美國(guó)核反應(yīng)堆的未來(lái)正在面臨一幅全新的劇本，在風(fēng)能、太陽(yáng)能和天然氣的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手面前，美國(guó)的核反應(yīng)堆一直在節(jié)節(jié)敗退。

氫能制造

能源部和美國(guó)核工業(yè)提出了從反應(yīng)堆中提取能源，將氫從水中分離出來(lái)的愿景，每年制造出數(shù)百萬(wàn)噸的氫氣，出售給煉油廠(chǎng)、化肥、鋼鐵和塑料制造商。

這一想法是一條滿(mǎn)載希望的生命線(xiàn)，加上國(guó)家的補(bǔ)貼支持，核電站可在未來(lái)數(shù)年內(nèi)得以繼續(xù)運(yùn)行。倡導(dǎo)者說(shuō)，如果氫元素的原子可以產(chǎn)生如太陽(yáng)般強(qiáng)大的能量，依靠它拯救核能很有可能實(shí)現(xiàn)。

愛(ài)達(dá)荷州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)氫技術(shù)開(kāi)發(fā)的理查德博德曼（Richard Boardman）說(shuō)，他和同事們已經(jīng)在調(diào)查核反應(yīng)堆是否可以成為工業(yè)制造、運(yùn)輸工具和能源使用中最便宜、最有效的氫氣生產(chǎn)來(lái)源。

他在一次采訪(fǎng)中說(shuō):“我已經(jīng)為[氫的未來(lái)]研究了20年，在過(guò)去的兩三年里，我們與私營(yíng)企業(yè)合作，對(duì)核反應(yīng)堆產(chǎn)氫的問(wèn)題進(jìn)行了全面的研究，試圖判斷這是否可行?！?/span>

“答案是肯定的?！辈┑侣f(shuō)。

美國(guó)能源部正在支持明尼阿波利斯市的Xcel能源公司的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目利用電能把來(lái)自該公司一個(gè)核反應(yīng)堆的高溫蒸汽分解成氫氣和氧氣，然后通過(guò)管道輸送給制造商。

美國(guó)能源部的1億美元預(yù)算還給位于俄亥俄州阿克倫市的能源港公司（Energy Harbor Corp）和亞利桑那州公用事業(yè)控股公司（Pinnacle WestCapital Corp）的氫氣項(xiàng)目提供資金。能源部另一個(gè)辦事處支持芝加哥艾斯能（Exelon）公司的氫項(xiàng)目?！辈┑侣f(shuō)：“有許多大型能源公司也在考慮這個(gè)問(wèn)題?！蔽也粫?huì)具體點(diǎn)名，但它們都是煉油公司?！?/span>

博德曼對(duì)從反應(yīng)堆中獲得氫氣的設(shè)想，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了能源部目前開(kāi)始的試點(diǎn)項(xiàng)目戰(zhàn)略階段。

他說(shuō)，在這種較小的規(guī)模下，擁有反應(yīng)堆的公司將從氫銷(xiāo)售中受益，并將創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)。但博德曼認(rèn)為，這其中還有更多利害關(guān)系。承諾在核反應(yīng)堆中生產(chǎn)大量無(wú)碳?xì)?，有可能最終降低制造業(yè)和煉化行業(yè)的二氧化碳排放——許多專(zhuān)家認(rèn)為這兩個(gè)行業(yè)是最難迎來(lái)零碳未來(lái)的行業(yè)。

但是核能的利用仍然存在爭(zhēng)議。批評(píng)人士堅(jiān)持認(rèn)為，核燃料長(zhǎng)期儲(chǔ)存仍然沒(méi)有永久的解決方案，而一次災(zāi)難性的核事故就可能引發(fā)公眾輿論而反對(duì)這種做法。

從反應(yīng)堆中提取氫氣的戰(zhàn)略將會(huì)帶來(lái)大量新的基礎(chǔ)設(shè)施投資。此外，一項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)氫能源、核反應(yīng)堆和可再生能源零碳排放的國(guó)家政策也遭到了特朗普總統(tǒng)和參議院共和黨領(lǐng)導(dǎo)層的阻撓。風(fēng)能和太陽(yáng)能的倡導(dǎo)者也看到了氫氣生產(chǎn)的未來(lái):上周，可再生能源巨頭NextEra能源公司宣布了其首個(gè)“綠色”氫氣項(xiàng)目計(jì)劃，該項(xiàng)目將在佛羅里達(dá)州的一個(gè)20兆瓦的試點(diǎn)工廠(chǎng)利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫氣。

