开栏首篇！绿氨掺烧——现役煤电机组低碳转型技术
2024年8月25日

绿色创新发展研究院iGDP

绿色低碳技术在传统产业的创新应用可以促进新质生产力的培育和发展。首先，绿色低碳技术的突破和广泛应用，可以为传统产业转型升级提供关键动力，并推动新质生产力的形成。此外，这些技术能促进产业的能效提升和碳排放减少，被视为产业绿色低碳转型的关键战略途径。

我国政府近年来颁布的一系列政策文件，为传统产业的节能减碳技术发展提供方向指导。绿色创新发展研究院（iGDP）联合业内专家与合作伙伴推出“绿色新质生产力评述专栏”，旨在系统梳理与国家战略紧密联系的低碳技术，对其进行简述并介绍其在传统产业的应用进展，以期促进绿色低碳技术的更广泛应用，也欢迎业内专业人士踊跃投稿。

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今天发布本系列的第一篇。

绿氨掺烧——现役煤电机组低碳转型技术

国家能源局2024年7月发布的《煤电低碳化改造建设行动方案（2024—2027年）》将绿氨掺烧作为煤电低碳化改造的技术方案之一，要求“利用风电、太阳能发电等可再生能源富余电力，通过电解水制绿氢并合成绿氨，实施燃煤机组掺烧绿氨发电，替代部分燃煤。改造建设后煤电机组应具备掺烧10%以上绿氨能力，燃煤消耗和碳排放水平显著降低。”

绿氨掺烧改造具备低成本优势

煤电仍是我国电力供应的最主要电源。2023年我国煤电发电量占总发电量比重接近六成[1]。绿氨掺烧技术作为煤电低碳转型的创新技术路线，适用于现役煤电机组改造。绿氨掺烧技术可以与现有的燃烧设备和系统兼容，减少对大规模改造和新设备需求，为现役煤电机组低碳转型在短中期内提供了一个可行的转型途径。
这项技术对燃煤机组的运行影响小，避免了大规模的设备改造需求，只需要增设掺绿氨燃烧系统。相较于碳捕集和封存（CCS）等煤电低碳技术，绿氨掺烧在改造成本上具有低成本优势。由于氨热值与原煤热值接近，该项技术能够在源头上减少煤炭的使用，实现二氧化碳排放减排。这项技术的减碳效果取决于掺绿氨比例。例如，若煤电机组掺绿氨比例为10%，则绿氨替代了10%的煤炭使用。

图片来源：华夏EV网[2]

煤电掺氨燃烧技术处于工业化试验阶段

煤电掺氨燃烧技术在我国处于工业化试验阶段，未来，全绿氨燃烧技术代表火电领域更深度转型的技术方向之一。工业化试验阶段为燃烧技术、掺烧规模、稳定运行时长、排放控制和系统集成等关键创新领域提供了接近实际工作条件的测试环境。这些创新技术的研究和试验为推动煤电掺氨技术的示范应用和商业化应用提供基础[3] [4]。
2023年，由两家研制单位申报以及依托工程的“燃煤电厂掺氨燃烧成套技术及关键设备”成功列入了国家能源局第三批能源领域首台（套）重大技术装备（项目）名单。能源领域首台（套）重大技术装备是指国内率先实现重大技术突破、拥有自主知识产权、尚未批量取得市场业绩的能源领域关键技术装备。
1. 皖能铜陵发电有限公司300MW燃煤机组大比例掺氨燃烧试验
2023年4月，由安徽省能源集团有限公司和合肥综合性国家科学中心能源研究院联合研发，氨邦科技有限公司负责实施，皖能铜陵发电有限公司300MW燃煤机组大比例掺氨燃烧经过为期1年的工程化试验，在大型煤电机组锅炉加装纯氨燃烧器，与煤粉燃烧器同时运行。实现了100-300MW并网功率下燃煤掺氨比例10-35%多种工况的锅炉安全平稳运行。技术团队计划在1000MW机组开展掺烧比例超过50%的工程化试验[5] [6]。
2. 中国神华台山电厂630MW大容量燃煤锅炉掺氨清洁高效燃烧工程验证项目
2023年12月，由中国神华、烟台龙源、三河电厂共同研制，依托国能台山电厂600兆瓦燃煤发电机组成功实施了煤炭掺氨燃烧试验。按照第一阶段试验计划，实现了500兆瓦、300兆瓦等多个负荷工况下燃煤锅炉掺氨燃烧平稳运行[7]。

