李晨鵬， 李 政， 劉 培, 趙廣輝

(1.清華大學(xué) 能源與動力工程系，電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制與仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084;2.中山嘉明電力有限公司，廣東中山 528400)

煤電是我國主要的二氧化碳排放來源,作為我國最大的電力來源，2020年煤電發(fā)電量占比達(dá)61%，遠(yuǎn)超其他發(fā)電技術(shù)[1]。2020年我國單位火電二氧化碳排放量約為832 g/(kW·h)，煤電發(fā)電量為46 296億kW[2]，而2020年我國的二氧化碳排放總量為98.99億t[3]，煤電碳排放占據(jù)了總碳排放量的38.91%。我國以煤為主的資源稟賦，決定了煤電在相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將承擔(dān)保障我國能源電力安全的重要作用[4]。在更遠(yuǎn)的未來可再生能源發(fā)電將成為發(fā)電主體，而煤電將逐漸轉(zhuǎn)變功能，更多地承擔(dān)調(diào)峰克服間歇性的作用，為可再生能源發(fā)電保駕護(hù)航。在此過程中，煤電也必須不斷改進(jìn)自身碳排放特性，爭取少排碳甚至不排碳。

氨作為氫的無碳載體，其完全燃燒時無二氧化碳排放，同時氨易液化、儲存運(yùn)輸成本低、體積能量密度高，而且利用可再生能源無碳合成，是一種有可能在未來實(shí)現(xiàn)替代化石能源的新能源。以氨替代部分燃煤，采用氨與煤在鍋爐中混合燃燒的方式，是現(xiàn)階段降低燃煤機(jī)組二氧化碳排放切實(shí)可行的技術(shù)選擇[5]。目前，雖然我國可再生能源保持了較高的利用率，但由于基礎(chǔ)體量較大，產(chǎn)生的棄電量依然十分可觀，2021年我國棄風(fēng)棄光總電量達(dá)267.5×108kW·h[6]。利用這部分可再生能源進(jìn)行無碳氨合成可以有效避免棄電的浪費(fèi)。

氨作為燃料主要有2大困難:首先是氨火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?，反?yīng)性較弱，其次是氨燃燒有可能產(chǎn)生氮氧化物排放。而目前針對鍋爐氨煤混燃的研究表明，氨煤混燃的燃燒穩(wěn)定性以及氮氧化物低排放均在實(shí)驗(yàn)中得到實(shí)現(xiàn)。Zhang等[7]對某1 000 MW商用鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行了簡化建模并測試了其氨煤混燃的效果。結(jié)果表明,將氨注入火焰區(qū)后，一氧化氮的排放量明顯降低,同時摻氨比例的提高也會使一氧化氮的排放量降低。Nagatani等[8]對某10 MW級的燃燒室進(jìn)行了氨煤混燃測試，結(jié)果表明,通過燃燒器供氨進(jìn)行氨煤混燃可以實(shí)現(xiàn)完全且穩(wěn)定的燃燒。牛濤等[5]設(shè)計搭建了40 MW級的燃煤鍋爐氨煤混合燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了0%～25%摻氨比的混燃實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,在所有氨煤混氨比例下鍋爐皆具有良好的穩(wěn)燃與燃盡性能，且氨煤混燃條件下煤粉的燃盡率優(yōu)于純?nèi)济汗r。同時，鍋爐存在最佳燃盡率和運(yùn)行氧量區(qū)間，使得其氮氧化物排放以及剩余氨量保持在一個較低水平。目前，尚未有學(xué)者對氨煤混燃實(shí)際應(yīng)用于燃煤機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，同時氨煤混燃所使用的氨應(yīng)為無碳氨而非當(dāng)前煤化工的合成氨，二者在合成路徑以及成本上均有所不同。

因此，筆者將基于無碳氨的合成路徑，計算國內(nèi)投資情景下平準(zhǔn)化無碳氨成本，并基于此成本應(yīng)用平準(zhǔn)化電力成本(LCOE)對氨煤混燃機(jī)組進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。

1 研究對象

研究對象為某進(jìn)行氨煤混燃改造的600 MW超臨界燃煤機(jī)組，其運(yùn)行參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)Tab.1 Parameters of power plant

