位于亞利桑那州的 Palo Verde 發電廠——一座容量為4GW的核電站——正準備利用低溫電解(LTE)系統生產氫氣，亞利桑那州公共服務署(APS) 旗下的天然氣發電廠提供燃料。由PNW Hydrogen公司(是Pinnacle West的子公司)領導的創新能源轉換示范項目將獲得2000萬美元的聯邦資助，其中包括能源部氫燃料電池技術辦公室(HFTO)的1200萬美元和能源部核能辦公室(NE)的800萬美元。
這項資助參與者將包括研究界、學術界、工業界和州政府的多個利益相關者。在聯邦層面上，包括愛達荷國家實驗室(INL)、愛達荷瀑布基地實驗室(該實驗室正成為核能一體化研究和開發的中心熱點)、國家能源技術實驗室(NETL)和國家可再生能源實驗室。電力研究所、亞利桑那州立大學和加州大學歐文分校也將參與該項目。這些機構一直在支持能源部6月7日發起的“能源地球保護倡議”(Energy Earthshots Initiative) ，該倡議旨在未來10年內將清潔氫氣的成本降低80% 至每千克1美元。
該項目的私人合作伙伴將包括OxEon公司(一家專門從事固體氧化物燃料電池的公司)和西門子能源公司(Siemens Energy)。西門子能源公司(Siemens Energy)是一家燃氣輪機制造商，該制造商在脫碳燃氣發電方面投入巨資，并希望到2030年生產能夠燃燒100%氫氣的重型燃氣輪機。值得注意的是，西門子能源公司也是HYFLEXPOWER的主要利益相關者。HYFLEXPOWER是一個由歐盟支持的為期四年的項目，旨在工業規模項目和實際電廠應用中展示一個完全一體化的電力-氫氣-電力的轉換項目。
同樣值得注意的是洛杉磯水電署(LADWP)，作為一個公共電力機構，其在2021年5月與綠色氫氣聯盟(Green hydrogen Coalition)合作，根據 HyDeal LA 項目，提出了將洛杉磯地區的4座燃氣發電廠改造為氫燃料發電廠的計劃。該聯盟由電力公司、管道制造商和金融公司組成，目前正在努力建造必要的基礎設施。
Palo Verde電站是一座有三臺機組4-GW的核電站，位于亞利桑那州鳳凰城以西約50英里處。亞利桑那州公共服務署運營該核電站，擁有Palo Verde 1號和3號機組29.1%的股份，以及2號機組約17%的股份。此外，APS租賃了約12.1%的2號機組，因此該機組的所有權和租賃權益合計為29.1%。APS與Salt River Project(17.5%)、El Paso Electric(15.8%)、南加州愛迪生公司(15.8%)、PNM Resources(10.2%)、南加州公共電力局(5.9%)和LADWP(5.7%)共同擁有電廠所有權。
核能的多功能性
PNW Hydrogen公司參與亞利桑那州項目尤其引人關注，因為其母公司——投資者所有的 Pinnacle West 公司——幾乎所有的收入和盈利都來自其主要子公司 APS。APS 是 Palo Verde 核電站的運營商，該核電站有三臺機組，是美國西南部地區的主要電力來源。該公司擁有1號和3號機組29.1% 的股份，2號機組約17% 的股份(它與 Salt River Project、 El Paso Electric、南加州愛迪生公司、 PNM Resources、南加州公共電力局和 LADWP 共同擁有電廠所有權)。
雖然PNW Hydrogen公司計劃在2031年前停止所有煤炭發電，并到2050年100%依賴“清潔”能源，但目前公司在亞利桑那州仍運營著6座天然氣發電廠。其中包括位于Palo Verde附近的Redhawk電廠;位于Tempe的Ocotillo電廠;位于Coolidge的Sundance電廠;位于鳳凰城西南部的West Phoenix電廠;位于Tucson北部的Saguaro電廠;還有位于Yuma附近的Yucca電廠。APS表示，由聯盟牽頭的核示范項目“有望為太陽能主導的電力市場上發電和制氫之間的靈活過渡提供見解。”
美國能源部輕水反應堆可持續發展項目主任Bruce Hallbert解釋說：“該項目以及其他類似項目與國家能源局(INL)和美國能源部(DOE)的宗旨相一致，以維持現有的輕水反應堆運行，并支持未來先進核動力系統的發展方向。這些項目展示了核能的多功能性，以滿足對能源和能源產品的需求，同時減少對環境的碳排放。”
展示核電產氫的最大發電能力
然而，關于該項目所需要的細節仍然模糊不清。Pinnacle West的財務文件顯示，該項目正在分階段推出，計劃持續到2023年。據報道，作為第一階段的一部分，INL已經"對利用Palo Verde核電站發電以產生氫氣進行了技術和經濟評估"。根據Palo Verde公用事業合作伙伴示范項目的經驗以及INL在Palo Verde進行的專題技術和經濟評估，PNW Hydrogen公司向美國能源部核能辦公室提交了試點資金申請。
