幾乎所有的清潔能源轉型場景都賦予了氫在我們未來的關鍵作用。隨著地緣政治對天然氣價格的影響加速了核能制氫的經濟前景，核能機會的巨大規模令人驚嘆。

1、氫能需求增長

 

如今，全球每年產生約9,000萬噸氫氣，但為了實現凈零排放，預計未來幾十年對氫氣的需求將大幅增加。

根據國際能源署(IEA)最近的一項分析，在化石燃料替代品需求的推動下，到2050年，氫需求可能達到5億噸或更多。

今天生產的絕大多數氫氣來自天然氣的蒸汽重整，使得當今市場上可獲得的大部分氫氣基本上是化石燃料。

然而，低碳替代品——所謂的可再生能源電解產生的綠色氫氣，或核能電解產生的粉色氫氣——價格昂貴得令人望而卻步。

隨著烏克蘭沖突的地緣政治影響推動全球天然氣價格高企，并加倍關注低碳替代品和能源供應安全，核能氫的機會比以往任何時候都大。

甚至在烏克蘭崩潰和北溪天然氣管道遭到破壞等事件發生之前，國際原子能機構(IAEA)2021年的一份報告就得出結論：如果“天然氣價格上漲到每百萬英國熱單位(BTU)20美元以上，最佳的制氫方法是由核能和可再生能源混合提供電解動力” 。

然而，最近，經合組織核能機構(NEA)的一份題為《核電在氫經濟中的作用：成本和競爭力》的分析得出結論，鑒于當前天然氣價格波動和總體政策野心，如果采取適當的舉措，氫經濟中核電的前景將是一個重大機遇。

2、核能成本機會

蘇格蘭格蘭杰默斯煉油廠等大型工業中心可能是當地生產的核能的一個有吸引力的市場。

NEA的報告強調了成本差異的變化，這是競爭性核能制氫出現的關鍵因素。

當然，在沖突之前，甲烷的蒸汽重整成本更低，但現在這種情況不僅發生了逆轉，而且在可預見的未來很可能會繼續。

根據NEA的說法，隨著水分離技術的不斷改進和成熟，化石燃料蒸汽重整和水電解之間的競爭差距預計將在2025年前縮小。

然而，考慮到目前的市場動態，這一經濟差距可能會比之前預期的要快得多。

盡管NEA認為“到2035年，世界上大多數地方很難實現低于每千克氫氣2.5美元的大規模電解氫生產”，但他們指出天然氣價格的極度波動。

假設天然氣價格為100美元/MWh，實際上低于2022年第二季度世界某些地區的價格，他們得出結論，蒸汽甲烷重整制氫成本預計將大幅增加。

NEA分析得出結論，“利用碳捕獲、利用和儲存(CCUS)進行蒸汽甲烷重整的氫氣生產成本估計為每千克氫氣5.87美元，比最不具競爭力的方案貴65%”。

盡管該分析確定了海上風電是成本最低的方案，但他們注意到，氫氣市場可能會變得越來越分散，區域資源的可用性將在很大程度上決定氫氣的主要生產技術和最終成本。

此外，由于核電既可調度，又具有規模，因此與工業共址相關的額外機會也存在。

這種方法將最大限度地降低氫儲存、運輸和分配的基礎設施成本。

事實上，該報告估計，對于滿足大型工業綜合體持續需求的500MWe系統，基于核的價值鏈的基礎設施成本約為每千克氫氣0.16美元。

當在類似應用中考慮可變產量可再生能源生產時，NEA估計這些額外成本約為每千克氫氣0.77美元。

因此，考慮到整個價值鏈和生產成本，核能作為一種有競爭力的解決方案脫穎而出。

事實上，NEA表示，“在給定的電解槽規模下，基于核能的氫價值鏈的更大容量和連續生產允許成本高效地部署所有基礎設施。”

