“氢氨+新能源”是应对气候变化、实现碳中和的一个可行路径。
“新能源发电具有随机性、间歇性和波动性特点，为解决新型电力系统中可再生能源发电与用电负荷不匹配的问题，新型电力系统必须有长期储能的技术解决方案，‘氢氨+新能源’是应对气候变化、实现碳中和的一个可行路径。目前在交通领域，氢氨与柴油的PK时机已经到来。”上海电机学院教授张华在日前召开的“新型电力系统沙龙”上表示。
业内认为，氨既可以作为储氢介质，同时也是相对廉价的零碳燃料，氢氨结合是理想的发展方向之一，对我国实现碳达峰碳中和目标具有重要意义，氢氨燃气轮机发电、氢氨储运技术等也将随之迎来发展机遇。
满足大规模储能需求
据介绍，氨是一种零碳化合物，同时能量密度很高，是液氢的1.5倍，因此，是天然的储氢介质，便于安全运输，可解决氢能的存储和运输难题。在化学性质方面，氨的液化温度只有零下33摄氏度，非常容易液化。与之相比，氢的液化温度则需降至零下253摄氏度左右，无论是采用车辆运输还是管道运输，液氨的难度都相对更低。
基于此，“氢氨路线”成为目前推动氢能产业发展的热点之一。张华认为，“氢氨+新能源”是应对气候变化、实现碳中和的一个可行路径。
张华表示，为解决新型电力系统中可再生能源发电与用电负荷不匹配的问题，电网需要储能，特别是要有长时储能的技术解决方案。目前成熟的抽水蓄能和电化学技术，在充分发展的前提下，可以满足短时储能的需求，而对于长时间、季节性、大规模的储能需求，氢氨是一个可行的技术方向。
“随着技术迭代和产业发展，制氢成本将迎来快速下降。但氢面临的储运难题是由其物理性质决定的，很难有技术把它做得很好。而氨在常温和低压下就可以是液态。如今，西部地区不少新能源开发项目把氢做成氨，实现了电-氢-氨化产业的有效联通。”张华进一步表示。
氢氨燃气轮机支撑大电网供电
在张华看来，在未来的能源系统中，氢氨的应用前景主要有两方面，其一是在交通领域，氢氨可作为燃料为使用混合动力系统的交通工具提供电能；其二是在电力领域，氢氨作为燃料和储能，为电网提供调峰、调频、惯量等服务。
“氨可作为燃机燃料进行发电，燃机高效且占地面积小，燃料灵活、余热利用率高，可助力能源结构全面转型。而在交通领域，氨可作为微燃机的燃料，为使用混合动力的交通工具提供电能。由于氨的能量密度比其它无碳的能量形式都高，氨燃机混合驱动的运载工具将为交通领域脱碳提供另一条可行的技术路线。”张华表示。
中国能源研究会能源政策研究室主任林卫斌强调，“双碳”目标下，电力结构将从以化石能源为主转向新能源占比逐渐提高，在此过程中，电力系统的整体形态、组织方式、交易方式都在发生系统性变革，关键产业的技术路径选择十分重要。氢能作为新兴的能源形态，尽管目前在传统电力系统中占比非常小，但碳达峰后，随着碳约束的加强，氢能在新型电力系统中将有很大的发挥空间，通过重型燃气机组发电，可为氢的应用场景提供更多视角和解决路径。
在大电网供电方面，张华指出，利用地下盐洞、溶洞进行氢气储存和利用管道进行大规模运输，具备低成本、经济可行等优势，加上重型燃机的大规模发电应用提供转动惯量实现电网高品质电能，可共同支撑大电网稳定运行。
效率和经济性需持续提升
从产业技术进步的角度看，在氢氨技术路线探索过程中，效率和经济性仍是最大挑战。
张华表示，虽然现有的燃气轮机通过改造，可以直接使用氢、氨，但因为燃气轮机最初设计时并没有考虑到这个问题，因此，改造后的氢氨燃气轮机的燃烧形式和热能转换效率都不高。未来重要的技术发展方向在于，让氢氨燃气轮机的机器效率达到如今烧天然气的效率。
“目前在交通领域，氢氨与柴油相比具有成本竞争力，二者的PK时机已经到来，但在电力领域，氢氨应用尚处于探索阶段，成本竞争力不足，因此与煤的PK时机尚未成熟。”张华说。
与此同时，新型电力系统也正面临着生产力和生产关系等多方面的变化。国网能源研究院副总工程师兼企业战略研究所所长马莉介绍，在生产力方面，电源结构、调节电源、电网形态都在发生变化。例如，在调节电源上，系统调节资源从目前的常规电源调节，拓宽到了需求侧的灵活性调节资源，以应对极端气候变化带来的长周期灵活性挑战。
此外，氢能产业也需要更长时间的成熟过程。“基于目前我国的能源结构，氢能的利用路径需要持续探究，其中效率和成本是两个关键因素，如果不能提高效率降低成本，任何技术都很难推广应用，因此要探索出更多适合氢能利用的商业模式。”马莉表示。
“在构建新型电力系统过程中，能否跨越天然气转向氢氨作为过渡能源，目前看来在技术和经济性方面都有待观察，需要重点关注。”华北电力大学教授董军说。
