氫能簡介及產(chǎn)業(yè)預(yù)測

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氫能簡介及產(chǎn)業(yè)預(yù)測

氫能簡介

氫氣可從水、化石燃料等氫物質(zhì)中提取，是重要的工業(yè)原料和二次能源。氫作為一種二次能源，具有清潔低碳、高能高效、資源豐富、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，因此氫被稱為“21世紀(jì)終極能源”。

我國氫能需求和供應(yīng)結(jié)構(gòu)預(yù)測

制氫行業(yè)主要有三條成熟的技術(shù)路線：一是化石燃料重組制氫；二是工業(yè)副產(chǎn)氣制氫；三是電解水制氫，年制氫規(guī)模約占4%。

未來，氫源將不斷從化石能源制造向清潔能源制造轉(zhuǎn)變。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)測，到2050年，氫能在中國終端能源體系中的比重將至少達(dá)到10%，氫氣需求將接近6000萬噸，二氧化碳可減排約7億噸，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬億元，中國能源結(jié)構(gòu)將從傳統(tǒng)化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變，清潔能源電解水將成為有效的氫氣供應(yīng)主體。

核電電解制氫的優(yōu)點分析

電解制氫的優(yōu)點

傳統(tǒng)電解制氫綜合成本約3.0～4.0元/Nm3，沒有價格優(yōu)勢。然而，電解制氫有兩個主要優(yōu)點，這是其他制氫方法所沒有的：一是使用可再生能源電解，綠色低碳。第二，電解制氫產(chǎn)生的氫雜質(zhì)較少。

分析核電制氫的優(yōu)點

核電、風(fēng)電、水電、太陽能發(fā)電均稱為清潔能源發(fā)電，具有清潔低污染的優(yōu)點。與其他清潔能源相比，核電主要具有以下優(yōu)點：（1）風(fēng)電、水電、太陽能發(fā)電等方式，雖然取之不盡，但基本上存在輸出不穩(wěn)定、區(qū)域影響大、對生態(tài)環(huán)境影響大等缺點。（2）從能量密度的角度來看，核電已達(dá)到500MW/km2.遠(yuǎn)高于其他類型。(3)正常情況下，除了每個換料周期進(jìn)行一個月左右的換料大修外，核電在其他時間保持額定功率發(fā)電，基本不受外界影響。因此，使用清潔穩(wěn)定的核電電解制氫可以滿足未來氫能社會持續(xù)大量氫氣需求。

核電制氫成本分析

核電廠在制氫方面具有天然優(yōu)勢。核電廠初始投資大，燃料成本相對較低。換料周期到來后，無論機(jī)組以前運(yùn)行多少功率，都需要更換規(guī)定的部分燃料，核電廠的其他成本基本固定。因此，使用核電廠的未滿電制氫成本幾乎為零。

根據(jù)商用電對電解制氫氫氫氣成本的分析，電價占78%。如果用核電棄電去電解制氫，氫氣成本可以達(dá)到商用電電解制氫成本的6264baeb5834f_html_3a53b47cf27d6123.gif甚至更低。因此，與化石能源制氫相比，核電制氫不僅在氫氣質(zhì)量上具有優(yōu)勢，而且在價格上很有競爭力。

核電制氫市場分析

核電制氫產(chǎn)能分析

截至2021年9月30日，我國共有52臺核電機(jī)組（不含臺灣），額定裝機(jī)容量為53485.95MWe；在建核電機(jī)組12臺，額定裝機(jī)容量13871臺MWe。核電工期一般為5-6年，粗略估計到2025年核電裝機(jī)容量達(dá)到6萬MWe。

近十年來，我國核電平均設(shè)備利用率在80%左右，不少核電廠處于不滿狀態(tài)。如果我國核電裝機(jī)容量的5%用于制氫，每年可生產(chǎn)46臺.9萬噸氫氣。計算如下：6萬萬噸。MWe×5%=3000MWe=3×106kw；電解制氫耗電約為5kwh/Nm3，每小時生產(chǎn)的氫氣：3×106kw/（5kwh/Nm3）=6×105Nm3/h；每年可生產(chǎn)的氫氣：6×105Nm3/h×24h/d×365d/a=5.256×109Nm3/a；每公斤氫氣約11公斤.2Nm3，生產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為噸：5：.256×109Nm3/a=4.693×105t/a。