3、政策

盡管市場基本面是積極的，長期前景是明確的，但如果核電要實現其潛力，就必須應對一些挑戰。

技術、政策和監管障礙仍然是實現氫經濟長期擴張的主要障礙。

這需要雄心勃勃的政策舉措來支持氫氣部署，并在短期內讓利益相關者參與進來。

NEA表示，研究、開發和示范計劃的成功，堅定和持續的政治承諾，以及利益相關者制定和商定的氫處理、交易技術和監管框架，這些都是未來氫部署的關鍵。

NEA概述了實現工業規模粉氫必須采取的若干政策建議。

例如，他們認為，作為第一步，必須證明大規模低碳水電解是現有碳密集型制氫技術的可行替代方案。

他們進一步指出，需要雄心勃勃的示范計劃來回答大型低碳制氫工廠和價值鏈所提出的經濟、工程和監管問題，無論這些系統是基于可再生能源、當前的第三代輕水反應堆還是其組合。

NEA還建議制定政策框架，允許廣泛生產低碳氫。

為了實現這一目標，他們建議制定參考凈零路徑，強調快速擴大低碳氫生產的重要性。

NEA指出：“限制能源生產低碳氫，將在短期內限制部署，并在長期內導致額外的系統成本。”

另一項建議是，通過估算儲存、轉化、運輸和配送成本，確保將氫氣生產和配送的全部成本考慮在內，這“可能意味著氫氣配送的巨大額外成本”。

他們指出，必須考慮整個價值鏈要求，以評估項目的整體業務案例并設計成本效益高的基礎設施。

最后，NEA建議，在中期內，應增加提高氫氣生產效率的研究和開發，因為“甲烷熱解或水熱化學循環，可能與第四代反應堆技術相結合，是有希望的低碳選擇，可以降低氫氣生產的一次能源需求” 。

4、核能氫的發展

鑒于這樣機會的規模，全世界對核能制氫的興趣已經越來越大。

例如，在英國，最近有報道稱，化工巨頭INEOS正在與勞斯萊斯(Rolls-Royce)進行探索性談判，可能會看到SMR技術生產出蘇格蘭格蘭杰默斯(Grangemouth)大型煉油廠脫碳所需的氫氣。

按照NEA的建議，也有積極的政策發展。

今年，德國北萊茵-威斯特法倫州政府確認了77萬歐元的資金，以支持在科隆INEOS工廠建設100 MW水電解廠生產綠色氫氣的可行性研究。

INEOS此前披露了在歐洲范圍內實施20億歐元綠色氫項目的計劃。

與此同時，美國總統拜登(Joe Biden)最近簽署的具有里程碑意義的《通脹削減法案》(Inflation Reduction Act)為清潔氫生產撥款95億美元，美國能源部的評估顯示，核能可能產生高達全國總需求的15%。

NEA最新研究的中心結論是，核能可以以具有競爭力的成本大規模生產低碳氫。

但從根本上講，未來氫經濟的巨大規模為核能提供了巨大的機會。

電解過程通常需要約50 kWh的電力來產生1kg氣體。

鑒于目前的氫氣產量約為9000萬噸，僅脫碳一項就需要每年4500 TWh的低碳電力。

IEA預測，到2030年，每年將通過電解生產約8000萬噸氫氣，這意味著額外的電力需求為4050 TWh，約為整個歐洲當前年需求的1.5倍。

法國的一個氫充電站(圖片：McPhy)

將氫氣產量提高到5億噸不可避免地意味著將專用清潔能源產量提高幾個數量級。這些數字表明了機遇的規模和挑戰的艱巨性。

5、未來發展

IAEA在其對全球核能力的最新預測中，其高風險情景與一年前相比增加了10%，并于2021首次修訂了自十年前日本福島第一核電站核災難以來的年度增長預測。

在高發展情景下，IAEA現在預計，到2050年，世界核能發電量將增加一倍以上，達到873 GWe，而目前的水平約為390 GWe。

正如IAEA總干事拉斐爾·馬里亞諾·格洛西所說：“我們正處于世界向更安全、穩定和負擔得起的能源未來過渡的關鍵時刻。”

核能制氫可能是清潔能源未來的重要組成部分。

(本文編譯《Price shift boosts prospects for nuclear hydrogen》)

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