幾乎所有的清潔能源轉型方案都將氫氣作為我們未來的關鍵角色。隨著地緣政治對天然氣價格的影響，加速了核電生產(chǎn)氫氣的經(jīng)濟性，核電的機會之大令人驚嘆。

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?shù)厣a(chǎn)的核氫的一個有吸引力的市場。

今天，全世界每年產(chǎn)生約9000萬噸氫氣，但在未來幾十年內，實現(xiàn)凈零排放的動力預計將看到對這種氣體的需求激增。根據(jù)國際能源署(IEA)最近的分析，在對化石燃料替代品的需求推動下，到2050年氫氣的需求可能達到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--由可再生能源驅動的電解產(chǎn)生的所謂綠色氫氣或由核動力電解產(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格推高，并使人們加倍關注低碳替代品和能源供應安全，核動力氫氣的機會比以往任何時候都大。

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，國際原子能機構2021年的一份報告就已經(jīng)得出結論，如果 "天然氣價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動的電解。"

但最近，經(jīng)合組織核能機構(NEA)的一項分析，題為 "核電在氫能經(jīng)濟中的作用：成本和競爭力 "的結論是，鑒于目前天然氣價格的波動和總體政策的雄心，如果有正確的舉措，核電在氫能經(jīng)濟中的前景是一個重要的機會。

核電成本機會

經(jīng)合組織核能機構(NEA)的報告強調，改變成本差異是出現(xiàn)有競爭力的核電制氫的關鍵因素。當然，在沖突之前，甲烷的蒸汽轉化是比較便宜的，但現(xiàn)在這種情況不僅已經(jīng)逆轉，而且在可預見的未來可能仍然如此。

根據(jù)經(jīng)合組織核能機構(NEA)的說法，隨著水分解技術的不斷改進和成熟，化石燃料的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(tài)，這一經(jīng)濟差距可能會比之前的預期更早被彌補。

盡管經(jīng)合組織核能機構(NEA)認為 "到2035年，世界上大多數(shù)地方將難以實現(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格的極端波動性。假設天然氣價格為每兆瓦時100美元，實際上低于2022年第二季度世界某些地區(qū)的價格，他們的結論是，通過蒸汽甲烷重整生產(chǎn)氫氣的成本預計將大幅增加。NEA的分析結論是："通過蒸汽甲烷重整與碳捕獲、利用和儲存(CCUS)的制氫成本估計為每公斤氫氣 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電，但他們指出，氫氣市場可能會變得越來越分散，區(qū)域資源的可用性將在很大程度上決定主要生產(chǎn)技術和氫氣的最終成本。

此外，由于核電是可調度的和大規(guī)模的，有額外的機會與工業(yè)聯(lián)合定位相關。這種方法將最大限度地減少氫氣儲存、運輸和分配的基礎設施成本。事實上，該報告估計，對于一個500兆瓦的系統(tǒng)來說，以核為基礎的價值鏈的基礎設施成本約為每公斤氫氣0.16美元，該系統(tǒng)正在滿足一個大規(guī)模工業(yè)綜合體可能預期的持續(xù)需求。當在類似的應用中考慮可變輸出的可再生能源生產(chǎn)時，NEA估計這些額外的成本約為每公斤氫氣 0.77美元。因此，綜合考慮整個價值鏈和生產(chǎn)成本，核電作為一種有競爭力的解決方案脫穎而出。

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

將政策落實到位

盡管市場基本面是積極的，長期前景是明確的，但如果核電要實現(xiàn)其潛力，還有一些挑戰(zhàn)必須解決。技術、政策和監(jiān)管障礙仍然是實現(xiàn)氫經(jīng)濟長期發(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，并在短期內讓利益相關者參與進來。

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

NEA概述了為實現(xiàn)粉紅氫氣的工業(yè)規(guī)模而必須采取行動的若干政策建議。例如，他們認為，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的可行替代品。他們進一步指出，需要雄心勃勃的示范舉措來回答大規(guī)模低碳氫氣生產(chǎn)廠和價值鏈提出的經(jīng)濟、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堆還是兩者的結合。

NEA還建議制定政策框架，允許廣泛的低碳氫氣生產(chǎn)。為了實現(xiàn)這一目標，他們建議制定參考凈零路徑，強調迅速擴大低碳氫氣生產(chǎn)的重要性。"限制能源生產(chǎn)低碳氫氣將在短期內限制部署，并在長期內導致額外的系統(tǒng)成本，"NEA指出。

另一項建議是確保通過估計儲存、轉化、運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，必須考慮到整個價值鏈的要求，以評估一個項目的整體商業(yè)案例，并設計具有成本效益的基礎設施。

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

關于核氫的行動

鑒于機會的規(guī)模，全世界對核制氫的興趣已經(jīng)越來越大。例如，在英國，最近有報道稱，化工巨頭INEOS正在與勞斯萊斯公司進行探索性會談，SMR技術可以生產(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提供77萬歐元的資金，支持在科隆的INEOS工廠建設一個100兆瓦的水電解廠以生產(chǎn)綠色氫氣的可行性研究報告。INEOS之前已經(jīng)透露了在全歐洲進行20億歐元的綠色氫氣項目的計劃。同時，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最新研究的核心結論是，核能可以大規(guī)模地生產(chǎn)低碳氫氣，而且成本具有競爭力。但從根本上說，未來氫能經(jīng)濟的巨大規(guī)模代表了核電的巨大機會。電解過程通常需要大約50千瓦時的電力來生產(chǎn)1公斤的氣體。考慮到目前約9000萬噸的氫氣生產(chǎn)，僅此一項的脫碳就需要每年4500太瓦時的低碳電力。國際能源署預測，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，或大約1.5倍。

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

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