2024年氨气行业专题报告：绿氨掺烧，煤改新政有望打开绿氢绿氨发展空间

一、氨气的绿色燃料属性亟待发掘

氨是一种应用广泛的化学品。氨（NH3 ）是一种无机化合物，常温下为无色气体，其易液化、易挥发、可燃、具有较强 烈刺激性气味。氨气在常温下很稳定，极易溶于水，高温时会分解成氮气和氢气；氨气是世界上生产及应用最为广泛的 基础化学品之一，广泛应用于农业和工业生产中；此外，氨气在理想情况下燃烧仅产生氮气和水，具有零碳排放的特性， 未来有望成为减少化石燃料使用、降低碳排放、减少环境污染的新型燃料之一。 合成氨的生产有多种途径，绿氨是未来的发展方向。合成氨是指氮气和氢气通过催化剂在高温高压下直接合成的氨气。 合成氨根据氢气的来源可分为：①灰氨：使用传统化石能源（天然气和煤）制取的灰氢与氮气合成的氨气称为灰氨；② 蓝氨：氢气仍由化石燃料提炼而来，但提炼过程中将二氧化碳捕获并储存，减少对气候的负面影响，此类合成氨称为蓝 氨；③绿氨：由绿电制取的绿氢合成的氨气称为绿氨。由于绿氨对环境更加友好，因此是未来主要的发展方向。

中国是世界上最大的合成氨生产国和消费国。我国合成氨主要用于制造尿素肥料，我国庞大的农业产业和对粮食安全的 高度重视促使国内合成氨生产能力持续扩张。2022年全球合成氨产量约为1.83亿吨，我国产量为5321万吨，占比达29%。 此外，合成氨也是许多化工产品的重要原料，其产量的增加也与化工产业的发展密切相关。 我国约2/3的氨用于生产化肥，未来有望新增燃料用途。合成氨按下游应用行业主要分为农业、工业、储能三大用途。 据毕马威分析预计，2023年我国约有2/3氨用来生产农业用的化学肥料，约1/3为其他化工产品的原料；后续随着煤电低 碳化改造逐步推进，氨气作为储能及燃料用途的市场空间有望打开。

合成氨制备分两个工艺段，制氢部分有所差异。合成氨制备分为制氢和制氨两个工艺段，制氢过程因氢气制备来源不同 工艺有所不同，我国灰氨制氢主要是用煤制氢工艺，而绿氨制氢部分则用的是电解水制氢工艺。 绿氨合成几乎无碳排放。灰氨所用的煤制氢工艺核心反应式是C+H2O→H2+CO以及CO+H2O→H2+CO2，在制取过程中会有 大量的碳排放，且所用网电中的火电也会导致间接碳排放。而绿氨合成工艺制氢部分工艺路线短，主要能耗都用绿电， 需要的原料为H2O，生成物为H2和O2，碳排放几乎为零。

二、绿氨掺烧是节能减碳的必由之路

绿氨掺烧是煤电低碳化三大改造和建设方式之一。2024年7月，国家发展改革委与国家能源局联合发布了《煤电低碳化 改造建设行动方案(2024—2027年)》，其中提到未来将通过生物质掺烧、绿氨掺烧、碳捕集利用与封存进行煤电低碳化 改造。其中明确要求改造建设后煤电机组应具备掺烧10%以上绿氨能力。 如何选择技术路线的关键在于因地制宜。①生物质掺烧项目所在地应具备长期稳定可获得的农林废弃物、沙生植物、能 源植物等生物质资源。②绿氨掺烧方面，所在地应具备可靠的绿氨来源，并具有丰富的可再生能源资源以满足绿氨制备 需要。③碳捕集利用与封存的项目所在地及周边应具备二氧化碳资源化利用场景，或具有长期稳定地质封存条件。

