2021年5月，歐洲原子能論壇(Foratom)發(fā)布《核能制氫—脫碳?xì)W洲的關(guān)鍵低碳技術(shù)》報(bào)告，論述了核能在制氫領(lǐng)域能夠發(fā)揮的作用，并為推進(jìn)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(jīng)濟(jì)體實(shí)現(xiàn)凈零排放的宏大目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，歐盟需要對(duì)能源、工業(yè)、運(yùn)輸和建筑行業(yè)進(jìn)行大規(guī)模轉(zhuǎn)型。制氫是可以幫助歐洲實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的技術(shù)之一，但目前面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)：一是實(shí)現(xiàn)真正的低碳制氫，二是實(shí)現(xiàn)氫在能源密集型行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

政治環(huán)境

作為《歐洲綠色協(xié)議》的一部分，歐盟委員會(huì)2020年發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》。根據(jù)這項(xiàng)戰(zhàn)略，將在歐盟各地大規(guī)模部署制氫設(shè)施，為各行業(yè)提供清潔能源。因此，歐盟計(jì)劃為制氫項(xiàng)目提供重大支持，并重點(diǎn)關(guān)注可再生能源制氫項(xiàng)目。此戰(zhàn)略為制氫技術(shù)設(shè)立了一個(gè)低碳?xì)淠茴悇e。雖然目前還在就核能進(jìn)行討論，但是核能肯定也會(huì)發(fā)揮重要作用。

目前的一種制氫方式是將過(guò)剩的可再生能源用于制氫，例如大量過(guò)剩的風(fēng)能和太陽(yáng)能。但是，工業(yè)和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的轉(zhuǎn)型，需要確保氫的大量穩(wěn)定供應(yīng)。鑒于可再生資源的間歇性以及未來(lái)對(duì)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(wèn)題值得深思。

歐洲原子能論壇認(rèn)為，歐盟對(duì)制氫項(xiàng)目采取技術(shù)中立原則至關(guān)重要。歐盟的最終目標(biāo)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(xiàng)目，而不是強(qiáng)調(diào)制氫能使用哪種能源。這就是論壇支持根據(jù)碳排放強(qiáng)度對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分類的原因。

使用核能進(jìn)行低碳制氫

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

從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，最理想情況是電解槽能夠連續(xù)運(yùn)行，而不是間歇式運(yùn)行。這就是需要保障穩(wěn)定低碳電力供應(yīng)的重要原因。雖然使用可再生能源也是一個(gè)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(shí)連續(xù)運(yùn)行。保障電解槽連續(xù)運(yùn)行，目前兩種方案可供選擇。

第一，如果低碳電力供應(yīng)充足，可以將電解槽直接與電網(wǎng)相連。法國(guó)、瑞典和芬蘭等國(guó)采用這種方案制氫可以被認(rèn)為是低碳的，因?yàn)檫@些國(guó)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(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的，而且還帶來(lái)了額外的好處，即核電廠可以同時(shí)提供電解槽所需的電力和蒸汽。

歐洲正在推進(jìn)多個(gè)核能制氫項(xiàng)目。例如，英國(guó)正在研究利用希舍姆核電廠在非用電高峰時(shí)期的發(fā)電量，采用傳統(tǒng)低溫電解方法制氫。

經(jīng)濟(jì)考慮

目前，以采用天然氣并配套碳捕集和封存設(shè)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(shè)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(jīng)濟(jì)可行性。如果電解槽每年能運(yùn)行3000至6000小時(shí)(相當(dāng)于每年125至250天)，那么電解制氫將能夠更快實(shí)現(xiàn)盈利。事實(shí)上，正如前文所述的概念，如果電解槽能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)運(yùn)行，則制氫成本會(huì)降低。

為向各行業(yè)提供廉價(jià)、充足的低碳?xì)洌娊獠蹖⑿枰軌虺掷m(xù)地獲得低碳電力供應(yīng)。然而，可再生能源具有間歇性，無(wú)法保證持續(xù)供電。核能在這方面可提供完美解決方案，因?yàn)楹四芗仁堑吞迹质强沙掷m(xù)運(yùn)行的。此外，將電解槽與核電廠直接相連，能夠降低電網(wǎng)和稅收等方面的支出。

主要政策建議

為推進(jìn)低碳制氫技術(shù)的發(fā)展，論壇提出了下述七條建議。

第一，認(rèn)識(shí)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(yīng)基于能量來(lái)源的全生命周期碳排放強(qiáng)度對(duì)制氫技術(shù)進(jìn)行分類。

第三，為確保清潔氫能項(xiàng)目以更具經(jīng)濟(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力的方式快速發(fā)展，應(yīng)更多地關(guān)注經(jīng)濟(jì)性和供應(yīng)可靠性，因?yàn)檫@兩個(gè)問(wèn)題都是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

第四，優(yōu)先評(píng)估包括平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)和制氫平準(zhǔn)化成本(LCOH)在內(nèi)的全部智能系統(tǒng)成本，核技術(shù)亦在此列。

第五，支持所有低碳制氫項(xiàng)目的創(chuàng)新和研發(fā)。

第六，研究以前在歐洲和國(guó)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(qiáng)《歐盟能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃》(SET)行動(dòng)、“歐洲地平線”(Horizon Europe)計(jì)劃和歐洲原子能共同體(Euratom)研發(fā)計(jì)劃在低碳制氫方面的協(xié)同。

(中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院 伍浩松 戴定)