2 研究方法

采用平準(zhǔn)化電力成本對氨煤混燃機(jī)組進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，計算考慮碳稅情況下的平準(zhǔn)化電力成本，對比煤電與不同摻氨比例下的度電成本，分析氨煤混燃改造的經(jīng)濟(jì)可行性。

在計算機(jī)組使用的氨燃料成本時，不使用當(dāng)前市場煤化工合成氨的價格，通過構(gòu)建無碳氨供應(yīng)鏈，計算平準(zhǔn)化無碳氨成本。

氨煤混燃機(jī)組平準(zhǔn)化電力成本的計算參考了國際能源署(IEA)給出的LCOE計算公式[7]，不考慮電站建設(shè)時期資金的變化以及貸款償還等財務(wù)參數(shù)，本研究使用的簡化LCOE計算公式如下：

(1)

式中：LE為平準(zhǔn)化電力成本；I0為初始裝機(jī)成本；On為第n年的運(yùn)行維護(hù)成本；Fn為第n年的燃料成本；Cn為第n年的碳排放成本；Wn為第n年的發(fā)電量；r為貼現(xiàn)率；T為項目壽命。

參考Nayak-Luke[13]的無碳氨成本計算公式，結(jié)合本研究中的無碳氨供應(yīng)鏈構(gòu)建，給出本研究使用的平準(zhǔn)化無碳氨成本LA計算公式。

(2)

式中:I1為總固定資產(chǎn)投資；Ln為第n年的人力資源成本；En為第n年的能耗成本;Tn為第n年的運(yùn)輸成本；RO2為第n年的氧氣出售收益；mn為第n年的氨產(chǎn)量。

3 無碳氨成本

3.1 無碳氨合成路徑

無碳氨合成路徑如下：通過對自然界水進(jìn)行蒸餾凈化使其滿足制氫電解槽需求，之后電解水制取氫氣和氧氣;通過空氣分離設(shè)施分離空氣，制取氮?dú)夂脱鯕?電解水以及空氣分離獲得的氧氣作為副產(chǎn)物出售，氫氣和氮?dú)馔ㄟ^合成氨工業(yè)常用的哈勃-博施法合成氨，產(chǎn)物氨經(jīng)低溫液化儲存后通過管道、鐵路和槽車等運(yùn)輸方式運(yùn)輸至下游客戶出售。

需要考慮的成本項主要為：各環(huán)節(jié)設(shè)備的建造成本、設(shè)備的運(yùn)行耗能成本、設(shè)備的日常維護(hù)成本、人力資源成本、氨氣與氧氣的儲存成本、氨的運(yùn)輸成本以及氧氣的出售收益。

3.2 無碳氨成本計算

無碳氨合成路徑中技術(shù)選取、設(shè)施投資以及耗能情況見表2，其他參數(shù)見表3。

表2 合成路徑環(huán)節(jié)投資情況Tab.2 Investment of the ammonia synthetic process

表3 其他參數(shù)Tab.3 Other parameters

選取度電成本為0.265元，其他合成氨生產(chǎn)參數(shù)見表2和表3。計算出無碳氨成本為3 734.7元/t，其成本構(gòu)成以及固定資產(chǎn)投資構(gòu)成分別見圖1和圖2。

此時3 734.7元/t的無碳氨成本高于目前煤化工的合成氨成本，根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會等部門發(fā)布的《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2021年版)》，以優(yōu)質(zhì)無煙塊煤為原料的合成氨能效標(biāo)桿水平為1 100 kg/t。目前,煤化工合成氨中煤炭約占總成本的60%，可得出當(dāng)前煤化工合成氨成本約為2 200元/t。

圖1 無碳氨成本構(gòu)成Fig.1 Green ammonia cost composition

圖2 固定資產(chǎn)投資構(gòu)成Fig.2 Fixed asset investment composition

從圖1可以看出，耗能成本占據(jù)了無碳氨成本的主要部分，所以可再生能源發(fā)電成本的變化會直接影響無碳氨成本。而氧氣作為副產(chǎn)物的收益在成本中也占有一定比例，氧氣市場價格的波動也會對無碳氨成本產(chǎn)生一定影響。同時，在固定資產(chǎn)投資中，電解槽投資與合成氨設(shè)施投資占據(jù)了主要部分，未來電解槽技術(shù)以及合成氨工藝的改進(jìn)有可能會對這2項投資成本產(chǎn)生影響。