绿氨掺烧作为碳中和进程的过渡具有多项优势。氨作为零碳燃料和氢能的高效载体，可经由绿电、绿氢产生绿氨，生产 过程实现零碳排放。2023年，我国燃煤发电产生的碳排放约占总碳排放的40%，然而我国的火力发电占总发电量的70%， 短时间内仍为主力的电源形式。使用绿氨部分替代煤炭可以作为碳中和进程的过渡具有多项优势：①避免了火电资产的 浪费；②不需要新建、改造电网，可以充分利用好源网荷储的各个设备设施；③氨作为燃料的燃烧，不仅可以应用到火 电，随着技术的成熟和迭代升级，还可以扩展到其他的燃煤工业中。

绿氨掺烧可以有效降低碳排放。由于氨气分子结构中不含碳元素，燃烧生产物为氮气和水，因此在火力发电中掺一定比 例的氨可降低CO和CO2排放。日本化学家石原等人用化学反应模型结合计算机和详细的化学反应机理模拟了1000MW电站 锅炉的排放情况，模拟结果显示，当掺氨比例上升，CO和CO2排放逐渐降低。 氨燃烧还有高能量密度，燃烧效率高等特性。氨燃烧相较传统燃料还有如下优势：1）高能量密度：氨的体积能量密度 较高，与化石燃料相当，能够提供与传统燃料类似的能量输出。2）高燃烧效率：氨燃烧的绝热火焰温度较低，传热损 失小，有助于提高内燃机的燃烧效率。3）抗爆震性能：氨的辛烷值较高，抗爆震性能好，可以在内燃机中实现更高的 压缩比，提高热效率等优势。

三、绿氨在燃料领域当前已具备成本竞争力

灰氨核心成本煤炭成本和碳排放成本。灰氨以化石燃料提取的灰氢和氮气制成，在节能降碳趋势下会对生产过程中排放 的二氧化碳征收一定的费用。根据《不同应用场景下新能源制氢合成绿氨经济性分析》测算，每生产1吨灰氨需要耗煤 约1.3吨，产生约4.2吨CO2，吨氨全成本=煤耗*煤价+二氧化碳排放量*排放成本+其余固定成本，当煤价为800元/吨、 ETS价格为80元/吨时，灰氨完全成本约2536元/吨；随着碳排放成本的上升，灰氨成本显著上升。 绿氨生产中核心为用电成本。绿氨生产主要成本为电价，在新能源成本电价0.13元/kWh时，绿氨完全成本约2415元/吨， 随着电价的下降，绿氨成本显著下降。

欧盟碳排放成本相对较高，ETS价格上涨最为显著。碳排放交易系统（简称ETS），是建立在温室气体减排量基础上将碳 排放权作为商品流通的交易市场。截至2023年4月，全球共计有73个以碳税或碳排放交易体系为主的直接碳定价机制， 其中，欧盟ETS价格增长最为显著，首次于2023年3月大幅上涨至100欧元/吨（约737人民币/吨）。 中国ETS价格逐渐上涨，但和发达国家仍有差距。中国碳排放权交易市场从发电行业入手，于2021年7月启动上线交易， 现纳入重点排放单位2257家，年覆盖二氧化碳排放量约51亿吨，占全国二氧化碳排放的40%以上。全国碳排放权交易市 场第二个履约周期综合价格收盘价在50-82元/吨之间波动。综合价格收盘价于2024年4月24日首次突破100元/吨，当前 价格稳中有升。

在碳价上行、绿电成本逐步下降的趋势下，绿氨与灰氨相比具备一定竞争力。根据我们前述测算，当煤价为800元/吨、 ETS价格为80元/吨时，灰氨完全成本约2536元/吨， 2024年灰氨主产区价格约为2500-3000元/吨；在新能源成本电价 0.13元/kWh时，绿氨完全成本约2415元/吨，绿氨和灰氨项目已经有一定竞争力。 全球首单绿氨成交价呈现出可观的绿色溢价。2024年7月，H2Global Foundation公布德国氢衍生物进口计划下的首个绿 色氨合同。此次招标由德国政府全额出资，Fertiglobe作为绿氨拍卖的赢家，自2027年起至2033年间，将累计向欧洲市 场供应39.7万吨的绿氨。该合同价值高达3.97亿欧元，折合每吨绿氨的出厂价为811欧元，若含运输和进口成本则达每 吨1000欧元；按2024年7月29日汇率换算，相当于出厂价6300元/吨，若计入运输和进口成本则约为7768元/吨。

