能源富集地區(qū)綠電消納難題提供了可復(fù)制、可借鑒的新方案，為國家能源安全和‘雙碳’目標(biāo)實現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量?！眹译娡都蛛娏煞萦邢薰军h委書記、董事長楊玉峰表示，接下來，將滾動開發(fā)梨樹綠甲醇、綠航油等具有標(biāo)桿意義的示范項目，推動形成“綠電+綠氫+綠色氫基能源”聯(lián)動發(fā)展的新格局。