與此同時，美國能源部在10月7日透露，該項目將至少使用“6噸儲存的氫氣來產生大約200MWh的電力。”該公司表示，這些電力通過氫氣渦輪機產生，將在“高電力需求期使用，也可能用于制造化學品和其他燃料”。
NETL 在10月13日表示，它計劃通過幾個不同的氫研究和開發領域來促進項目。除了向聯盟成員提供燃氣輪機就氫氣-天然氣混合燃料燃燒方面的咨詢意見外，它還將提供燃氣輪機混合燃燒示范的獨立性能評估。
此外，NETL將“評估氫氣和天然氣混合物對管道和分配系統的部件材料造成的損傷，從而確定設計選擇和運行維護的備選方案，以降低風險。”且與NREL和INL合作中，它將嘗試量化氫氣生產的效益，并“評估更廣泛建立氫氣生產和使用的機會。”
美國能源局努力實現可負擔的核氫生產
據INL能源和環境科學技術項目辦公室主任理查德·博德曼(Richard Boardman)稱，美國開發核氫潛力的計劃主要集中在工業用途上，因為美國已經有幾條現有的供工業中心使用的氫氣管道。9月21日，在第65屆國際原子能機構(IAEA)大會上，Boardman就“混合能源”發表了美國的觀點，他說：“我們相信，以電解為基礎的中央制氫廠對我們來說將是一個巨大的機會。”。
工業用途可能包括“把反應堆置于煉油廠或石化公司附近。我們正在與其中一些美國公司合作。”“我不能公開披露，但我們的研究經費目前有幾百萬美元，正在考慮將這些中小型反應堆置于工業范圍內，這樣它們就可以專門用于制造氫氣。”他表示，關鍵點是將運輸和大規模儲存成本降至最低。
INL還在其專用的動態能量傳輸和集成實驗室(DETAIL)研究其他幾種最終用途。該設施提供了一個“測試環境”，可以對發電、儲存和工業最終用途的電和熱的協調、受控和高效的多向分布進行模擬。Boardman說：“我們正在努力證明，我們不僅可以在發電和產氫的需求響應機組之間進行遷移，而且還可以通過調整頻率來幫助管理電網的電能質量。”
關鍵是，創新的“互聯”系統為降低氫成本提供了方便。電解槽系統集成一直是關注點。Boardman表示，INL目前正在與歐洲商用電解槽堆生產商以及美國Bloom Energy公司進行合作。
到現在為止，至少有一個系統的測試表明，電解槽堆可以成功運行4000多個小時，而性能幾乎沒有下降。“這對我們來說非常令人鼓舞，我們已經準備好，不僅要超越LTE，還要將高溫電解技術與這些核電站結合起來，相信這些技術將持續足夠多年，未來生產氫氣的經濟效益可觀，”他說。
Boardman表示，美國正在進行的氫能生產示范活動也取得了令人鼓舞的進展。Exelon公司現在正準備明年1月份在Nine Mile Point核電站安裝一個經過INL測試的Nel氫電解槽。與此同時，Energy Harbor公司已經在對其4臺機組Davis Besse核電廠的Switchyard進行工程改造，有可能允許聯盟伙伴將正在進行的示范規模擴大到“數百兆瓦”，他說:“這個示范項目……將有助于教會操作人員如何控制電廠，以及那個小型電廠將如何與電網整合。”Xcel Energy公司展示通過高溫蒸汽實現電解，將“通過一個小模塊將蒸汽和電力完全集成，這也將為我們進一步擴大熱集成奠定了基礎。”
公用事業公司目前也在準備滿足與“在核電廠附近建立大型氫電廠”相關的監管要求。今年9月，公用事業公司召開會議，組織了兩個利益相關者團體：一個團體將重點關注監管需求，另一個團體將“實際設計和開發這些輕水反應堆的熱能系統，以獲取大量熱能，并支持氫氣生產”。他說：“我們已經對這些核電站大約半公里范圍內的氫氣生產進行了初步的概率風險評估。到目前為止，一切對我們來說都是有利的。”。
實現地球保護計劃中的氫氣成本目標
拜登政府的“Earthshot”(為地球奮斗，一項地球保護計劃)目標，是將清潔氫的成本降低80%至每千克1美元。
“在輕水反應堆可持續發展項目下，大約投入使用資金有5000萬美元。”“我們的目標是使核設施現代化，以降低運營成本。其中許多運行成本已經降至30美元/兆瓦時，有些甚至可能更低。我們希望降低電力生產成本，使它們更具競爭力，因為歸根結底，在電解過程中，電力成本是氫成本中最主要的因素，” Boardman 說。
除了有針對性的技術改進，INL和其他國家實驗室正在探索大批量生產氫，以支持降低設備成本。此外，提高燃料堆的使用壽命還可以將運營成本降低到每千克氫約1.70美元。還要努力將減少工廠成本和其他電力成本的需求相平衡，以及探索電解過程產生氧氣的銷售。
INL 已經在與反應堆堆供應商合作，獨立生產氧氣和氫氣。“我們希望這將在未來十年內能夠實現，然后我們就能真正實現Earthshot的目標，” Boardman說。
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