四、绿氨掺烧显著促进合成氨需求提升

我国合成氨制取主要以化石能源为生产原料。我国2023年合成氨产量高达6115万吨，基于富煤贫油少气的基本国情及绿 氢的发展仍处于较为早期的阶段，2023年我国合成氨主要是煤制合成氨，约占总产能的80%。 我国绿氨规划年产能超千万吨，将迎高速发展期。据香橙会统计，截至2024年6月30日，国内已规划绿氨项目58个，合 计规划产能已经超过1188万吨。从绿氨项目的推进阶段来看，我国已建成绿氨项目2个，合计产能42万吨，在建项目9个， 合计产能293万吨。未来随着项目的逐步落地，我国绿氨产业将迎来高速发展期。

中国合成氨产能全球占比29%，存在较大结构改善空间。中国合成氨工业自20世纪20年代起步发展，目前已成为全球最 大的合成氨生产及消费国家，2022年全球合成氨产量为1.83亿吨，中国产量为5321万吨，产量约占全球的29%，截至 2023年底中国合成氨产能突破7000万吨；从需求结构来看，煤电节能降碳政策的落实有望使我国的合成氨产能结构由灰 氨调整为绿氨，因此未来绿氢绿氨有巨大发展空间。 全球除中国外规划中的绿氨产能已超7200万吨。据国际可再生能源署2022年发布的统计数据，全球（不含中国）投入运 营/规划中的绿氨项目产能合计超7200万吨，有望在澳洲、中东率先起量，而中国规划中的绿氨产能只占全球不到15%， 相较于目前我国合成氨产能绿氨还有广阔的市场空间。

五、绿氨带动绿氢打开成长新空间

国内绿氨掺烧政策预计释放合成氨翻倍空间。据煤电低碳化改造方案要求，改造后煤电机组应具备10%以上的绿氨掺烧 能力。据香橙会数据，2023年我国电力企业消耗煤炭约20亿吨，若其中10%以合成氨置换则有超2亿吨煤炭置换空间；按 煤炭国家标准热值29.3MJ/kg，而合成氨热值为18.6MJ/kg，置换部分需合成氨3.2亿吨；考虑到煤电改造有三种方式， 若1/3采取绿氨掺烧方式则对绿氨需求约1亿吨，对比2023年氨产量约6115万吨具备广阔空间；若2027年只掺5%绿氨有望 释放4800万吨绿氨需求。 全球积极推进掺氨燃烧。2022年，韩国电力、三星工程、乐天化学、浦项制铁等头部企业先后与马来西亚、阿联酋企业 合作在当地建设绿氢和绿氨工厂，旨在向当地及韩国提供绿氢和绿氨。韩国计划在2024年后推动氢气氨气混合发电技术 商用化；日本《第六次能源基本计划》中已明确提出在2030年前实现燃煤掺烧20%氨的目标，要实现该目标未来需要大 规模绿氨或蓝氨；因此在全球脱碳转型趋势下，掺氨燃烧具备巨大发展空间。

5000万吨绿氨需求将带动约900万吨绿氢需求。每生产1吨氨理论消耗的氢气约为2000标方，1标方氢气质量为0.09kg， 因此每生产1吨氨实际消耗的氢气约0.18吨，煤电低碳化改造释放的5000万吨绿氨需求将带动900万吨绿氢需求，根据中 咨氢能中心数据，2023年中国电解水制氢累计产能约达7.2万吨/年，若绿氨掺烧推进顺利，有望显著带动绿氨行业发展。 900万吨绿氢需求有望带动约125GW碱性电解槽需求。900万吨绿氢约为1000亿标方绿氢；假设1000Nm³/h碱性电解槽每年 工作4000h，1000Nm³/h碱性电解槽总功率约为5MW，因此5000万吨绿氨/年的需求将产生125GW的碱性电解槽需求，因此 绿氨掺烧相关政策为绿氢发展及电解槽行业发展打开全新成长空间。

报告节选：