推广应用的挑战与前景

绿氨掺烧技术的广泛推广受限于绿氨供应的经济性和供应稳定性。绿氨可通过风电或光伏发电等可再生能源电解水制氢后合成得到，目前其成本高于传统合成氨[8]。目前，我国风光制氢合成氨产能与煤电改造对绿氨的潜在需求相比存在较大的差距。但随着可再生能源电价的下降、煤炭价格的上涨、碳排放权交易市场的成熟以及绿氨生产规模的扩大，预计绿氨成本将有显著下降，市场竞争性有望增强。国际可再生能源署（IRENA）2022年发布的《创新展望：绿氨》报告认为，在中国，煤制氨可能在2030年之后逐渐被淘汰，届时绿氨生产成本将低于500美元/吨[9]。
针对该技术的重点推广区域，建议重点关注新疆、内蒙古、甘肃、山东、山西等煤电大省，这些地区面临电力行业低碳转型压力，同时光伏和风电等新能源电力发展迅猛，具备开展煤电机组绿氨掺烧示范应用的有利条件。

参考文献

[1] 中国电力企业联合会. 2023 年电力行业经济运行报告[R/OL]. (2024-05). http://lwzb.stats.gov.cn/pub/lwzb/bztt/202405/W020240527578179924981.pdf.

[2] 华夏EV网. 世界首个“燃煤锅炉混氨燃烧技术”应用项目在山东烟台成功投运-华夏EV网[EB/OL]. (2022-01-26)[2024-08-01]. http://www.evinchina.com/newsshow-674.html.

[3] 张琳. 精准施策示范先行 统筹推进煤电低碳化改造建设[EB/OL]//国家发展改革委. (2024-07-16)[2024-07-31]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/jd/jd/202407/t20240716_1391680.html.

[4] 烟台龙源. “燃煤电厂掺氨燃烧成套技术及关键设备”入选国家能源局第三批能源领域首台（套）重大技术装备（项目）名单[EB/OL]. (2023-12-07)[2024-07-31]. https://lyjs.chnenergy.com.cn/lyjsww/kjcx/202312/9af9e326d0724a81a82043d551faa076.shtml.

[5] 合肥综合性国家科学中心能源研究院. 大型煤电机组大比例掺氨燃烧示范工程重大创新成果[EB/OL]. (2023-04-08)[2024-07-31]. https://www.ie.ah.cn/?c=40&m=892.

[6] 安徽省人民政府国有资产监督管理委员会. 安徽：主动融入谋共赢[EB/OL]. (2024-07-05)[2024-08-01]. http://gzw.ah.gov.cn/ahgz/gzjg/57429611.html.

[7] 台山市人民政府. 国能台山电厂600兆瓦燃煤发电机组掺氨燃烧试验成功[EB/OL]. (2023-12-04)[2024-07-31]. http://www.cnts.gov.cn/tssrmzf/tsyw/tskx/content/post_2988208.html.

[8] 香橙会. 氢能行业发展新趋势：氨能时代会到来吗[EB/OL]//中国能源网. (2022-01-26)[2024-07-31]. https://www.china5e.com/news/news-1129311-1.html.

[9] IRENA. Innovation Outlook: Renewable Ammonia[R/OL]. (2022). https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/May/IRENA_Innovation_Outlook_Ammonia_2022.pdf.