世界的能源格局正在不斷發(fā)展。對(duì)氣候變化的擔(dān)憂促使人們不斷擺脫高碳排放能源。近些年，人們進(jìn)行了關(guān)于核電與可再生能源結(jié)合的混合能源潛力的研究。

可再生能源的能源生產(chǎn)是間歇性的，可是一旦與核能結(jié)合，就保證能源的連續(xù)生產(chǎn)。核能與太陽(yáng)能，風(fēng)能和地?zé)崮艿饶茉瘩詈鲜褂茫梢杂行p少溫室氣體排放，提高系統(tǒng)可靠性，并且提高核發(fā)電的能源效率。

1、 核能的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題

許多經(jīng)濟(jì)問(wèn)題限制了核能的發(fā)展。由于前期資本要求很高，私人投資者對(duì)核能的興趣要低于其他能源。另一方面，在建造時(shí)期以及獲取監(jiān)管許可時(shí)期通常出現(xiàn)成本不確定性。因此與中央計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體相比，自由化經(jīng)濟(jì)體建造新核電站的計(jì)劃要少得多。

雖然很難精確地評(píng)估能源成本，但要獲得對(duì)成本的合理認(rèn)識(shí)，可以使用平均電力成本方法(LCOE)。LCOE實(shí)質(zhì)上考慮了能源項(xiàng)目在其整個(gè)生命周期中(建設(shè)，運(yùn)營(yíng)和維護(hù))的總成本。

經(jīng)美國(guó)能源情報(bào)署(EIA)評(píng)估，2019年投運(yùn)核電站的LCOE為$ 86.1 / MWh，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的LCOE為$ 118.6 / MWh。EIA預(yù)測(cè)2022年投運(yùn)電廠的LCOE成本為：核電為96.2 / MWh，太陽(yáng)能光伏發(fā)電為58.1/ MWh。這表示核能的成本增加了10%以上，太陽(yáng)能的成本大約減少了50%。

這僅僅是經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，還未考慮棄核的政治因素。這對(duì)于傳統(tǒng)核電站的發(fā)展非常不利。

2、 核能與新能源耦合電站

盡管可再生能源發(fā)展迅猛，但可再生能源替代化石燃料，還有很長(zhǎng)的路要走。最有潛力的兩種可再生能源(太陽(yáng)能和風(fēng)能)，都面臨著共同的缺點(diǎn)—能源供應(yīng)不穩(wěn)定。由于沒(méi)有廉價(jià)高效的儲(chǔ)能裝置，這對(duì)于可再生能源是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

另一方面，核能是一種可靠的無(wú)碳能源，可產(chǎn)生穩(wěn)定，穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其缺點(diǎn)是負(fù)荷跟蹤。如果可以有效地結(jié)合使用核能和可再生能源，它們可能將抵消彼此的缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更好的性能。耦合可再生能源電站是一種將可再生能源形式與不可再生能源相結(jié)合的電站。

核能與可再生能源的耦合電站概念有很多種。其中之一是將小型核反應(yīng)堆與集中式太陽(yáng)能熱電廠相結(jié)合。在這種設(shè)計(jì)中，來(lái)自太陽(yáng)能熱電廠的熱量將核電站的飽和蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，核電廠的效率將從33.9%提高到39.7%。

另一個(gè)概念是將小型核反應(yīng)堆與生物質(zhì)生產(chǎn)裝置以及風(fēng)電相結(jié)合。小型核反應(yīng)堆和風(fēng)電的上網(wǎng)電量由電網(wǎng)需求控制，剩余的用于生物質(zhì)的生產(chǎn)。風(fēng)電產(chǎn)生的剩余電力也可用于制氫。該概念具有許多優(yōu)勢(shì)，不僅滿足電網(wǎng)需求，而且能源浪費(fèi)量最少。

最后值得一提的是核能與地?zé)崮荞詈习l(fā)電站，其核芯位于干熱巖層中的地下深處。核反應(yīng)堆增強(qiáng)地層溫差，為地?zé)岚l(fā)電站提供動(dòng)力。

是否有國(guó)家建造核能與可再生能源的耦合電站還有待觀察。盡管該技術(shù)已經(jīng)存在，但仍有許多問(wèn)題有待解答，并且需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步集成研究和開發(fā)。但是，如果驗(yàn)證可行，耦合電站將有助于分別解決每種能源的重大缺陷。

耦合電站的挑戰(zhàn)仍然存在，在負(fù)荷跟蹤能力方面，與化石燃料相比，太陽(yáng)能和核電都無(wú)法比擬。但是，隨著儲(chǔ)能技術(shù)的升級(jí)，這些擔(dān)憂也可以逐漸得到緩解。

3、耦合動(dòng)力技術(shù)及應(yīng)用

3.1耦合核能與煤炭

使用煤氣化技術(shù)，耦合核能與整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電站可以產(chǎn)生800MW以上的電力，效率接近50%，煙氣排放量約為傳統(tǒng)燃煤發(fā)電廠的1/4。

通過(guò)將氫添加到氣化煤中，除可產(chǎn)生電能外，還可以生產(chǎn)液體運(yùn)輸燃料和合成天然氣。耦合電站還可以生產(chǎn)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)至關(guān)重要的多種基本化學(xué)物質(zhì)，以及化學(xué)工業(yè)所需的過(guò)程熱。耦合電站可大大減少對(duì)環(huán)境的影響，煤炭可繼續(xù)使用。

3.2耦合核能與太陽(yáng)能

近些年全球沙漠地區(qū)越來(lái)越多使用的創(chuàng)新技術(shù)將集中式太陽(yáng)能與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠相結(jié)合。耦合核能與集成太陽(yáng)能聯(lián)合循環(huán)(ISCC)電站可提供峰值功率，且排放量極低，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)以及太陽(yáng)能光伏電站。

3.3耦合核能與儲(chǔ)能

間歇性可再生能源的最大缺點(diǎn)可能是無(wú)法存儲(chǔ)能源以適應(yīng)未來(lái)的電力需求。耦合核能與壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)電站克服了長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著能源存儲(chǔ)的問(wèn)題。這種創(chuàng)新方法可以顯著改善可再生能源的經(jīng)濟(jì)性。

REopt項(xiàng)目下的國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)對(duì)核能與可再生耦合能源系統(tǒng)(NRHESs)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行了優(yōu)化。NRHESs可用于生產(chǎn)合成汽油的液體燃料，可用于海水淡化，可為工業(yè)生產(chǎn)提供熱量，也可電解制氫。NRHESs可以實(shí)現(xiàn)低碳電力供應(yīng)以及工業(yè)熱供應(yīng)。

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