グリーン電力による水素生成とアンモニア合成は、大規模に風力・太陽光の再生可能エネルギーを取り込み、グリーン燃料や化学品の不足問題を解決する効果的な手法である。アンモニア合成余熱の貯蔵利用を統合した、風力・太陽光駆動のプロトン交換膜（PEM）電解槽による水素製造／熱待機二重モード運転システムが提案された。本システムは電解槽の頻繁な起動・停止を回避し、アンモニア製造プロセスの余熱損失問題を合理的に解決する。結果として、二重モード運転システムは電解槽の起動時間を大幅に短縮し、951 kW 電解槽の25℃コールドスタートは512秒、47.5℃熱待機モードからのホットスタートはわずか274秒であった。熱待機モードでは給水ポンプのみが電力を消費し、水素単位容量当たりの消費電力は0.49 kWである。二重タンク熱貯蔵サブシステムは10.8トンのDowtherm-G熱伝導油を搭載し、蓄熱状態では3 kg/sの流量でアンモニア装置の余熱ガスを吸収し、熱タンクを1.00時間以内に満たすことができ、放熱状態では0.64 kg/sの流量で電解槽入口給水を加熱し、熱待機状態を4.68時間持続的に運転可能とした。さらに、水素製造／熱待機の二重モード運転による収益は熱貯蔵サブシステムへの投資を上回り、経済性が良好である。

アンモニア合成; グリーンアンモニア; プロトン交換膜電解槽; 熱待機; 余熱利用; 動的性能; 経済性