幾乎所有的清潔能源轉(zhuǎn)型方案都將氫氣作為我們未來的關(guān)鍵角色。隨著地緣政治對(duì)天然氣價(jià)格的影響，加速了核電生產(chǎn)氫氣的經(jīng)濟(jì)性，核電的機(jī)會(huì)之大令人驚嘆。

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上圖。像蘇格蘭Grangemouth煉油廠這樣的巨大工業(yè)中心可以成為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的核氫的一個(gè)有吸引力的市場。

今天，全世界每年產(chǎn)生約9000萬噸氫氣，但在未來幾十年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)凈零排放的動(dòng)力預(yù)計(jì)將看到對(duì)這種氣體的需求激增。根據(jù)國際能源署(IEA)最近的分析，在對(duì)化石燃料替代品的需求推動(dòng)下，到2050年氫氣的需求可能達(dá)到5億噸或更多。

今天生產(chǎn)的絕大多數(shù)氫氣都來自天然氣的蒸汽重整，這使得今天市場上的大多數(shù)氫氣基本上都是化石燃料。然而，低碳的替代品--由可再生能源驅(qū)動(dòng)的電解產(chǎn)生的所謂綠色氫氣或由核動(dòng)力電解產(chǎn)生的粉紅氫氣--是非常昂貴的。

至少是這樣。隨著烏克蘭沖突的地緣政治影響將全球天然氣價(jià)格推高，并使人們加倍關(guān)注低碳替代品和能源供應(yīng)安全，核動(dòng)力氫氣的機(jī)會(huì)比以往任何時(shí)候都大。

甚至在烏克蘭的崩潰和北溪天然氣管道遭到破壞等事件之前，國際原子能機(jī)構(gòu)2021年的一份報(bào)告就已經(jīng)得出結(jié)論，如果 "天然氣價(jià)格上升到每百萬英熱單位(BTU)20美元以上，最佳的氫氣生產(chǎn)方法是由核電和可再生能源混合驅(qū)動(dòng)的電解。"

但最近，經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(NEA)的一項(xiàng)分析，題為 "核電在氫能經(jīng)濟(jì)中的作用：成本和競爭力 "的結(jié)論是，鑒于目前天然氣價(jià)格的波動(dòng)和總體政策的雄心，如果有正確的舉措，核電在氫能經(jīng)濟(jì)中的前景是一個(gè)重要的機(jī)會(huì)。

核電成本機(jī)會(huì)

經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(NEA)的報(bào)告強(qiáng)調(diào)，改變成本差異是出現(xiàn)有競爭力的核電制氫的關(guān)鍵因素。當(dāng)然，在沖突之前，甲烷的蒸汽轉(zhuǎn)化是比較便宜的，但現(xiàn)在這種情況不僅已經(jīng)逆轉(zhuǎn)，而且在可預(yù)見的未來可能仍然如此。

根據(jù)經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(NEA)的說法，隨著水分解技術(shù)的不斷改進(jìn)和成熟，化石燃料的蒸汽重整和水電解之間的競爭差距預(yù)計(jì)將在2025年前縮小。然而，考慮到目前的市場動(dòng)態(tài)，這一經(jīng)濟(jì)差距可能會(huì)比之前的預(yù)期更早被彌補(bǔ)。

盡管經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(NEA)認(rèn)為 "到2035年，世界上大多數(shù)地方將難以實(shí)現(xiàn)低于每公斤 2.5美元/公斤氫氣的大規(guī)模電解氫生產(chǎn)"，但他們指出了天然氣價(jià)格的極端波動(dòng)性。假設(shè)天然氣價(jià)格為每兆瓦時(shí)100美元，實(shí)際上低于2022年第二季度世界某些地區(qū)的價(jià)格，他們的結(jié)論是，通過蒸汽甲烷重整生產(chǎn)氫氣的成本預(yù)計(jì)將大幅增加。NEA的分析結(jié)論是："通過蒸汽甲烷重整與碳捕獲、利用和儲(chǔ)存(CCUS)的制氫成本估計(jì)為每公斤氫氣 5.87美元，或比最具競爭力的方案貴65%"。盡管在這一分析中，成本最低的方案被確定為海上風(fēng)電，但他們指出，氫氣市場可能會(huì)變得越來越分散，區(qū)域資源的可用性將在很大程度上決定主要生產(chǎn)技術(shù)和氫氣的最終成本。

此外，由于核電是可調(diào)度的和大規(guī)模的，有額外的機(jī)會(huì)與工業(yè)聯(lián)合定位相關(guān)。這種方法將最大限度地減少氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸和分配的基礎(chǔ)設(shè)施成本。事實(shí)上，該報(bào)告估計(jì)，對(duì)于一個(gè)500兆瓦的系統(tǒng)來說，以核為基礎(chǔ)的價(jià)值鏈的基礎(chǔ)設(shè)施成本約為每公斤氫氣0.16美元，該系統(tǒng)正在滿足一個(gè)大規(guī)模工業(yè)綜合體可能預(yù)期的持續(xù)需求。當(dāng)在類似的應(yīng)用中考慮可變輸出的可再生能源生產(chǎn)時(shí)，NEA估計(jì)這些額外的成本約為每公斤氫氣 0.77美元。因此，綜合考慮整個(gè)價(jià)值鏈和生產(chǎn)成本，核電作為一種有競爭力的解決方案脫穎而出。

事實(shí)上，NEA說，"在給定的電解器規(guī)模下，以核為基礎(chǔ)的氫氣價(jià)值鏈的較大容量和連續(xù)生產(chǎn)，使所有基礎(chǔ)設(shè)施的部署具有成本效益。"

