پژوهش نفت

پژوهش نفت

ارزیابی فنی-اقتصادی ارزیابی ذخیره‌سازی زیرزمینی آمونیاک در ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 تهران، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی شیمی و نفت
2 دانشگاه صنعتی شریف
10.22078/pr.2026.5836.3595
چکیده
آمونیاک، به‌عنوان حامل بدون کربن و جایگزین هیدروژن، با چگالی انرژی تقریبا 1150 برابر در شرایط محیطی نسبت به هیدروژن، قابلیت ذخیره‌سازی بالایی در حالت مایع در ساختارهای زیرزمینی مانند گنبدهای نمکی دارد. با توجه به ظرفیت بالای تولید آمونیاک در ایران که در حدود 5/6 میلیون تن در سال می‌باشد، در این مقاله امکان‌سنجی فنی-اقتصادی ذخیره‌سازی زیرزمینی بخشی از این آمونیاک در ایران بررسی شده و نقش بالقوه آن در گذار انرژی کشور ارزیابی شده است. برای این منظور، چارچوبی یکپارچه شامل مدل‌سازی فنی و تحلیل اقتصادی ریسک‌محور تدوین شد تا زنجیره‌ی تولید، انتقال، ذخیره‌سازی و مصرف آمونیاک در مقیاس کلان بررسی شود. پس از مقایسه ساختارهای زیرزمینی دارای پتانسیل ذخیره‌سازی، گنبد نمکی نصرآباد کاشان، با ظرفیت ذخیره‌پذیری بالا و نزدیکی به مراکز مصرف، به‌عنوان گزینه‌ای عملیاتی انتخاب گردید. سپس سناریوی بهره‌برداری ده‌ساله شامل چرخه‌های تزریق و برداشت طراحی شد تا بتواند ناترازی انرژی استان اصفهان را برطرف کند. سپس با استفاده از تحلیل اقتصادی، هزینه‌ی تراز ذخیره‌سازی در سناریوهای آمونیاک خاکستری، آبی و سبز ارزیابی گردید. نتایج نشان می‌دهد سامانه طراحی‌شده قادر است سالانه حدود یک میلیون و 445 هزار تن آمونیاک ذخیره و تولید کند که معادل جبران ناترازی انرژی استان أصفهان، و هم‌چنین تأمین 9/12% از تقاضای انرژی این استان می‌باشد. هزینه‌ی تراز ذخیره‌سازی انرژی از آمونیاکِ ذخیره‌شده برای نوع خاکستری، آبی و سبز به‌ترتیب 40/0، 48/0 و 0.57 دلار بر کیلووات‌ساعت (معادل 47/2، 96/2 و 56/3 دلار بر کیلوگرم آمونیاک) برآورد شد. همچنین تحلیل حساسیت نشان داد هزینه‌های تولید آمونیاک و کراکینگ آن برای مصرف بیشترین تأثیر را بر هزینه‌ی نهایی دارند. شرط اساسی برای تحقق اقتصادی این فناوری در مقیاس ملی، کاهش قابل توجه هزینه تراز شده با بهینه‌سازی فنی زنجیره‌ی تولید و سیاست‌های حمایتی از حاملهای انرژی کم کربن می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Techno-economic assessment of underground ammonia storage in Iran

نویسندگان English

Arya Ashraf 1
Hossein Hayat-Gheibi 2
Hassan Mahani 1
Shahab Ayatollahi 2
Parsa Maleki-Asl 2
1 Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology
2 Sharif University of Technology
چکیده English

The global warming crisis and environmental challenges necessitate the transition to clean energy and the development of storage technologies. Specifically, underground storage of energy carriers, combined with electricity generation from renewable sources, offers a practical solution to energy supply-demand imbalances. Although hydrogen play a critical role as an energy carrier during the energy transition, its large-scale application is limited by low energy density, strict temperature and pressure requirements and safety concerns. In contrast, ammonia, as a carbon-free alternative to hydrogen, offers significantly higher energy density, approximately 1,150 times that of hydrogen under ambient conditions, making it highly suitable for storage in liquid form in underground structures such as salt caverns. Given Iran’s substantial ammonia production capacity, about 6.5 million tons per year, this paper presents the techno-economic feasibility of underground storage of a portion of this ammonia and practical considerations of underground ammonia storage (UAS) in Iran, evaluating its potential role in the country’s energy transition. The study developed an integrated framework including technical modeling and risk-based economic analysis to examine the large-scale production, transportation, storage and consumption of ammonia. After evaluating potential underground structures, the Nasrabad salt dome was identified as an optimal candidate due to its high storage capacity and proximity to major consumption centers. A ten-year operational scenario involving injection and production cycles was then designed to meet the energy needs of Isfahan Province. Economic assessment of the levelized cost of storage (LCOS) was conducted for gray, blue, and green ammonia scenarios. Results indicate that the designed system of Nasrabad salt dome can store and produce approximately 1.445 million tons of ammonia annually, offsetting the energy imbalance of Isfahan province and satisfying 12.9% of its energy demand. The LCOS for stored ammonia was estimated at $0.40, $0.48, and $0.57 per kWh (equivalent to $2.47, $2.96, and $3.56 per kg of ammonia) for gray, blue, and green ammonia, respectively. A sensitivity analysis revealed that the cost of ammonia production and cracking (to hydrogen) for consumption have the most significant impact on the final LCOS. These findings underscore Iran’s significant potential for developing underground ammonia storage systems as a sustainable solution for energy security, carbon emission reduction and renewable energy integration. Nevertheless, the essential precondition for the economic realization of this technology on a national scale is a significant reduction in the levelized cost through technical optimization of the production chain and supportive policies for low-carbon energy carriers.

کلیدواژه‌ها English

Underground ammonia storage (UAS)
Nasrabad salt dome
Techno-economic feasibility
Levelized cost of storage (LCOS)
Energy Transition

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مهر 1405