核能與可再生能源結合探索

世界的能源格局正在不斷發(fā)展。對氣候變化的擔憂(yōu)促使人們不斷擺脫高碳排放能源。近些年，人們進(jìn)行了關(guān)于核電與可再生能源結合的混合能源潛力的研究。

可再生能源的能源生產(chǎn)是間歇性的，可是一旦與核能結合，就保證能源的連續生產(chǎn)。核能與太陽(yáng)能，風(fēng)能和地熱能等能源耦合使用，可以有效減少溫室氣體排放，提高系統可靠性，并且提高核發(fā)電的能源效率。

1、核能的經(jīng)濟問(wèn)題

許多經(jīng)濟問(wèn)題限制了核能的發(fā)展。由于前期資本要求很高，私人投資者對核能的興趣要低于其他能源。另一方面，在建造時(shí)期以及獲取監管許可時(shí)期通常出現成本不確定性。因此與中央計劃經(jīng)濟體相比，自由化經(jīng)濟體建造新核電站的計劃要少得多。

雖然很難精確地評估能源成本，但要獲得對成本的合理認識，可以使用平均電力成本方法（LCOE）。LCOE實(shí)質(zhì)上考慮了能源項目在其整個(gè)生命周期中（建設，運營(yíng)和維護）的總成本。

經(jīng)美國能源情報署（EIA）評估，2019年投運核電站的LCOE為$ 86.1 / MWh，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的LCOE為$ 118.6 / MWh。EIA預測2022年投運電廠(chǎng)的LCOE成本為：核電為96.2 / MWh，太陽(yáng)能光伏發(fā)電為58.1/ MWh。這表示核能的成本增加了10％以上，太陽(yáng)能的成本大約減少了50％。

這僅僅是經(jīng)濟數據，還未考慮棄核的政治因素。這對于傳統核電站的發(fā)展非常不利。

2、核能與新能源耦合電站

盡管可再生能源發(fā)展迅猛，但可再生能源替代化石燃料，還有很長(cháng)的路要走。最有潛力的兩種可再生能源（太陽(yáng)能和風(fēng)能），都面臨著(zhù)共同的缺點(diǎn)—能源供應不穩定。由于沒(méi)有廉價(jià)高效的儲能裝置，這對于可再生能源是嚴峻挑戰。

另一方面，核能是一種可靠的無(wú)碳能源，可產(chǎn)生穩定，穩定的電力供應，其缺點(diǎn)是負荷跟蹤。如果可以有效地結合使用核能和可再生能源，它們可能將抵消彼此的缺點(diǎn)，從而實(shí)現更好的性能。耦合可再生能源電站是一種將可再生能源形式與不可再生能源相結合的電站。

核能與可再生能源的耦合電站概念有很多種。其中之一是將小型核反應堆與集中式太陽(yáng)能熱電廠(chǎng)相結合。在這種設計中，來(lái)自太陽(yáng)能熱電廠(chǎng)的熱量將核電站的飽和蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，核電廠(chǎng)的效率將從33.9％提高到39.7％。

另一個(gè)概念是將小型核反應堆與生物質(zhì)生產(chǎn)裝置以及風(fēng)電相結合。小型核反應堆和風(fēng)電的上網(wǎng)電量由電網(wǎng)需求控制，剩余的用于生物質(zhì)的生產(chǎn)。風(fēng)電產(chǎn)生的剩余電力也可用于制氫。該概念具有許多優(yōu)勢，不僅滿(mǎn)足電網(wǎng)需求，而且能源浪費量最少。

最后值得一提的是核能與地熱能耦合發(fā)電站，其核芯位于干熱巖層中的地下深處。核反應堆增強地層溫差，為地熱發(fā)電站提供動(dòng)力。

是否有國家建造核能與可再生能源的耦合電站還有待觀(guān)察。盡管該技術(shù)已經(jīng)存在，但仍有許多問(wèn)題有待解答，并且需要對設計進(jìn)一步集成研究和開(kāi)發(fā)。但是，如果驗證可行，耦合電站將有助于分別解決每種能源的重大缺陷。

耦合電站的挑戰仍然存在，在負荷跟蹤能力方面，與化石燃料相比，太陽(yáng)能和核電都無(wú)法比擬。但是，隨著(zhù)儲能技術(shù)的升級，這些擔憂(yōu)也可以逐漸得到緩解。

3、耦合動(dòng)力技術(shù)及應用

3.1耦合核能與煤炭

使用煤氣化技術(shù)，耦合核能與整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電站可以產(chǎn)生800MW以上的電力，效率接近50％，煙氣排放量約為傳統燃煤發(fā)電廠(chǎng)的1/4。

通過(guò)將氫添加到氣化煤中，除可產(chǎn)生電能外，還可以生產(chǎn)液體運輸燃料和合成天然氣。耦合電站還可以生產(chǎn)對現代社會(huì )至關(guān)重要的多種基本化學(xué)物質(zhì)，以及化學(xué)工業(yè)所需的過(guò)程熱。耦合電站可大大減少對環(huán)境的影響，煤炭可繼續使用。

3.2耦合核能與太陽(yáng)能

近些年全球沙漠地區越來(lái)越多使用的創(chuàng )新技術(shù)將集中式太陽(yáng)能與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)相結合。耦合核能與集成太陽(yáng)能聯(lián)合循環(huán)（ISCC）電站可提供峰值功率，且排放量極低，成本遠低于傳統的燃氣輪機以及太陽(yáng)能光伏電站。

3.3耦合核能與儲能

間歇性可再生能源的最大缺點(diǎn)可能是無(wú)法存儲能源以適應未來(lái)的電力需求。耦合核能與壓縮空氣儲能（CAES）電站克服了長(cháng)期以來(lái)一直困擾著(zhù)能源存儲的問(wèn)題。這種創(chuàng )新方法可以顯著(zhù)改善可再生能源的經(jīng)濟性。

REopt項目下的國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）對核能與可再生耦合能源系統（NRHESs）的設計和運行計劃進(jìn)行了優(yōu)化。NRHESs可用于生產(chǎn)合成汽油的液體燃料，可用于海水淡化，可為工業(yè)生產(chǎn)提供熱量，也可電解制氫。NRHESs可以實(shí)現低碳電力供應以及工業(yè)熱供應。