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    目前痛点

    由于电力的需求和供应一直在变动,目前电网运营商希望电力供应能更加灵活。

    核电投资者也希望利用约60%的核能废热,以实现更多的投资回报。

    为了满足这些需求,发电装置面临的挑战远不止将功率最大化那么简单。这些挑战不仅体现在设计和建造上,还体现在日常运行中。这或许对发电装置将产生颠覆性的影响,但这就是新方案的核心所在。正在策划中位于英国东海岸的Sizewell C核电站EPR机组就采用了一些新方案。

    抽汽供暖

    SizewellC公司的财务总监Julia Pyke表示,Sizewell C将利用核电机组抽汽供暖。但是目前英国的集中供热普及率很低,而且将集中供热地区与偏远的核电机组连接起来非常困难。

    Sizewell C核电机组计划在汽轮机上设置阀门,将部分高温蒸汽从汽轮机中释放出来。

    当使用蒸汽时,核电机组产生的电力就会减少。但这意味着核电机组具有更好的系统灵活性。在可再生能源主导电网的时间段,可能出现电力过剩,这时Sizewell C核电机组的灵活性将得到很好的体现。而从汽轮机中抽出的蒸汽可以用于其它工业品的生产(比如氢能),这将会使核电机组的效率最大化。而生产的氢能是可存储的清洁能源,进一步提升了能源系统的灵活性。

    Pyke表示,Sizewell C设计团队目前正在研究从汽轮机抽取蒸汽的最佳位置。

    必须在不影响核安全的情况下抽取蒸汽,同时所在位置的温度和压力要合适。

    开发氢能

    如果Sizewell C周围没有低品位能源的供暖市场,那么是否存在高品位能源的应用场景呢?答案就是氢能。这就是“基于当地的系统思维”重要性的体现。

    氢能可以用在很难降低碳排放的场景,比如取代天然气用于家庭供暖或者用于重型货物运输燃料。不过这将对能源行业产生巨大的冲击,有可能形成一个巨大的新兴产业。氢气可以通过水蒸气和烃类转化生成,也可以通过电解蒸汽制取。Sizewell C计划采用电解蒸汽的方式,使用蒸汽代替电力来加热,可以提高固体氧化物电解槽高达10%的性能。因此,在可再生能源主导电网的时间段,Sizewell C的过剩电力与工艺热相结合,可以以较低的价格大量生产氢气。

    英国东海岸的Sizewell地区是主要港口的所在地,成千上万的重型货车(HGVs)通过该地区。这些汽车目前采用的是柴油燃料,预计在中期将改为使用氢能电池。这就是SizewellC制氢的潜在本地市场。当地的燃气管网也是如此。

    而氢能市场的建立面临着类似“鸡生蛋,蛋生鸡”的局面,新的加气站和新的消费者都在等待对方的时机成熟。Pyke认为,在Sizewell C建设完成可以长期提供氢气之前,在建设阶段的厂区车辆提供氢气或许可以启动市场。

    为了做到这一点,法国电力集团(EDF)计划在2022年在Sizewell厂区安装一个2MW的电解制氢装置用来测试市场。使用Sizewell B厂的电力来生产氢气,为建设工地的交通提供燃料。

    这个2MW的制氢装置,尺寸与集装箱类似,每天可生产800公斤氢气,足够为16辆厂区车辆提供动力。

    这是在Sizewell C核电站建设阶段减少碳排放的途径;同时也启动了对“运输用氢”的投资,这可能成为当地产业的核心。Sizewell C公司发布了一份征集合作意向的公告,邀请各公司与其联系。这些公司将有机会安装制氢装置或者运营一些氢能汽车。

    Sizewell C公司正在与英国政府、EDF和中国广核集团(CGN)一起寻找新投资者。Sizewell C公司将不得不决定是否从事制氢的业务,还是仅仅为制氢提供热能和电力。随着Sizewell C公司对氢能汽车需求的变化,以及其他氢能客户的增多,Sizewell C公司将在10年后决定运行策略。在Sizewell C附近安装第一个电解制氢装置可以更有效的利用氢气。随着未来商业规模的扩大,需要将制氢厂房设置在一个最佳的地点,既方便Sizewell的热力和电力接入,同时接近氢能消费者。

    负碳工厂

    Sizewell C产生的高品位热能还有其它用途。

    安装直接空气碳捕获(DAC)装置,可以使核电站在全生命周期从低碳工厂变为负碳工厂。

    由于英国的净零碳排放目标,“负碳”技术在英国很有吸引力。目前唯一的“负碳”技术是在生物质发电过程中实现碳捕获和储存,但生物质发电在英国仍存在争议,而且这需要很大的土地面积。

    Pyke表示,SizewellC公司需要具有121,000吨/年能力的DAC装置,每年需要使用24GWh的电以及240GWh的热(100℃)。需求的电与热只占SizewellC的产能的很小比例。在DAC进入商业生产后,SizewellC的效率会更高。

    由此捕获的二氧化碳需要长期储存,英国政府已经在研究利用废弃的海上石油和天然气设施来储存二氧化碳,这也是“基于当地的系统思维”的具体体现。Sizewell C所在的海岸附近有几个废弃设施。

    英国政府将大力支持碳捕获和存储技术。商业、能源和工业战略部启动了温室气体清除竞赛,以开发一个DAC示范项目。Sizewell C公司发布了第二次征集合作意向的公告,寻求合作公司来共同开发和测试这项技术。

    清洁航运燃料

    像Sizewell规模的大型发电厂一旦生产工艺热,其商业模式就可以变得丰富起来。

    Sizewell C公司可以利用无碳热量、氢气和二氧化碳来合成清洁航运燃料。Sizewell C将与英国港口合作,帮助英国在可持续的短程航运市场占据领先地位。航空业也是一个难以脱碳的行业,使用清洁航运燃料后,也可以实现零碳目标。

    在这个方案中,从空气捕捉到的二氧化碳中产生CO,从蒸汽中产生H2,同时使用Sizewell C的无碳热量和电力生产合成气或其他合成燃料。能源的综合利用总比单一利用更有效,而且该技术已经存在,尚未实现大规模的商业应用。

    Sizewell C公司也考虑向温室种植等企业出售低品位热能,这些企业要么靠近电厂,要么靠近其它高品位热能利用公司(部分高品位热能的副产品为低品位热能)。

    商业模式

    Sizewell C公司将开始与当地的工业公司关于工艺热的合作。这包括为港口工业及氢能汽车提供能源的港口运营商。

    市场的潜力是巨大的。根据各种行业估计,到2035年氢能将为英国经济创造180亿英镑的GVA,并新增7.5万个就业岗位。而英国国内的可持续燃料生产行业每年仅可创造7.42亿英镑的GVA,提供5200个就业岗位。可持续航空燃料的全球出口市场还可创造13,600个就业岗位。提供热能和电力的综合产品并与其他当地产业密切合作,将使Sizewell C一部分市场。

    究竟哪些项目可以从试点走向商业化运营,甚至成为一个新产业的核心,还有待观察。最重要的是创新商业模式的思想。这让核电站不再只是生产电力。

    这种商业模式能够为地方和国家量身定制工艺热、氢能及燃料等多种无碳能源。

 
 
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