氨发电将逐步代替燃煤发电！日本“氨经济”或将改变能源行业脱碳“游戏规则”
发布日期：2022/5/12
“燃料氨将是能源行业脱碳之路上的‘游戏规则改变者’。”日本清洁燃料氨协会代表董事 Sam Muraki近日分享了日本燃料氨价值链的发展路线图。他表示，日本国内的燃料氨需求量在未来将发生巨变，2025年估计约为50万吨/年~100万吨/年，到2030年将增长到300万吨/年~500万吨/年，而到2050年，这一数字增长至 3000 万吨/年左右，主要用于减少发电、航运和工业燃烧这三大领域的碳排放。
为了满足日本国内对氨的需求，Sam Muraki表示，日本正在与美国、澳大利亚、加拿大、新西兰、亚洲和中东国家合作，共同建设蓝氨、绿氨的供应链体系。具体思路大致是，日本在这些国家当地建造氨生产厂，在国外完成生产氨的低碳和脱碳过程，然后再将氨运输至日本国内并建立国内供应链。
比如日本三井物业最近就和美国化肥公司CF Industries共同投资约20亿美元，在美国墨西哥湾沿岸建造一座制氨工厂，预计2027年投产，产量约为80万吨~100万吨，使其成为世界上最大的合成氨工厂之一，而生产的大部分氨都将运往亚洲。
氨发电将逐步代替燃煤发电
据了解，日本政府在去年的内阁会议中就通过第6次能源基本计划，首次将氢和氨发电方案纳入电力来源构成。日本经济产业省还计划2030 年用氨替代日本燃煤发电站 20% 的煤炭供应，这一比例将在2030年左右提升到 50% 以上。日本的各大企业，比如JERA、IHI、三菱重工（MHI）等都在积极开展燃料氨在电力行业的相关应用。
日本最大的发电商JERA率先制定了2050碳排放近零的路线图，预计在2024年实现20%氨和燃煤的混合燃烧，在2050年实现100%的氨燃烧。为实现这一燃料来源的转换，JERA计划从2027年开始每年将购买多达50万吨的氨，用作燃煤电厂的燃料，目前已向全球 30 多家公司发出提案请求，寻求未来采购氨的长期合作关系。
日本重工企业IHI去年和GE公司签订了签署谅解备忘录，共同制定了氨燃气轮机路线图。IHI也计划将在2026年前后开始使用世界首创的可以直接燃烧液氨的涡轮机，它无需将其还原为气体，不需要气化设备，能缩小氨发电设备的面积1~2倍左右。近日，IHI宣布将开发世界上最大的储氨罐，容量为10万吨，能供应1座输出功率为100万千瓦的火力发电站所用的燃料。
三菱重工正在开发一种可直接燃烧100%氨的40兆瓦级燃气轮机，目标是将新型氨燃气轮机商业化，促进工业应用和偏远岛屿中小型发电厂的脱碳。在基础研发中，更关注由于氨燃料带来的燃烧温度低及燃料型NOx控排问题。
“氨在煤炭发电领域的应用还将进一步扩大，40兆瓦的氨燃气轮机预计2025年问世，并且将在2025年日本大阪世博会上进行示范应用。”Sam Muraki谈到，100兆瓦的氨燃气轮机在近10年内将处于研发和小范围示范阶段，预计到2030年才能大规模应用。
运输氨的货船将率先过度成“氨船”
在航运领域，日本目前还在进行以氨为燃料的船舶技术开发阶段，包括发动机、油箱和供应系统等。Sam Muraki透露，小型的四冲程发动机将在2024年发布，大型的两冲程发动机将在2026年发布，而到了2027年到2028年间，日本就能推出大型的氨船。据国际能源署（IEA），到2050年，46%的船用燃料将改为氨。日本的各大海运企业也都在积极应用氨燃料船，以推动日本航运行业脱碳。
据了解，日本目前跟氨船相关的项目主要有两个，一个是“配备国产氨燃料发动机的船舶开发”项目，日本邮船和IHI负责配备国内航行船舶的开发和航行，日本邮船、日本发动机、IHI和日本造船负责国际航行船舶的开发和航行；另一个是“氨燃料船开发与社会应用一体化”项目，由日本的伊藤忠商事、川崎汽船、NS联合海运、日本造船和三井物产负责“开发”、“保有和航行”、“燃料生产”及“燃料供应基地建设”。
而最先使用氨为燃料的可能是能运输氨的轮船，因为这些货船已经具备储运氨的条件和安全性方面的经验。今年3月份，日本邮船就宣布与其下属研发机构MTI和芬兰海事咨询工程公司Elomatic Oy合作完成了“氨燃料预留”LNG动力船（ARLFV）概念设计。
ARLFV概念设计主要是在运输船上安装一个专门的1500立方米氨燃料储罐，此外还将有一个3000立方米LNG/氨气两用储罐。散货船则将安装一个2850立方米不锈钢LNG储罐，也可用于装载氨燃料，此外还搭载了额外的1270立方米储罐用于燃料转换。
通过使用ARLFV，这些运输氨的货船可以无障碍从LNG动力船过渡到氨燃料船。日本邮船计划在2023年开始向客户提供ARLFV运输服务合同，并争取在2025年完成首批ARLFV的建造工作。
此外，日本国内第一大造船企业今治造船也在去年决定建造以氨燃料为动力来源的、有效载荷20万吨的大型货船，预计2026年投入使用。日本川崎重工也在今年4月份宣布，与日本邮船签订1艘86700立方米液化石油气（LPG）/液氨运输船的建造合同，这是川崎重工接获的第6艘该型船，预计2024年交付。
在工业燃烧领域，Sam Muraki谈到，氨在日本也开始小范围示范应用。比如在玻璃厂中，使用氨和天然气混合燃烧供能的生产方式正在被实践，而未来氨用于工业燃烧的比例也将逐步达到100%。相比发电和航运领域，氨在工业领域的应用进展较慢，预计2028年左右才能大规模应用。
此外，日本大力发展“氨经济”不仅仅是为了满足本国能源依赖、低碳发展的需求，同样是为了技术输出和原料输出进行储备。日本经济产业省(METI)也提出相关目标，到 2050年，向更广泛的地区出口供应约1亿吨清洁氨。尤其是氨发电作为未来的零碳发电方式备受瞩目。日本的氨发电技术位于世界前列，在马来西亚、印度尼西亚等地区也开始推广，今后氨发电的进一步技术开发值得关注。
来源：中国产业发展促进会氢能分会