因此,在影響成本的各項因素中，隨著技術(shù)進(jìn)步而降低的可再生能源發(fā)電成本和電解槽投資成本、隨著工藝改進(jìn)而降低的合成氨設(shè)施投資以及氧氣市場價均是需要進(jìn)行深入研究的影響因素，定量對比這幾項參數(shù)變化對無碳氨成本產(chǎn)生的具體影響。

3.3 敏感性分析

對可再生能源發(fā)電成本、氧氣市場價、電解槽與合成氨投資進(jìn)行敏感性分析，由于電解槽與合成氨投資的變化均能直接反映在總固定資產(chǎn)投資上，所以以總固定資產(chǎn)投資的變化來代替這二者的變化，結(jié)果如圖3所示。此處3項成本的基準(zhǔn)值即為第3.2節(jié)中的取值。

圖3 敏感性分析Fig.3 Sensitivity analysis

圖3中每一條線均表示所對應(yīng)變量進(jìn)行波動而其他2個量保持基準(zhǔn)值時的無碳氨成本變化情況。由圖3可以看出，可再生能源發(fā)電成本的變化對無碳氨成本的影響最明顯，其他2項對無碳氨成本的影響幅度相近。由于參數(shù)變化選取范圍為-50%～+20%，對于氧氣市場價而言，現(xiàn)實(shí)中價格波動可能比該范圍要小，所以單憑氧氣收益的增加難以使無碳氨成本明顯降低。而可再生能源發(fā)電成本需要降低至當(dāng)前的50%，即約0.13元/(kW·h)時無碳氨成本才能與傳統(tǒng)煤化工合成氨成本相當(dāng)。

未來可再生能源發(fā)電成本降低是必然趨勢，根據(jù)國家發(fā)改委能源所發(fā)布的《中國2050年光伏發(fā)展展望》，到2035年和2050年我國新增光伏發(fā)電成本將降低至0.2元/(kW·h)和0.13元/(kW·h)。那么無碳氨成本也將隨之大幅下降，在未來氨市場產(chǎn)生足夠的市場競爭力。

為了進(jìn)一步探索無碳氨成本的降低空間，設(shè)置以上3項成本同時隨時間變化，考慮高、中、低3種變化率，分別估算30 a內(nèi)無碳氨成本的降低情況，同時與每年降低1%的含150元/t碳排放成本(150元/t碳排放成本的選取理由在本文第4.3節(jié)中有所介紹)的煤化工合成氨成本以及不含碳排放成本的合成氨成本進(jìn)行對比，情景設(shè)置參數(shù)見表4。3種情景中，中變化率情景即對應(yīng)2050年光伏發(fā)電成本降低至0.13元/(kW·h)。計算結(jié)果如圖4所示。

表4 情景設(shè)置參數(shù)Tab.4 Parameters of scenarios 單位：%

圖4 無碳氨價格變化Fig.4 Change of green ammonia price

由圖4可知，在中變化率情景下，無碳氨成本在2050年將與傳統(tǒng)煤化工合成氨成本持平；而在高變化率情景下，該時間將會提前至2043年左右。若考慮碳排放成本，則這2個時間分別提前至2035年和2040年。預(yù)測建立在煤化工合成氨成本可以保持每年1%成本降低率的基礎(chǔ)上，但煤化工合成氨技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在未來成本可能難以進(jìn)一步下降。且無碳氨作為新興合成技術(shù)，有可能實(shí)現(xiàn)更高的成本下降率。因此，未來無碳氨成本下降潛力還十分巨大，甚至有可能在本文所預(yù)測的時間之前實(shí)現(xiàn)低于煤化工合成氨成本。

4 氨煤混燃機(jī)組的平準(zhǔn)化電力成本

4.1 成本項分析

式(1)中所有成本項的具體介紹如下。

初始裝機(jī)成本：對于氨煤混燃機(jī)組，初始裝機(jī)成本包括兩部分，第一部分為正常煤電機(jī)組的裝機(jī)投資，第二部分為進(jìn)行氨煤混燃機(jī)組改造的投資，氨煤混燃改造程度取決于基礎(chǔ)煤電容量以及摻氨比例。初始裝機(jī)成本的計算式見式(3)。

I0=UC·P+UA·B·P

(3)

