全球能源系统已经开始朝着更高的脱碳和可持续性方向发展[1]，其中可再生能源（RE）是这一能源转型的关键组成部分[2]。高海拔高原地区通常拥有丰富的太阳能和风能资源，但这些可再生能源的间歇性和不可预测性对电网的稳定集成构成了重大挑战。因此，需要可靠的能源存储解决方案来解决电网稳定性问题，确保可再生能源能够持续满足能源需求[3]。氢是一种可行的长期存储可再生能源的方案[4,5]，因为它清洁、利用率高、热值高，并且可以直接将化学能转化为电能[6,7]。因此，氢能源存储可以用于在电力生成高峰时段储存多余的电能[8]，然后在电力消耗高峰时段或低谷时段释放[9]。然而，氢的存储和运输成本较高[10]，并且存在严重的安全问题[11]。
绿色氨是一种碳中性的氢载体，可以用来解决氢存储（HS）所面临的未解决的问题[12],[13],[14]。氨易于液化、储存和运输，具有较高的能量体积密度，能够有效储存能量[15]。作为世界上产量第二大的化学品，氨的生产工艺已经成熟，拥有广泛的存储和运输设施[16,17]。利用可再生能源电力作为主要能源的“电力制氨”（P2A）生产技术在短期内最具前景，因为它们避免了传统方法带来的高二氧化碳排放[18]。在高海拔地区应用P2A技术特别有意义，因为它可以将过剩的可再生能源转化为氨，缓解可再生能源间歇性和相关能源不平衡带来的挑战，同时促进更加灵活和自给自足的能源系统。这项技术不仅增强了偏远高原地区的能源独立性，还有助于区域经济发展，创造绿色就业机会并促进基础设施改进。
主流的P2A技术主要可以分为可再生氢气+哈伯-博施（H2+HB）路线、电化学和电催化路线、光催化和光电催化路线以及生物电化学（即微生物）合成路线，其中可再生氢气+哈伯-博施方法目前最为成熟。然而，在高原地区高效部署P2A技术面临独特的挑战，包括电解槽效率[19],[20],[21]、从空气中分离氮气[22],[23],[24]、催化剂活性[25],[26],[27]以及系统集成[28],[29],[30]。整个产业链的发展还受到成本竞争力弱[31],[32],[33],[34]、效率低和容量有限[35],[36],[37]、下游应用市场不成熟[38],[39],[40],[41]以及政策和法规不完善[42],[43],[44],[45],[46]的制约。因此，在高海拔高原地区恶劣多变的气候条件下确保可靠和经济的水电解和氨合成需要技术上的调整。
由于极端温度和海拔相关的大气压力影响，高原地区的水电解效率相对较低，这直接影响了氨的生产经济性。因此，有必要优化适用于高原地区的水电解氢生产技术。碱性水电解（AWE）和质子交换膜水电解（PEMWE）是两种主要的水电解策略。碱性电解槽经济性较高，但效率较低且动态反应性不足，而质子交换膜（PEM）电解槽的反应速度足够快，可以与可再生能源集成，效率可达70%[47]。近年来，在绿色氢生产的水电解领域取得了显著的科学突破，这促使多项综述文章的发表，包括关注间歇条件下的运行模式[48]、经济和环境竞争力[49]、生命周期评估[50]以及当前的研究进展和挑战[51],[52],[53],[54]。也发表了几篇关于绿色氨生产的综述文章，总结了其商业化成功[55]、发展障碍[44]、技术进展[56]和环境竞争力[57]。本文与其他研究的不同之处在于，它特别关注了P2A技术在高原地区的应用。它强调了高海拔地区恶劣环境条件和间歇性可再生能源资源带来的独特挑战，这些挑战显著影响了水电解和氨合成技术的性能。通过全面评估这些地区P2A的技术、系统层面和经济特性，本研究为成功实施提供了重要的见解。
在这篇综述中，我们首先介绍了中国四大高原地区的环境条件和可再生能源发电状况，然后介绍了主要的P2A技术原理及其各自的优缺点。接下来，我们评估了在高海拔地区使用P2A技术所面临的挑战，重点关注技术障碍、间歇性可再生能源供应下的能源管理策略以及经济可行性。随后，我们总结了水电解和氨合成方法的最新进展，以展示氨利用的现状。最后，我们提出了P2A技术的未来发展方向，并概述了其大规模发展仍需解决的问题。
