녹색 전력 수전해 암모니아 합성은 풍력과 태양광 재생에너지를 대규모로 활용하고 친환경 연료 화학제품 부족 문제를 해결하는 효과적인 방안이다. 암모니아 합성 잔열 저장 및 활용이 통합된 풍력·태양광 구동 프로톤 교환막(PEM) 수전해 수소 생산/열 비상 이중 모드 운영 시스템이 제안되었으며, 이는 수전해기의 빈번한 기동 및 정지를 방지하고 암모니아 공정 잔열 낭비 문제를 합리적으로 해결한다. 결과에 따르면 이중 모드 운영 시스템은 수전해기 기동 시간을 크게 단축시켰으며, 951 kW 수전해기의 25℃ 냉기동 시간은 512초, 47.5℃ 열비상 모드의 온기동 시간은 274초에 불과했다. 시스템은 열비상 모드에서 물 펌프 전력만 소비하며, 수소 생산 단위당 소비 전력은 0.49 kW이다. 이중 탱크 열 저장 하위 시스템은 10.8톤의 Dowtherm-G 열전달유를 장착하고 축열 상태에서 3 kg/s 유량으로 암모니아 장치의 잔열 가스를 흡수하여 열 탱크를 1.00시간 이내에 가득 채우며, 방열 상태에서는 0.64 kg/s 유량으로 수전해기 입구 급수를 가열해 4.68시간 열 비상 상태 운영이 가능하다. 또한, 수소 생산/열 비상 이중 모드 운영으로 발생하는 수익이 열 저장 하위 시스템 투자 비용을 초과하여 경제성이 우수하다.

암모니아 합성; 녹색 암모니아; 프로톤 교환막 수전해; 열 비상; 잔열 활용; 동적 성능; 경제성