式中：UC為火電單位裝機(jī)成本；UA為氨煤混燃改造單位成本；B為摻氨比例(能量占比)；P為機(jī)組容量。

運(yùn)行維護(hù)成本：機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本包括設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的基礎(chǔ)成本以及機(jī)組用水、燃油等材料的成本。年運(yùn)行維護(hù)成本計算式見式(4)。

On=CO&M+Wn·Cw·SW+CO·O

(4)

式中：CO&M為年基礎(chǔ)運(yùn)行維護(hù)成本；Cw為度電耗水率；SW為水價；CO為機(jī)組年油耗量；O為燃油價格。

燃料成本：機(jī)組的燃料成本包括燃煤成本以及氨成本，燃料成本計算式見式(5)。

Fn=(1-B)·EC·SC·Wn+B·EA·SA·Wn

(5)

式中：EC為度電煤耗；EA為度電氨耗；SC為煤價；SA為氨價。

碳排放成本：本研究中碳排放成本為碳稅，即根據(jù)電廠排放的二氧化碳量要求其繳納碳稅，在氨煤混燃機(jī)組中，只有燃煤會產(chǎn)生二氧化碳排放，氨燃燒不產(chǎn)生二氧化碳排放。所以在碳排放成本計算中僅考慮電廠燃煤供能部分產(chǎn)生的碳排放成本，計算式見式(6)。

Cn=(1-B)·EC·CF·Wn·TC

(6)

式中：CF為煤排放因子；TC為碳稅。

4.2 參數(shù)設(shè)定

第4.1節(jié)中的各項成本參數(shù)以及在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析需要的機(jī)組運(yùn)行情況參數(shù)中，絕大部分參數(shù)可以通過文獻(xiàn)調(diào)研直接獲得或進(jìn)行合理假設(shè)。但氨煤混燃時的鍋爐熱效率和氨煤混燃機(jī)組改造成本需要進(jìn)行分析后才能選取。所以在本節(jié)參數(shù)設(shè)定中將首先對這2個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行討論。

4.2.1 氨煤混燃對鍋爐熱效率的影響

目前，氨煤混燃仍處于實(shí)驗(yàn)階段，且當(dāng)前研究主要關(guān)注氨煤混燃的燃燒性能以及氮氧化物排放情況，目前尚無氨煤混燃應(yīng)用于工程中的鍋爐效率數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)以及模擬也尚未得出統(tǒng)一結(jié)論。氨煤混燃對鍋爐熱效率的影響如表5所示。

表5 氨煤混燃對鍋爐熱效率的影響Tab.5 Influence of ammonia-coal co-firing on boiler efficiency

表中調(diào)研數(shù)據(jù)來源于國家能源集團(tuán)燃煤鍋爐混氨技術(shù)開發(fā)項目。從表5可以看出，氨煤混燃對鍋爐熱效率的影響幅度在3%以內(nèi)，考慮發(fā)電機(jī)效率后對電廠整體發(fā)電效率的影響在1%左右，對計算LE時的影響也在1%，相較于研究中其他因素的改變對LE的影響，摻氨對電廠發(fā)電效率的影響可以忽略，可認(rèn)為摻氨時電廠仍保持原有發(fā)電效率。

4.2.2 氨煤混燃機(jī)組改造成本

目前，對于氨煤混燃機(jī)組的改造主要包括兩部分：首先是對燃燒器進(jìn)行改造，使其增加供氨管道以及氨預(yù)熱[5]；其次是需要配備氨供應(yīng)系統(tǒng)，包括儲氨罐、汽化器和輸氨管道[8]。由于目前該項技術(shù)還在實(shí)驗(yàn)階段，對于燃燒器的改造并無具體數(shù)據(jù)，所以假設(shè)改造成本為燃燒器成本的20%，儲氨量為電廠運(yùn)行24 h的耗氨量。各種設(shè)備的造價見表6，數(shù)據(jù)來自中國制造網(wǎng)。

表6 設(shè)備造價Tab.6 Equipment cost

根據(jù)表6對600 MW超臨界燃煤機(jī)組摻氨改造后的改造成本進(jìn)行了計算，計算結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著摻氨比例的升高，機(jī)組單位裝機(jī)改造成本變低。這是因?yàn)樵诒疚挠嬎阒?，燃燒器改造成本與氨供應(yīng)管道的建造成本不隨摻氨比例的改變而改變，所以隨著摻氨比例的上升，摻氨機(jī)組功率上升，這部分固定改造成本在單位機(jī)組容量上的分配將降低。

