綠色先鋒 創新高地

探訪全球最大投產單體綠氨裝置

提到氨，大家并不陌生，它廣泛應用于肥料、化工、制藥等多個領域。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，這意味著生產氨的同時會排放大量溫室氣體。

有沒有一種綠色、可持續的制氨方式？位于吉林省大安市的國家電力投資集團有限公司（以下簡稱“國家電投”）大安風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。該項目通過800兆瓦風電光伏新能源機組（風電700兆瓦，光伏100兆瓦）發出的綠電，每年可制綠氫3.2萬噸，綠氫制綠氨18萬噸，節約標煤約23萬噸，減少的碳排放量相當于傳統火電模式下50萬戶普通家庭一年生活用電產生的碳排放。

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。

大安項目的風光發電裝置。受訪單位供圖

實現全產業鏈貫通——

打造“綠電—綠氫—綠氨”的綠色發展模式

在當前全球能源格局深度調整的背景下，中國新能源發展勢頭正猛。

據國網能源院新能源研究所日前發布的《中國新能源發電分析報告2025》，截至2024年底，我國新能源累計裝機容量達到14.1億千瓦，2024年新能源發電量1.84萬億千瓦時，對發電量增長的貢獻率超過60%。

“要保障新能源大規模可持續發展、保持新能源經濟性優勢，促進高效消納是關鍵。”國家電投大安吉電綠氫能源有限公司（以下簡稱“大安吉電”）黨委書記、董事長宋樹林認為，這需要優先解決好一對供需矛盾——新能源發電能力與電網實際消納能力在空間和時間上的不匹配。

宋樹林向記者進一步解釋道，從空間上看，豐富的新能源資源主要集中在我國西部地區，而電力消費主力集中在經濟發達的東部地區；從時間上看，新能源發電受風力、光照等自然條件影響，其發電高峰時段，往往存在“發電很多，電網卻‘吃不消’”的情況，導致出現“棄風棄光”現象。

近年來，隨著供給側要素、傳輸與調配要素、消費側要素、市場機制要素等技術和市場手段的不斷拓展，新能源發電消納途徑如雨后春筍般涌現。但在實際操作中，儲能成本過高和傳輸范圍有限，又對新能源的進一步開發利用提出了挑戰。

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

對于能否順利完成這項研發任務，起初研發團隊心里也在打鼓。此前我國在綠電、綠氫、綠氨方面已積累了成熟工藝，但要把各環節有機整合起來，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

“我們是行業內第一個吃螃蟹的。創新研發道路上肯定存在困難和問題，但只要一步步穩扎穩打，也沒有想象得那么難。”大安吉電副總經理賈玉瑩說。

研發期間，研發團隊遇到的首個難題是“電能如何轉換、又該轉換成什么”。經過細致比對、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。

有了明確的目標后，研發團隊按照“綠氫消納綠電、綠氨消納綠氫、源網荷儲一體化”的設計思路，逐步實現從電到氫再到氨的全產業鏈貫通：先通過新能源機組將吉林西部的風光資源轉換成綠電，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合，最終合成綠氨，以廣泛應用于化工、交通及電力等領域。

“通過技術創新，我們打造了‘綠電—綠氫—綠氨’綠色發展模式，不僅實現可再生能源電力就地轉化應用和存儲，還推動新能源與電力系統、能源結構、經濟發展的深度融合。”宋樹林介紹，風光制綠氫合成氨是第一步，未來企業還要規劃一系列綠色能源產業。

技術創新從無到有——

實現電能跨時空、跨地域“存儲”

創新是一個從無到有的過程。大安項目研發期間，研發團隊創造了多項世界之最，也轉變了思維理念。

在占地30萬平方米的廠區內，有一臺五層結構的藍灰裝置——全球最大的已投產綠氫合成氨裝置，每年可生產18萬噸合成氨。

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

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

氫是合成氨的重要原料。據了解，大安項目采用的是堿液與質子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱PEM）混合電解水制氫技術。在探索雙技術耦合過程中，研發團隊的思維理念也悄然發生轉變。

大安項目的合成氨裝置。受訪單位供圖

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

“兩種技術路線各有優勢，我們借助36000標方/小時的堿液制氫與9600標方/小時的PEM制氫設備的雙技術路線耦合，構建組合優勢，在刷新全球混合制氫規模的同時，實現了制氫效率最大化。”分析投產期間的數值，賈玉瑩發現，PEM制氫設備的綜合電耗較堿液制氫的要低10%，所節約的電費十分可觀。“以往更多考慮設備的購買成本，有了這次研發經歷，團隊更注重計算項目全生命周期的使用成本，將生產投入、使用壽命等因素考慮在內。”

依托全球最大規模混合制氫設備，大安項目開拓了綠氫資源的生產方式。為了更好利用綠氫，該項目建設了48000標方固態儲氫裝置，在風光發電量較大的時候，可以把氫氣儲存起來，當風光發電量較小的時候，儲氫系統就會對外釋放氫氣，進而提高系統的安全性和經濟性。

工作人員在對合成氨裝置進行系統調試。受訪單位供圖

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

據了解，該項目還建造了全球規模最大的直流微電網制氫系統，攻克直流離網制氫關鍵技術及裝備國產化難題，實現40兆瓦新能源發電直供制氫。

研發柔性控制系統——

智能調度綠氨生產全過程

在大安項目的中央控制室，30余名工作人員正認真地盯著LED大屏幕上跳動的數據。“屏幕上顯示的是在柔性控制系統統籌下，項目各環節的實時生產數據。”宋樹林說。

為了更安全、高效地生產綠氨，在國家電投的統籌指導下，大安吉電聯合國內多家單位協同攻關，自主研發了這套柔性控制系統。作為統籌“風電/光伏發電—制氫/儲氫—合成氨”全過程的一體化智能調度平臺，該系統集成了先進的數字化、智能化預測控制技術，具備高度的靈活性、智能化、開放性和互聯性，能夠根據不同應用場景進行調節，精準實現全鏈條各環節之間的源荷互動、動態優化與超前預控。

具體來看，它擅長分析研判，既能根據生產預算情況、以實現效益最大化為目標，將電能分配到制氫、儲氫和合成氨各環節，提升新能源的消納能力和項目整體運行效率；又能結合當前市場環境，為產品的生產、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”，能夠根據實時天氣變化，提前預知，自控調節。該系統能夠預測風光資源變化，精準計算風光發電能力，提前智能調整生產線負荷在30%到110%之間靈活變動，從而適配新能源電力變化，保障合成氨的連續高效生產。這一智能系統的研發投運，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用能穩定性之間的矛盾。

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

投產以來，大安項目在柔性控制系統守護下安全、經濟、高效運行，目前已產出綠氨超過1900噸。

“大安項目為解決我國新能源富集地區綠電消納難題提供了可復制、可借鑒的新方案，為國家能源安全和‘雙碳’目標實現貢獻重要力量。”國家電投吉林電力股份有限公司黨委書記、董事長楊玉峰表示，接下來，將滾動開發梨樹綠甲醇、綠航油等具有標桿意義的示范項目，推動形成“綠電+綠氫+綠色氫基能源”聯動發展的新格局。