未來(lái)電網(wǎng)中的靈活核電

作為美國(guó)能源部高級(jí)能源研究計(jì)劃署MEITNER計(jì)劃的一部分，我們最近對(duì)先進(jìn)核電廠的成本和性能要求進(jìn)行了研究，為尋求設(shè)計(jì)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的有用產(chǎn)品供21世紀(jì)30年代早期商業(yè)化的先進(jìn)反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)商確定了市場(chǎng)要求。

我們的研究確定了核電廠業(yè)主和投資者以及整個(gè)社會(huì)所需要的價(jià)格和性能特征，以實(shí)現(xiàn)可負(fù)擔(dān)的、可靠的、有適應(yīng)力的、靈活的，尤其是清潔的未來(lái)電力系統(tǒng)。我們的研究結(jié)果表明，成本低于3000美元/千瓦的先進(jìn)反應(yīng)堆將有很大的市場(chǎng)。將核電廠與熱能儲(chǔ)存結(jié)合起來(lái)，能夠使核電成為一種調(diào)峰資源——?jiǎng)?chuàng)造額外的寶貴儲(chǔ)能，并為能源系統(tǒng)帶來(lái)附加值。對(duì)于電網(wǎng)營(yíng)運(yùn)者、能源系統(tǒng)建模者和政策制定者來(lái)說(shuō)，這顯示了靈活的核技術(shù)不僅在降低排放而且在降低整個(gè)能源系統(tǒng)的總成本方面的價(jià)值。

氫能合成燃料

為了達(dá)到所需的減排規(guī)模和速度，同時(shí)增加全球能源供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，零碳及碳中和燃料替代品需要實(shí)現(xiàn)與化石燃料的價(jià)格和性能平等。

無(wú)排放的核能制氫可以與其他零二氧化碳排放的生產(chǎn)方法具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，并有可能與低成本天然氣的蒸汽甲烷重整具有成本競(jìng)爭(zhēng)力（Allen等，1986；彭博新能源財(cái)經(jīng)，2020；Boardman等，2019；Gogan和Ingersoll，2018；氫能委員會(huì)，2020；國(guó)際能源機(jī)構(gòu)，2019b；美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，2019b；M.Ruth等，2017；Yan，2017）。即使是歐盟和美國(guó)昂貴的首創(chuàng)常規(guī)核電廠，也能以與當(dāng)今風(fēng)能和太陽(yáng)能資源相當(dāng)?shù)某杀旧a(chǎn)清潔氫，且容量因子良好。

大規(guī)模、低成本的清潔氫如果能與廉價(jià)石油競(jìng)爭(zhēng)，則可以實(shí)現(xiàn)航空、航運(yùn)、水泥生產(chǎn)和工業(yè)的去碳化。我們估計(jì)這一目標(biāo)價(jià)格為0.9美元/千克。

目前對(duì)可再生能源產(chǎn)氫的預(yù)測(cè)估計(jì)到2030年將低至2美元，到2050年則更低。盡管我們預(yù)計(jì)可再生能源的資本成本將繼續(xù)下降，但價(jià)格下降受到容量因子低的限制。

目前的核電廠能夠以低于2美元/千克的價(jià)格提供清潔氫，新一代先進(jìn)模塊堆可能在2030年達(dá)到0.9美元/千克的產(chǎn)氫價(jià)格。

為了推動(dòng)清潔產(chǎn)氫的大幅增長(zhǎng)，核工業(yè)將需要改變項(xiàng)目實(shí)施和部署模式，以擴(kuò)大規(guī)模并提供清潔熱能、燃料和電力。這將需要同樣集中精力于降低成本、提高性能和部署率，從而使可再生能源開(kāi)始改變?nèi)蚰茉聪到y(tǒng)。

通過(guò)從傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向高生產(chǎn)率的制造環(huán)境，如造船廠，或‘氫巨型工廠’，即位于棕色地帶的煉油廠（如大型沿海石油和天然氣煉油廠），可以實(shí)現(xiàn)近期成本的大幅降低。

從傳統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)向先進(jìn)反應(yīng)堆的高生產(chǎn)率制造，將大幅降低清潔氫和合成燃料生產(chǎn)的成本。領(lǐng)先的船廠已擁有廣泛的制造能力，可以生產(chǎn)設(shè)計(jì)用途的制氫設(shè)施。

巨型工廠和船廠制造的海上核電廠可以使世界重新走上實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》1.5/2℃目標(biāo)的軌道。這種大規(guī)模的去碳化努力可以在占用土地極少的情況下實(shí)現(xiàn)，使得大面積的土地可以用于自然生態(tài)系統(tǒng)的重新植樹(shù)造林和再生，這與國(guó)家規(guī)模的可再生能源工業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的“能源擴(kuò)張”不同。

利用這些實(shí)施模式，從當(dāng)今每天消耗1億桶石油到等量的清潔替代燃料的三十年過(guò)渡能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)：清潔能源替代燃料將花費(fèi)17萬(wàn)億美元，而不是維持到2050年石油流量所需的25萬(wàn)億美元。這與純可再生能源戰(zhàn)略所需的70萬(wàn)億美元形成鮮明對(duì)比。

核能，通過(guò)這些轉(zhuǎn)變的實(shí)施模式，能夠以低于維持化石燃料所需的成本實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)去碳化。然而，如果各國(guó)政府和其他行為者不采取緊急行動(dòng)，以降低成本及加快創(chuàng)新和部署，這一轉(zhuǎn)變將無(wú)法開(kāi)始。需要將核能全面納入世界的去碳化努力中。