Техніко-економічне моделювання виробництва «зеленого» аміаку на основі електролізного водню: оцінка ефективності ретрофіту заводів у дії

Abstract

UA: У роботі узагальнено техніко-економічне моделювання ретрофіту аміачного виробництва із «сірого» на «зелене» на основі електролізного водню. Збережено ключові підсистеми підприємств, зокрема контур Габера-Боша, замінено секцію риформінгу на електролізну. Система містить сонячні та вітрові установки, акумулятори, сховища енергії і водню. Досліджено острівну конфігурацію з автономним живленням, оптимізовано потужності й режими роботи з урахуванням локальних ресурсів. Аналіз проведено для чотирьох українських підприємств у трьох сценаріях: сірому, сонячному й вітровому. Установлено, що ключовими чинниками вартості є ціна електроенергії, ефективність електролізерів, довговічність обладнання та обсяги накопичення енергії. Вітрова генерація в сприятливих умовах може досягати рівня витрат традиційного виробництва. Отримані результати окреслюють практичні передумови переходу до зеленого аміаку та підґрунтя для подальшої оптимізації технологічних і фінансових параметрів. /// EN: The article presents a summary of the techno-economic modeling of ammonia production retrofit from “grey” to “green” based on electrolytic hydrogen. The approach relies on preserving the main subsystems of existing plants – in particular, the Haber-Bosch loop, the air separation unit, and the cryogenic storage – while fully replacing the steam methane reforming (SMR) section with an electrolytic hydrogen system. The system includes solar panels, wind turbines, electrolyzers, a battery storage system, electric and hydrogen storage units, as well as a compression facility. An island configuration with autonomous power supply from renewable sources is examined, which imposes increased requirements on electricity and hydrogen buffers. The model simultaneously determines the optimal installed capacities of subsystems and their hourly operation mode, taking into account regional wind and solar resources. Four Ukrainian industrial sites – Cherkasy, Rivne, Kamianske, and the Odesa Port Plant – were selected for applied verification. Three ammonia production scenarios were compared: grey (natural gas-based) and two green ones powered by wind and solar energy. The assessment was carried out using the levelized cost of electricity, with capital expenditures annualized, and including operational costs, balancing requirements, and typical risk premiums. The results show that the key cost factors for green production are electricity price, electrolyzer efficiency, equipment lifetime, and storage requirements. Under conservative assumptions, solar generation remains the more expensive option relative to the traditional scheme, while wind generation under favorable conditions approaches the cost level of grey ammonia. The competitiveness of the wind-powered option increases under scenarios of rising natural gas prices. The relationship between system parameters and total annual costs for each plant is shown, enabling comparison of regional profiles and cost structures. The study outlines the practical meaning of retrofit in terms of work scope and cost composition, emphasizing the need for transparent baseline assumptions regarding electricity prices, degradation of generating assets, and replacement of electrolyzer stacks. Directions for further research are identified, including expanded sensitivity analysis for discount rate and storage parameters, as well as refinement of parity conditions for different wind-solar combinations under national energy conditions.