此外，2016年國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》明確提出，研究基于先進(jìn)核能的制氫技術(shù)，完成950年超高溫氣冷堆℃高溫運(yùn)行和核能制氫的可行性論證。目前，清華大學(xué)正在開展利用。IS大規(guī)模循環(huán)熱化學(xué)法制氫研究已完成實驗室制氫系統(tǒng)10L/h連續(xù)運(yùn)行；物理研究所正在將固體氧化物電解制氫技術(shù)應(yīng)用于熔鹽堆。

在未來的氫能社會中，核電機(jī)組將大規(guī)模電解制氫，先進(jìn)的核能將大規(guī)模制氫，核能向氫能的轉(zhuǎn)化將成為氫供應(yīng)結(jié)構(gòu)的主體。

核電制氫廠址分析

由于地區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，東西部地區(qū)的能源供應(yīng)和能源需求存在很大的不平衡。中國所有核電運(yùn)行機(jī)組均位于海南、廣西、廣東、福建、浙江、江蘇、山東、遼寧等東部沿海地區(qū)。這些地區(qū)是中國相對發(fā)達(dá)和能源需求較大的地區(qū)，未來對氫氣的需求將相對較大。更合適的方法是在能源需求較大的東部生產(chǎn)和消耗氫氣。

海南:作為國家生態(tài)文明示范區(qū)，計劃2030年禁止燃油車銷售。同時，島上沒有相應(yīng)規(guī)模的氫氣生產(chǎn)企業(yè)，目前對大陸海運(yùn)的需求很小；海南二期核電機(jī)組(兩臺百萬千瓦)和小堆模塊化機(jī)組(十萬千瓦)的建設(shè)已經(jīng)啟動，島上核電裝機(jī)容量將擴(kuò)大。基于以上三個原因，海南島非常適合核電制氫。

廣西:目前運(yùn)核電機(jī)組防城港1/2、3/4在建。目前廣西氫能布局不大，核電制氫可根據(jù)核電建設(shè)進(jìn)展和氫能產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)展逐步考慮。

廣東:目前運(yùn)輸核電機(jī)組有大亞灣1/2、嶺澳1-4、臺山1/2、陽江1-6。核電資源非常豐富，但很多機(jī)組還沒有滿發(fā)。而且，廣東是我國氫能發(fā)展的領(lǐng)先地區(qū)，很多城市都出臺了氫能發(fā)展規(guī)劃和相應(yīng)的補(bǔ)貼政策。廣東各核電廠非常適合核電制氫。

福建:目前在運(yùn)核電機(jī)組有福清1-4號、寧德1-4號、福清5/6號。這8臺機(jī)組的設(shè)備利用率一直不高。同時，福建省也在考慮發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)核電制氫項目，因此可以將核電制氫作為氫能產(chǎn)業(yè)的布局。

浙江:目前運(yùn)核電機(jī)組有秦山核電機(jī)組、秦山第二核電1-4號、秦山第三核電1/2號、方家山1/2號、三門1/2號。設(shè)備利用率普遍較高。可以考慮電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷的統(tǒng)籌配置，集中在部分機(jī)組進(jìn)行核電制氫，供應(yīng)長三角氫氣需求。

江蘇:目前在運(yùn)核電機(jī)組有田灣1-4號、5/6號在建。機(jī)組的設(shè)備利用率普遍較高。可以考慮電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷的統(tǒng)籌配置，集中在部分機(jī)組進(jìn)行核電制氫，以滿足江蘇氫能發(fā)展試點地區(qū)的氫氣供應(yīng)。

山東:目前核電機(jī)組有海陽1-2號，在建石島灣高溫氣冷堆1號。海陽1/2號機(jī)組分別于18年底和19年初商運(yùn)。19年1月至6月，兩臺機(jī)組設(shè)備利用率較高，發(fā)電量約占全國核電總發(fā)電量的6倍.19%。石島灣高溫氣冷堆為商業(yè)示范堆，裝機(jī)容量為211MWe，規(guī)模相對較小。因此，山東可以建設(shè)小規(guī)模核電制氫工程，后續(xù)核電機(jī)組較多后，再擴(kuò)建核電制氫機(jī)組。

結(jié)束語

由于氫氣具有能量密度高、綠色清潔等特點，氫能將逐漸在全球能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，氫能的發(fā)展是實現(xiàn)氫能社會的意義。鑒于核能具有能量密度高、污染小、規(guī)模大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，非常適合大規(guī)模氫氣生產(chǎn)的清潔能源。清潔一次能源核能與清潔二次能源氫能相結(jié)合是我國未來能源結(jié)構(gòu)的重要形式，核電氫生產(chǎn)也將是未來氫能社會氫供應(yīng)結(jié)構(gòu)的主體。