圖5 設(shè)備造價Fig.5 Equipment cost

4.2.3 其他參數(shù)設(shè)置

技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析中所選的經(jīng)濟(jì)參數(shù)設(shè)置見表7。

表7 經(jīng)濟(jì)參數(shù)Tab.7 Economic parameters

4.3 計算結(jié)果

根據(jù)《2021年中國碳價調(diào)查報告》的預(yù)測，2030年我國碳稅價格均值在139元/t[21]，為更好地體現(xiàn)氨煤混燃的減排效益，選取碳稅為150元/t，氨價為3 750元/t，計算不同碳排放成本下的度電成本,結(jié)果如圖6所示。

圖6 度電成本隨摻氨比例的變化Fig.6 LCOE varying with the ammonia ratio

由圖6可知，在碳稅150元/t的情景下，提高摻氨比例只會使LE直線上升，說明在當(dāng)前的碳排放成本以及制氨成本下，氨煤混燃相較于煤電沒有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，因此繼續(xù)增大碳排放成本。當(dāng)碳排放成本達(dá)到2 000元/t時，提高摻氨比例后煤電成本才開始下降。可以得出以下結(jié)論：在制氨成本以及碳排放成本不會產(chǎn)生較大改變的近未來范圍內(nèi)，氨煤混燃相較于傳統(tǒng)煤電不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

為了進(jìn)一步探究影響氨煤混燃LE的關(guān)鍵因素，找到使氨煤混燃產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的情景，需要對LE進(jìn)行敏感性分析。

4.4 敏感性分析

在敏感性分析中，重點(diǎn)關(guān)注無碳氨價格、改造成本以及碳稅這3個關(guān)鍵因素。

在無碳氨價格的敏感性分析中，以無碳氨價格為3 750元為基準(zhǔn)，每次下降幅度為20%，分析LE隨無碳氨價格降低的變化趨勢，同時找到使氨煤混燃與純煤電情況下LE相等的臨界點(diǎn)，結(jié)果如圖7所示。整體來看，無碳氨價格降低對LE降低的影響十分顯著，且摻氨比例越高，影響越大。在摻氨比例為10%時，無碳氨價格每降低20%，LE降低3.23%；在摻氨比例為50%時，無碳氨價格每降低20%，LE降低14.68%。這是由于隨著摻氨比例的升高，無碳氨價格在LE中所占的比例上升，其價格的變化更容易對LE產(chǎn)生影響。

圖7 無碳氨價格敏感性分析Fig.7 Sensitivity analysis of green ammonia price

若無碳氨價格下降比例小于80%，摻氨比例的上升仍將引起氨煤混燃LE的升高，只有使無碳氨價格降低至當(dāng)前價格的20%(即750元/t)以下時，氨煤混燃相比傳統(tǒng)煤電才具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。但可以肯定的是，無碳氨價格是影響LE的重要因素之一。

對氨煤混燃改造成本進(jìn)行敏感性分析，以第4.2.2節(jié)的改造成本為基準(zhǔn)，下降幅度為20%，以此分析LE隨改造成本降低的變化趨勢，結(jié)果如圖8所示。

圖8 改造成本敏感性分析Fig.8 Sensitivity analysis of retrofit cost

由圖8可以看出，氨煤混燃改造成本的降低對LE的影響幅度極低。與無碳氨價格相比，氨煤混燃改造成本變化的影響幾乎可忽略不計，所以氨煤混燃改造成本并非影響LE的主要因素。

最后對碳稅進(jìn)行敏感性分析，以碳稅為150元/t為基準(zhǔn)，單次上升幅度為20%，分析LE隨碳稅的變化趨勢，結(jié)果如圖9所示。

圖9 碳稅敏感性分析Fig.9 Sensitivity analysis of carbon tax

由圖9可以看出，碳稅上升對LE的值雖有影響，但所選取范圍內(nèi)的碳稅值均無法使氨煤混燃LE相較于純煤電LE具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。雖然碳稅變化對LE值的影響較小，但不同于改造成本，碳稅選取的改變趨勢為逐漸上升，所以在數(shù)學(xué)上存在可以使氨煤混燃LE低于純煤電情況LE的碳稅值。