將政策落實(shí)到位

盡管市場基本面是積極的，長期前景是明確的，但如果核電要實(shí)現(xiàn)其潛力，還有一些挑戰(zhàn)必須解決。技術(shù)、政策和監(jiān)管障礙仍然是實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)長期發(fā)展的主要障礙。它需要雄心勃勃的政策舉措來支持氫氣部署，并在短期內(nèi)讓利益相關(guān)者參與進(jìn)來。

NEA說，研究、開發(fā)和示范計(jì)劃的成功，強(qiáng)大和持續(xù)的政治承諾，以及利益相關(guān)者制定和同意關(guān)于氫氣處理和交易的技術(shù)和監(jiān)管框架的能力，是未來氫氣部署的關(guān)鍵。

NEA概述了為實(shí)現(xiàn)粉紅氫氣的工業(yè)規(guī)模而必須采取行動(dòng)的若干政策建議。例如，他們認(rèn)為，作為直接的第一步，必須證明大規(guī)模、低碳的水電解是現(xiàn)有碳密集型制氫技術(shù)的可行替代品。他們進(jìn)一步指出，需要雄心勃勃的示范舉措來回答大規(guī)模低碳?xì)錃馍a(chǎn)廠和價(jià)值鏈提出的經(jīng)濟(jì)、工程和監(jiān)管問題，無論這些系統(tǒng)是基于可再生能源、目前的第三代輕水反應(yīng)堆還是兩者的結(jié)合。

NEA還建議制定政策框架，允許廣泛的低碳?xì)錃馍a(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們建議制定參考凈零路徑，強(qiáng)調(diào)迅速擴(kuò)大低碳?xì)錃馍a(chǎn)的重要性。"限制能源生產(chǎn)低碳?xì)錃鈱⒃诙唐趦?nèi)限制部署，并在長期內(nèi)導(dǎo)致額外的系統(tǒng)成本，"NEA指出。

另一項(xiàng)建議是確保通過估計(jì)儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸和分配的成本來考慮氫氣生產(chǎn)和交付的全部成本，這 "可以代表氫氣交付的可觀額外成本"。他們指出，必須考慮到整個(gè)價(jià)值鏈的要求，以評(píng)估一個(gè)項(xiàng)目的整體商業(yè)案例，并設(shè)計(jì)具有成本效益的基礎(chǔ)設(shè)施。

最后，NEA建議，在中期，應(yīng)增加研究和開發(fā)，以提高氫氣生產(chǎn)的效率，因?yàn)?"甲烷熱解或水熱化學(xué)循環(huán)，可能與第四代反應(yīng)堆技術(shù)相結(jié)合，是有希望的低碳選擇，可以減少氫氣生產(chǎn)的一次能源需求。"

關(guān)于核氫的行動(dòng)

鑒于機(jī)會(huì)的規(guī)模，全世界對(duì)核制氫的興趣已經(jīng)越來越大。例如，在英國，最近有報(bào)道稱，化工巨頭INEOS正在與勞斯萊斯公司進(jìn)行探索性會(huì)談，SMR技術(shù)可以生產(chǎn)出使蘇格蘭巨大的Grangemouth煉油廠脫碳所需的氫氣。沿著NEA建議的路線，也有積極的政策發(fā)展。今年，德國北萊茵-威斯特法倫州政府確認(rèn)提供77萬歐元的資金，支持在科隆的INEOS工廠建設(shè)一個(gè)100兆瓦的水電解廠以生產(chǎn)綠色氫氣的可行性研究報(bào)告。INEOS之前已經(jīng)透露了在全歐洲進(jìn)行20億歐元的綠色氫氣項(xiàng)目的計(jì)劃。同時(shí)，美國總統(tǒng)喬-拜登最近簽署的具有里程碑意義的《減少通貨膨脹法》為清潔氫氣生產(chǎn)撥款95億美元，美國能源部的評(píng)估表明，核能有可能生產(chǎn)全國總需求的15%。

NEA最新研究的核心結(jié)論是，核能可以大規(guī)模地生產(chǎn)低碳?xì)錃?，而且成本具有競爭力。但從根本上說，未來氫能經(jīng)濟(jì)的巨大規(guī)模代表了核電的巨大機(jī)會(huì)。電解過程通常需要大約50千瓦時(shí)的電力來生產(chǎn)1公斤的氣體?？紤]到目前約9000萬噸的氫氣生產(chǎn)，僅此一項(xiàng)的脫碳就需要每年4500太瓦時(shí)的低碳電力。國際能源署預(yù)測，到2030年，每年將有約8000萬噸的氫氣通過電解生產(chǎn)。這意味著額外的電力需求為4050太瓦時(shí)，或大約1.5倍。

是目前整個(gè)歐洲年需求量的1.5倍。將這種氫氣生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到5億噸，不可避免地意味著將專用清潔能源的生產(chǎn)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這些數(shù)字清楚地表明了機(jī)會(huì)的規(guī)模和挑戰(zhàn)的艱巨性。

在其對(duì)全球核能力的最新預(yù)測中，IAEA已經(jīng)將其高方案比一年前增加了10%，并且在2021年，該機(jī)構(gòu)自十年前日本福島第一核電站災(zāi)難以來首次修訂了其年度預(yù)測。在其高度發(fā)展方案中，IAEA現(xiàn)在預(yù)計(jì)到2050年世界核發(fā)電能力將增加一倍以上，達(dá)到873 GWe，而目前的水平約為390 GWe。正如IAEA總干事格羅西所說："我們正處于世界向更安全、更穩(wěn)定和更實(shí)惠的未來能源過渡的決定性時(shí)刻"。核能產(chǎn)生的氫氣可能是這種清潔能源未來的一個(gè)重要組成部分?！?/p>