Review of Electricity for Power-to-Hydrogen-to-Ammonia Coupling Techonologies Based on Water-Energy-Carbon Linkage Relationship

PAN Guangsheng; XU Zhenghao; ZHUANG Wennan; GU Wei; ZHOU Suyang

doi:10.7500/AEPS20251118007

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Review of Electricity for Power-to-Hydrogen-to-Ammonia Coupling Techonologies Based on Water-Energy-Carbon Linkage Relationship

Review·Perspective | 更新时间：2026-10-16

- Review of Electricity for Power-to-Hydrogen-to-Ammonia Coupling Techonologies Based on Water-Energy-Carbon Linkage Relationship
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 20, Pages: 15-29(2026)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.东南大学吴健雄学院，江苏省南京市 210096
  3.南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏省南京市 210023
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52421003)
- DOI：10.7500/AEPS20251118007
  CLC：
- Received：18 November 2025，
  
  Revised：2026-06-23，
  
  Online First：24 August 2026，
  
  Published：25 October 2026
- 稿件说明：
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潘光胜,徐正浩,庄文楠等.基于水-能源-碳纽带关系的电制氢合成氨耦合技术综述[J].电力系统自动化,2026,50(20):15-29.

PAN Guangsheng,XU Zhenghao,ZHUANG Wennan,et al.Review of Electricity for Power-to-Hydrogen-to-Ammonia Coupling Techonologies Based on Water-Energy-Carbon Linkage Relationship[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):15-29.
潘光胜,徐正浩,庄文楠等.基于水-能源-碳纽带关系的电制氢合成氨耦合技术综述[J].电力系统自动化,2026,50(20):15-29. DOI： 10.7500/AEPS20251118007.

PAN Guangsheng,XU Zhenghao,ZHUANG Wennan,et al.Review of Electricity for Power-to-Hydrogen-to-Ammonia Coupling Techonologies Based on Water-Energy-Carbon Linkage Relationship[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):15-29. DOI： 10.7500/AEPS20251118007.

摘要

氨作为重要的无机化工制品，其产业链正经历从“灰氨”向“绿氨”的深度低碳转型。基于水-能源-碳（WEC）纽带关系，文中对电制氢合成氨耦合技术进行了文献综述与前景展望。首先，阐释了电制氢合成氨耦合技术的基本特征，梳理了电解水制氢、合成氨、下游化工合成及电制氢合成氨耦合系统等多时间尺度协同关键环节的技术路线、建模方法、系统形态与工程实践，并揭示了制氢耗水、区域水资源承载力、能源利用与碳减排之间的耦合反馈关系。其次，综述了当前电制氢合成氨耦合技术的研究进展，重点分析系统规划、跨时间尺度运行调控、市场机制及WEC协同效应等方面。最后，探讨了电制氢合成氨耦合技术的发展趋势与未来展望，指出技术进步、政策支持与区域合作是推动其规模化应用的关键因素。

Abstract

As an important inorganic chemical product

ammonia is undergoing a profound low-carbon transition across its industrial value chain from “grey ammonia” to “green ammonia”. Based on the water-energy-carbon (WEC) linkage relationship

this paper provides a comprehensive review and prospects of electricity for power-to-hydrogen-to-ammonia (P2H2A) coupling technologies. Firstly

the fundamental characteristics of P2H2A coupling technologies are elucidated. The technological pathways

modeling approaches

system configurations

and engineering practices associated with key multi-timescale coordination processes

including water electrolysis for hydrogen production

ammonia synthesis

downstream chemical production

and P2H2A coupling systems

are systematically reviewed. The coupled feedback relationships among water consumption for hydrogen production

regional water-resource carrying capacity

energy utilization

and carbon emission reduction are also revealed. Subsequently

recent research advances in P2H2A coupling technologies are reviewed

with particular emphasis on the analysis of system planning

cross-timescale operational regulation

market mechanisms

and WEC synergies. Finally

the development trends and prospects of P2H2A coupling technologies are discussed. It is concluded that technological advancement

policy support

and regional collaboration are key factors in promoting their large-scale deployment.

关键词

Keywords

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