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歐洲原子能論壇(Foratom)發(fā)布核能制氫報告

2021-06-01 16:06  來源:中核智庫  瀏覽:  

2021年5月,歐洲原子能論壇(Foratom)發(fā)布《核能制氫—脫碳歐洲的關鍵低碳技術》報告,論述了核能在制氫領域能夠發(fā)揮的作用,并為推進低碳制氫提出一系列政策建議。

論壇總干事伊夫·德巴澤耶表示,歐盟制訂了到2050年經濟體實現凈零排放的宏大目標。為了實現這一目標,歐盟需要對能源、工業(yè)、運輸和建筑行業(yè)進行大規(guī)模轉型。制氫是可以幫助歐洲實現這個目標的技術之一,但目前面臨兩個挑戰(zhàn):一是實現真正的低碳制氫,二是實現氫在能源密集型行業(yè)中的廣泛應用。

政治環(huán)境

作為《歐洲綠色協議》的一部分,歐盟委員會2020年發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》。根據這項戰(zhàn)略,將在歐盟各地大規(guī)模部署制氫設施,為各行業(yè)提供清潔能源。因此,歐盟計劃為制氫項目提供重大支持,并重點關注可再生能源制氫項目。此戰(zhàn)略為制氫技術設立了一個低碳氫能類別。雖然目前還在就核能進行討論,但是核能肯定也會發(fā)揮重要作用。

目前的一種制氫方式是將過剩的可再生能源用于制氫,例如大量過剩的風能和太陽能。但是,工業(yè)和運輸等行業(yè)的轉型,需要確保氫的大量穩(wěn)定供應。鑒于可再生資源的間歇性以及未來對氫的巨大需求,使用可再生電力滿足制氫需求是否是最具成本效益的路徑?這一問題值得深思。

歐洲原子能論壇認為,歐盟對制氫項目采取技術中立原則至關重要。歐盟的最終目標是幫助所有行業(yè)脫碳,因此氫能戰(zhàn)略必須支持所有低碳項目,而不是強調制氫能使用哪種能源。這就是論壇支持根據碳排放強度對相關技術進行分類的原因。

使用核能進行低碳制氫

歐盟已建設一些制氫設施,但大部分使用的是化石燃料,并且沒有配套的碳捕集與封存設施。這意味著這些設施生產的氫不能被認為是低碳的。同時,一些設施利用電解池制氫,即利用低碳電力對水進行電解。雖然電解槽制氫被認為是一項成熟的技術,能夠替代化石燃料制氫。但這一技術的大規(guī)模應用還面臨嚴峻挑戰(zhàn)。全球制氫電解槽產能目前僅為25兆瓦。

從經濟角度來看,最理想情況是電解槽能夠連續(xù)運行,而不是間歇式運行。這就是需要保障穩(wěn)定低碳電力供應的重要原因。雖然使用可再生能源也是一個可行方案,但核能可以持續(xù)提供電力,保障電解槽每周七天每天24小時連續(xù)運行。保障電解槽連續(xù)運行,目前兩種方案可供選擇。

第一,如果低碳電力供應充足,可以將電解槽直接與電網相連。法國、瑞典和芬蘭等國采用這種方案制氫可以被認為是低碳的,因為這些國家的核電份額很高。第二,直接將電解槽與核電廠相連。這一方案在技術上和經濟上都是可行的,而且還帶來了額外的好處,即核電廠可以同時提供電解槽所需的電力和蒸汽。

歐洲正在推進多個核能制氫項目。例如,英國正在研究利用希舍姆核電廠在非用電高峰時期的發(fā)電量,采用傳統低溫電解方法制氫。

經濟考慮

目前,以采用天然氣并配套碳捕集和封存設施的方式制氫,成本為每千克氫1.3至2歐元之間(這方面的挑戰(zhàn)是碳捕獲與封存設施的大規(guī)模部署)。相比之下,電解制氫成本為每千克為2.6至9.5歐元。這意味著,如果能將成本降低50%,低碳電力制氫將具備經濟可行性。如果電解槽每年能運行3000至6000小時(相當于每年125至250天),那么電解制氫將能夠更快實現盈利。事實上,正如前文所述的概念,如果電解槽能夠實現持續(xù)運行,則制氫成本會降低。

為向各行業(yè)提供廉價、充足的低碳氫,電解槽將需要能夠持續(xù)地獲得低碳電力供應。然而,可再生能源具有間歇性,無法保證持續(xù)供電。核能在這方面可提供完美解決方案,因為核能既是低碳,又是可持續(xù)運行的。此外,將電解槽與核電廠直接相連,能夠降低電網和稅收等方面的支出。

主要政策建議

為推進低碳制氫技術的發(fā)展,論壇提出了下述七條建議。

第一,認識到核能在《歐盟氫能戰(zhàn)略》中可以發(fā)揮的積極作用。

第二,應基于能量來源的全生命周期碳排放強度對制氫技術進行分類。

第三,為確保清潔氫能項目以更具經濟有競爭力的方式快速發(fā)展,應更多地關注經濟性和供應可靠性,因為這兩個問題都是實現工業(yè)化應用的關鍵所在。

第四,優(yōu)先評估包括平準化度電成本(LCOE)和制氫平準化成本(LCOH)在內的全部智能系統成本,核技術亦在此列。

第五,支持所有低碳制氫項目的創(chuàng)新和研發(fā)。

第六,研究以前在歐洲和國際層面獲得的核能制氫成果,并將這些成果反映在《歐盟氫能戰(zhàn)略》中。

第七,加強《歐盟能源技術戰(zhàn)略規(guī)劃》(SET)行動、“歐洲地平線”(Horizon Europe)計劃和歐洲原子能共同體(Euratom)研發(fā)計劃在低碳制氫方面的協同。
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