大规模电转氨工厂的技术经济评估：集成混合储能系统（重力与NEC锂电池）与先进日前预测算法

可继续氨将在全球动力转型中发挥关键作用，为传统氨出产办法供给更清洁的代替计划。随着对可再生动力处理计划的日益重视，利用可再生资源优化氨出产已变得愈发重要。但是，现在对电力制氨（P-高效装备以及动力管理战略的了解仍存在空白-A) 植物。本文要点研讨电制氨（P-- A) 工厂。摩洛哥境内三个区域（包含丹吉尔、盖勒敏与达赫拉）已被确定为大规划合成氨工厂的潜在选址。本研讨考虑采用动力出产（光伏/风电）与储能体系（电池/重力储能）的混合装备，以满意动力需求并完成彻底脱离电网供电。混合储能体系经过精细调控能量充放电以匹配供电需求，该体系已展现出稳定电厂运转的高效性。此外，本研讨还展开了探索性数据剖析，旨在可视化、了解并挖掘方针区域气候数据集的内在规则。基于上述剖析，咱们采用day-ahead猜测办法对动力产值进行了猜测。循环循环神经网络（RNNs），尤其是门控循环单元（GRUs）架构。达赫拉区域被确定为最具潜力建立P-一座工厂。已完成极具竞争力的平准化制氨本钱（LCOA）680.61美元/吨。在动力出产方面，达到了0.012美元/千瓦时的诱人平准化动力本钱（LCOE）。该猜测模型成功捕捉了数据变化趋势，可为日前动力产值供给准确预估。 units’ (GRUs) architecture. Dakhla region was identified as the most promising location with the highest potential for establishing the P-t-A plant. A competitive LCOA of 680.61 $/t has been obtained. As for energy production, an attractive LCOE of 0.012 $/kWh has been reached. The forecasting model has been able to successfully capture the variation in the data and provide accurate estimates for day-ahead energy production.

引言

反转全球变暖影响的窗口期正逐渐封闭，处理继续性气候问题的紧迫性比以往任何时候都愈加突出。根据2024年在阿塞拜疆举行的COP29会议，与会各方着重需要强有力的气候融资来协助各国完成动力转型。此外，会议就国际碳市场规范达到共识[1]。各缔约国还许诺削减二氧化碳2排放，并实施必要方针以推进转型进程[2]。
氢气作为一种杰出的能量载体，已遭到研讨人员和方针制定者的高度重视[3]。其间，绿色氢能相关技能正以惊人速度开展[4]。电解槽与碳捕集、封存及利用(CCUS)技能，是现在缓解气候变化与环境保护领域最具远景的两大处理计划[5]。电解槽作为经过电化学反应将水分子分解为氢2与氧的电化学装置2使用电力驱动，具有无污染特性。全球对绿色制氢技能的关注度继续攀升，美国与欧洲正考虑大规划出产，而我国等国家已完成商业化使用[6]。但是氢能贮存仍是严重应战，尤其在长时间存储方面。气态氢贮存的本钱投入一般在400美元/kgH2至1400美元/kgH2之间浮动，具体取决于贮存规划与使用场景[7]。
氢的首要衍生物是氨。绿色氢与可继续氨之间的核心差异在于其出产方式和规划化机制。经过水电解法制备的绿色氢具有灵活性与习惯性优势，可使用于多尺度场景[8]。相比之下，可继续氨经过哈伯-博世工艺出产，其习惯性和灵活性均逊于绿色氢。此外，惯例化工厂仍以出产规范绿色氨为首要产出[9]。此外，这些应战促使研讨者提出评价此类体系的处理计划，旨在使其习惯可再生动力使用场景——鉴于风能与太阳能发电固有的动摇特性[10]。从物流角度考量，氨作为动力载体较氢具有明显本钱优势与可操作性优势。氨的沸点为-33°C，而氢的沸点低至-252.8°C，这一巨大温差提醒了氢液化及运输进程在技能与经济层面面临的双重复杂性[11]。
文献中关于电力制氨（Power-to-Ammonia, P2A）技能的规范研讨表明，该工艺一般由三个首要单元组成：电解水制氢（H2）、空气别离制氮（N2），以及最终的哈伯-博施工艺合成氨（NH3）。- A) 计划聚焦于最小化氨的平准化本钱（LCOA）。多数此类研讨采用线性稳态模型评价体系功能并获得本钱最优装备，典型代表包含Armijo和Philibert[8]、Daoutidis等人[12]以及Nayak-Luke等人[13]的研讨。这些研讨经过调查不同参数扩展了哈伯-博世工艺的读档范围，但哈伯-博世反应器的动态行为仍未得到探索。此外，不确定性对哈伯-博世体系行为的影响尚未得到充沛研讨[14]。Wang等[15]研讨了可再生动力驱动的非线性进程，其作业着重了构建自习惯操控结构以稳定自热反应器的必要性。由于可再生动力的动摇特性，体系往往无法满意最优稳态运转条件。-A) concept focus on minimizing the levelized cost of ammonia (LCOA). Most of these studies employ linear, steady-state models to evaluate the system's performance and reach a cost-effective configuration. Example of these studies are the works of Armijo and Philibert [8], Daoutidis et al. [12] and Nayak-Luke et al. [13]. These studies examined the different parameters to extend the load range of the Haber-Bosch process. However, the dynamic behavior of the Haber-Bosch reactor remained unexplored. Moreover, the effects of uncertainties on the behavior of the Haber-Bosch system is relatively unexplored [14]. Wang et al. [15], considered a non-linear process powered by renewables. Their work highlighted the necessity of building an adapted control structure to stabilize the auto-thermal reactor. Furthermore, due to the fluctuating nature of renewable energy, the optimal steady-state conditions are often not met.
本研讨是咱们前期作业的连续。摩洛哥境内多个地点被选为可继续氨工厂的模仿选址，包含丹吉尔、盖勒敏和达赫拉。但是，本研讨要点提醒了大规划绿色氨工厂中储能技能的集成计划。为处理存储难题，咱们立异性地整合了重力储能（GES）与电池技能相结合的混合体系。本文的立异性还体现在为了解气候条件季节性、变异性和行为特征而展开的综合性探索性数据剖析（EDA）。该EDA剖析明晰地展现了气候条件对动力出产进程的影响机制。此外，本研讨还采用循环神经网络（RNN）家族中的门控循环单元（GRU）网络，完成了动力产值的日前高档猜测。
本项技能经济比较研讨聚焦于动力发电与储能体系的混合装备，旨在进步动力管理效能、优化工厂运转、下降出产本钱并进步猜测精度。论文对绿色氨出产的运营与经济双重维度进行了全面剖析，其首要立异点包含：

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  A comparative economic viability analysis of green ammonia.
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  An in-depth optimization, sizing, operation assessment of the entire plant.
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  An integration of hybrid energy storage (GES/Battery) in the green ammonia plant.
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  A comprehensive exploratory data analysis (EDA).
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  A day-ahead forecasting using advanced deep learning algorithms.