以核能推動更加深入的去碳化

未來電網中的靈活核電

作為美國能源部高級能源研究計劃署MEITNER計劃的一部分，我們最近對先進核電廠的成本和性能要求進行了研究，為尋求設計具有成本競爭力的有用產品供21世紀30年代早期商業化的先進反應堆開發商確定了市場要求。

我們的研究確定了核電廠業主和投資者以及整個社會所需要的價格和性能特征，以實現可負擔的、可靠的、有適應力的、靈活的，尤其是清潔的未來電力系統。我們的研究結果表明，成本低于3000美元/千瓦的先進反應堆將有很大的市場。將核電廠與熱能儲存結合起來，能夠使核電成為一種調峰資源——創造額外的寶貴儲能，并為能源系統帶來附加值。對于電網營運者、能源系統建模者和政策制定者來說，這顯示了靈活的核技術不僅在降低排放而且在降低整個能源系統的總成本方面的價值。

氫能合成燃料

為了達到所需的減排規模和速度，同時增加全球能源供應和經濟增長，零碳及碳中和燃料替代品需要實現與化石燃料的價格和性能平等。

無排放的核能制氫可以與其他零二氧化碳排放的生產方法具有成本競爭力，并有可能與低成本天然氣的蒸汽甲烷重整具有成本競爭力（Allen等，1986；彭博新能源財經，2020；Boardman等，2019；Gogan和Ingersoll，2018；氫能委員會，2020；國際能源機構，2019b；美國國家可再生能源實驗室，2019b；M.Ruth等，2017；Yan，2017）。即使是歐盟和美國昂貴的首創常規核電廠，也能以與當今風能和太陽能資源相當的成本生產清潔氫，且容量因子良好。

大規模、低成本的清潔氫如果能與廉價石油競爭，則可以實現航空、航運、水泥生產和工業的去碳化。我們估計這一目標價格為0.9美元/千克。

目前對可再生能源產氫的預測估計到2030年將低至2美元，到2050年則更低。盡管我們預計可再生能源的資本成本將繼續下降，但價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/千克的價格提供清潔氫，新一代先進模塊堆可能在2030年達到0.9美元/千克的產氫價格。

為了推動清潔產氫的大幅增長，核工業將需要改變項目實施和部署模式，以擴大規模并提供清潔熱能、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始改變全球能源系統。

通過從傳統建設項目轉向高生產率的制造環境，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），可以實現近期成本的大幅降低。

從傳統建設轉向先進反應堆的高生產率制造，將大幅降低清潔氫和合成燃料生產的成本。領先的船廠已擁有廣泛的制造能力，可以生產設計用途的制氫設施。

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現《巴黎協定》1.5/2℃目標的軌道。這種大規模的去碳化努力可以在占用土地極少的情況下實現，使得大面積的土地可以用于自然生態系統的重新植樹造林和再生，這與國家規模的可再生能源工業發展所帶來的“能源擴張”不同。

利用這些實施模式，從當今每天消耗1億桶石油到等量的清潔替代燃料的三十年過渡能夠以更低的成本實現：清潔能源替代燃料將花費17萬億美元，而不是維持到2050年石油流量所需的25萬億美元。這與純可再生能源戰略所需的70萬億美元形成鮮明對比。

核能，通過這些轉變的實施模式，能夠以低于維持化石燃料所需的成本實現經濟去碳化。然而，如果各國政府和其他行為者不采取緊急行動，以降低成本及加快創新和部署，這一轉變將無法開始。需要將核能全面納入世界的去碳化努力中。