障礙仍然存在

因此，博德曼正在自下而上地陳述自己的觀(guān)點(diǎn)，試圖證明即使不對(duì)發(fā)電廠(chǎng)的二氧化碳排放征稅，這項(xiàng)技術(shù)也能自食其力。

如果試點(diǎn)項(xiàng)目成功，并且有足夠多的反應(yīng)堆開(kāi)始生產(chǎn)氫氣，生產(chǎn)氫氣的電水解設(shè)備的成本將下降。“為了賺更多的錢(qián)，美國(guó)可能會(huì)有30到50個(gè)反應(yīng)堆轉(zhuǎn)型去制造氫氣?！?/span>

他說(shuō)，如果氫在運(yùn)輸工具、乙醇生產(chǎn)和其他制成品中的用途不斷擴(kuò)大，那么來(lái)自反應(yīng)堆的氫的潛在市場(chǎng)可能是目前天然氣產(chǎn)量的5倍，這是加大核燃料潛力和大幅減少碳排放的關(guān)鍵。

但是還有另一個(gè)障礙，那就是“國(guó)家必須有所作為，”博德曼預(yù)測(cè)，如果核電站運(yùn)營(yíng)商通過(guò)生產(chǎn)氫氣來(lái)避免二氧化碳排放而獲得任何金融信貸，那么“這將開(kāi)始對(duì)通常來(lái)源于化石燃料的傳統(tǒng)氫氣產(chǎn)生破壞性影響”。他說(shuō)，每噸碳排放25美元的價(jià)格將產(chǎn)生積極影響。

如今，美國(guó)每年生產(chǎn)的1000萬(wàn)噸氫氣幾乎全部來(lái)源于將天然氣的主要成分甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣和碳元素，但最終會(huì)釋放出二氧化碳，這是導(dǎo)致氣候變化的主要溫室氣體。甲烷“轉(zhuǎn)化”需要蒸汽和熱量，這意味著更多的二氧化碳排放。然而，在核電站，這種轉(zhuǎn)換是通過(guò)在水中電解來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Xcel公司的項(xiàng)目正尋求巨大的效率提升，即從反應(yīng)堆中吸收熱量，在水分解成其組成元素之前，提高氫處理過(guò)程中的水溫。Xcel的首席核技術(shù)創(chuàng)新工程師莫莉·斯特拉瑟說(shuō):“對(duì)于同樣的電力或能源消耗，這樣會(huì)多產(chǎn)生三分之一的氫氣?！?/span>

Xcel首席新聞發(fā)言人蒂姆·奧康納（Tim O'Connor）解釋說(shuō)，這個(gè)氫能方案解決了明尼阿波利斯電力公司此前不斷爆發(fā)的沖突。

該公司表示，Xcel的風(fēng)力發(fā)電量是美國(guó)其他發(fā)電公司中最多的。該公司增加風(fēng)力發(fā)電量的目的，是為了實(shí)現(xiàn)在2030年控制碳排放量相比2005年減少80%、并承諾到2050年實(shí)現(xiàn)100%無(wú)碳發(fā)電。

密西西比河沿岸雙子城附近擁有兩座核電站，但隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增長(zhǎng)，“越來(lái)越多的時(shí)候，我們的風(fēng)力發(fā)電成本可能會(huì)更低?！眾W康納說(shuō)。這使得有必要降低核電站的產(chǎn)量。因此，在進(jìn)行40年的24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)之后，這些反應(yīng)堆越來(lái)越多地轉(zhuǎn)型去利用可再生能源發(fā)電。

他說(shuō)，在那些時(shí)候，這些能源可以被用于制氫，而不是對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行節(jié)流。

“我們確實(shí)看到了氫的巨大潛力，但我們必須證明它可以在美國(guó)的公共事業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行供應(yīng)?！盭cel負(fù)責(zé)核戰(zhàn)略的副總裁帕特里克?伯克（Patrick Burke）在6月份的美國(guó)核協(xié)會(huì)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議上表示。

斯特拉瑟（Strasser）說(shuō)，公司還沒(méi)有決定是在密西西比河畔的蒙蒂塞洛核電站還是草原島核電站建造工廠(chǎng)。伯克（Burke）告訴觀(guān)眾，“現(xiàn)在看來(lái)，草原島將是首選的地點(diǎn)?！?/span>

其他問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)無(wú)關(guān)。為了最大限度地提高效率，制氫必須在核電站旁邊進(jìn)行嗎？還是必須將其放置在一段距離之外？“這些都是我們必須解決的細(xì)節(jié)?！眾W康納說(shuō)。

伯克建議，氫氣制造工廠(chǎng)應(yīng)該離反應(yīng)堆相對(duì)較近。“一旦你開(kāi)始長(zhǎng)距離運(yùn)輸氫氣，成本競(jìng)爭(zhēng)力就會(huì)開(kāi)始下降?！?/span>