定義邊界碳稅的概念為：在特定無碳氨價格下，其他條件相同時，使氨煤混燃LE等于此時純煤電LE的碳稅值。選取無碳氨價格變化區(qū)間為1 500～3 750元/t，計算不同無碳氨價格下的邊界碳稅，結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同無碳氨成本下的邊界碳稅Fig.10 Boundary carbon tax at different green ammonia costs

隨著無碳氨成本的降低，所需的邊界碳稅也降低，在無碳氨價格達(dá)到1 500元/t時，所需的邊界碳稅值為661元/t。這一價格相較于第4.3節(jié)中的2 000元/t的邊界碳稅更易實(shí)現(xiàn)。以2015年為例，歐洲國家的碳稅已經(jīng)達(dá)到這個值，碳稅值最高的瑞典甚至為132美元/t[22]。雖然目前我國的碳交易平均價格仍在50元/t左右[21]，但隨著我國更多行業(yè)納入排放權(quán)交易體系以及我國碳市場與國際碳市場的掛鉤，未來我國的碳排放成本將上升，低二氧化碳排放的氨煤混燃技術(shù)相較于純煤電在經(jīng)濟(jì)性上將逐漸具有競爭力。但在短期內(nèi)，由于無碳氨成本仍過高，且其熱值低于煤，同時國內(nèi)碳排放成本低，氨煤混燃技術(shù)相較于傳統(tǒng)煤電在度電成本方面沒有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

4.5 多因素影響下的氨煤混燃度電成本

對無碳氨價格與碳稅同時變化時的LE進(jìn)行計算。由于影響無碳氨價格的重要因素為可再生能源發(fā)電成本，所以設(shè)置自變量為可再生能源發(fā)電成本與碳稅。2種參數(shù)設(shè)置如表8所示。2種變化情景下的計算結(jié)果見圖11和圖12。其中，碳稅2040年后不再變化。

由圖11和圖12可知，在高變化率情景下，2030—2035年間可以實(shí)現(xiàn)氨煤混燃機(jī)組LE低于煤電機(jī)組LE；在低變化率情景下，2035—2040年可以實(shí)現(xiàn)氨煤混燃機(jī)組LE低于煤電機(jī)組LE。雖然氨煤混燃在當(dāng)下相較于傳統(tǒng)煤電不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但隨著未來可再生能源發(fā)電成本下降引起無碳氨價格下降，以及碳排放成本的升高，氨煤混燃機(jī)組將逐漸顯現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

表8 情景設(shè)置參數(shù)Tab.8 Parameters of set scenarios

圖11 高變化情景下各年度電成本隨摻氨比例的變化Fig.11 Variation of LCOE with ammonia ratio in each year at high rate of change

圖12 低變化情景下各年度電成本隨摻氨比例的變化Fig.12 Variation of LCOE with ammonia ratio in each year at low rate of change

5 結(jié) 論

(1) 基于本文所設(shè)計的無碳氨合成路徑以及當(dāng)前技術(shù)和投資情況，無碳氨成本約為3 750元/t，高于當(dāng)前煤化工合成氨成本。

(2) 在無碳氨成本構(gòu)成中，可再生能源發(fā)電成本是重要影響因素。在所設(shè)置的較高變化率情景下，無碳氨成本在2040年后就可低于煤化工合成氨成本。

(3) 在制氨成本以及碳排放成本不會產(chǎn)生較大改變的近未來范圍內(nèi)，氨煤混燃相較于傳統(tǒng)煤電不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

(4) 敏感性分析結(jié)果表明，無碳氨價格是影響LE的主要因素，碳稅對LE會略有影響，而煤電改造成本對LE幾乎無影響。在所設(shè)置的較高變化率情景下，2030—2035年間氨煤混燃相較與傳統(tǒng)煤電將具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，較低變化率時該時間則會后移至2035—2040年。

隨著未來我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量占比以及發(fā)電量占比的提升，煤電機(jī)組將更多地發(fā)揮靈活性電源的作用以克服可再生能源的間歇性，逐漸不再發(fā)揮提供電量的主體電源作用。由于不承擔(dān)基本負(fù)荷，可以預(yù)見在未來的應(yīng)用場景中，并不需要按照承擔(dān)基礎(chǔ)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性來要求氨煤混燃的機(jī)組。在碳約束強(qiáng)化的背景下，氨煤混燃技術(shù)將有良好的應(yīng)用前景。