安全問(wèn)題

任何核電項(xiàng)目的開(kāi)展都不能避開(kāi)安全問(wèn)題。根據(jù)全國(guó)會(huì)議在州立法機(jī)構(gòu)中的規(guī)定，明尼蘇達(dá)州是限制新建核電設(shè)施的14個(gè)州之一。

“隨著我們制造規(guī)模的擴(kuò)大，必須要讓?zhuān)ò踩O(jiān)管機(jī)構(gòu)）參與其中，因?yàn)槲覀儺a(chǎn)生的氫氣越多，人們就越擔(dān)心核電站發(fā)生氫氣爆炸”，艾斯能（Exelon）公司高級(jí)副總裁蘇格蘭格林利（Scot Greenlee），作為參加ANS會(huì)議的小組成員，強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“我們必須向核監(jiān)管機(jī)構(gòu)證明，在我們前進(jìn)的過(guò)程中，加大的投入是安全的?！?/span>

美國(guó)核管理委員會(huì)（Nuclear Regulatory Commission）發(fā)言人斯考特·伯內(nèi)爾（Scott Burnell）說(shuō)，美國(guó)最高核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)“意識(shí)到有幾家持牌企業(yè)計(jì)劃支持美國(guó)能源部（DOE）計(jì)劃下的制氫示范項(xiàng)目?！辈贿^(guò)，目前還沒(méi)有收到許可證申請(qǐng)。他說(shuō)：“隨著行業(yè)計(jì)劃的鞏固，核管理委員會(huì)工作人員將評(píng)估進(jìn)一步參與的必要性?！?/span>

Xcel的奧康納（O'Connor）說(shuō)，他希望明尼蘇達(dá)州人能夠認(rèn)識(shí)到，如果沒(méi)有可靠的選擇來(lái)處理長(zhǎng)期風(fēng)力輸出弱或無(wú)風(fēng)的情況，或者需要即時(shí)響應(yīng)的電壓或電流突然下降，就不可能實(shí)現(xiàn)高水平的風(fēng)力發(fā)電。為此，核電站已經(jīng)建立起來(lái)了。他說(shuō)：如果沒(méi)有某種形式的支持，“風(fēng)能本身無(wú)法支撐電網(wǎng)”，而核反應(yīng)堆可以填補(bǔ)這一缺口。

他說(shuō):“我們將達(dá)到某一階段，然后我們將充分發(fā)揮我們的能力，做更多的事情。我認(rèn)為，到那時(shí)，核問(wèn)題將成為討論的主要內(nèi)容?！?/span>

解決中西部地區(qū)較高的可再生能源水平的其他解決方案可能涉及大型多州輸電線(xiàn)路，目前受到政治、經(jīng)濟(jì)和民眾反對(duì)的限制，或者在電池存儲(chǔ)方面的巨額投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出客戶(hù)和監(jiān)管委員會(huì)考慮過(guò)的任何公共事業(yè)預(yù)算（Energywire，2019年12月19日）。

目前，繼續(xù)使用氫氣的理由似乎取決于它是否有能力幫助現(xiàn)有的核反應(yīng)堆繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)Xcel的伯克（Burke）的說(shuō)法，氫制造的推廣時(shí)間需要盡早而非更晚?！拔艺J(rèn)為我們需要加速，”他說(shuō)。在一個(gè)停車(chē)場(chǎng)建造一個(gè)1兆瓦的氫氣示范項(xiàng)目非常簡(jiǎn)單?！叭绻覀円蔀橐粋€(gè)真正的氫生產(chǎn)企業(yè)，你可能會(huì)談?wù)摂?shù)百兆瓦的規(guī)模。”

投資者是否愿意將資金投入到已有數(shù)十年運(yùn)行歷史的反應(yīng)堆的氫氣生產(chǎn)上？這些反應(yīng)堆可能還要運(yùn)行幾十年才能完全收回投資。

艾斯能（Exelon）公司的格林利（Greenlee）說(shuō)：“我們面臨的最大挑戰(zhàn)是與我們的核電站所在的州合作，讓它們對(duì)核電站項(xiàng)目的可行性產(chǎn)生興趣，這樣我們就可以生存足夠長(zhǎng)的時(shí)間，讓氫制造成為現(xiàn)實(shí)?！?/span>

但格林利（Greenlee）還說(shuō)：“我認(rèn)為，在某些情況下，這不會(huì)很快拯救核電站，這要取決于特定地點(diǎn)的收入來(lái)源。

來(lái)源：嘿嘿能源heypower