核电与清洁能源转型
2020, September
Vol. 61-3
Kirsty Gogan是人类能源组织的共同创始人和常务理事，人类能源组织是专注于大规模深度去碳化和能源获取的环保非政府组织。
在实现《巴黎协定》关于到2050年将全球气温增幅限制在1.5℃至2℃的气候目标方面，世界远远没有走上正轨。目前的预测显示，到2050年，化石燃料仍将占世界能源使用的大部分。
如果我们未能实现1.5℃的目标，则可能意味着接受气候影响，例如数百万人因海平面上升而流离失所，还有数百万人面临极端热浪，以及与生物多样性有关的重大影响，包括物种丧失、北冰洋海冰消失以及几乎所有珊瑚礁的丧失。
如果我们未能达到2℃的目标，则世界上一半的人口可能会暴露在夏季的“酷热”中，南极冰层可能会崩塌，干旱可能会大规模增加，撒哈拉沙漠可能会开始向欧洲南部扩展。世界粮食供应可能会受到威胁，推动大规模的人口迁移，导致文明崩溃的风险不断增加。目前的能源
Eric Ingersoll是人类能源组织的首席技术官，也是一位战略顾问和企业家，在新能源技术的商业化方面有着丰富的经验。
目前的能源途径，甚至包括大规模扩大可再生能源发电的能源途径，正在将世界推向灾难性的气候结果，很有可能出现4℃的结果。这可能意味着地球上相当一部分地区将变得不适合居住。
我们共同发起的“清洁能源部长级灵活核电运动”探讨了核能在消除能源转型风险方面可以发挥的更大作用。在此，我们介绍了利用核能推动更深入去碳化的两个机会。
首先是通过先进反应堆和热能储存的结合，扩大核能在电力生产中的作用。这样做的目的是为了补充未来能源电网中的可再生能源。
二是通过利用核能大规模、低成本制氢，解决目前占能源消费四分之三的石油和天然气的使用问题。
为了实现核能部署所需的费用、规模和速度，需要一种新的模式。核工业必须结合技术和业务创新运用承诺和创造力，就像可再生能源行业学会的那样。
如何通过大批量、低成本、可快速部署和具有商业吸引力的制造模式使核技术能够在2050年之前为所有人提供零排放和可持续能源？
作为美国能源部高级能源研究计划署MEITNER计划的一部分，我们最近对先进核电厂的成本和性能要求进行了研究，为寻求设计具有成本竞争力的有用产品供21世纪30年代早期商业化的先进反应堆开发商确定了市场要求。
我们的研究确定了核电厂业主和投资者以及整个社会所需要的价格和性能特征，以实现可负担的、可靠的、有适应力的、灵活的，尤其是清洁的未来电力系统。我们的研究结果表明，成本低于3000美元/千瓦的先进反应堆将有很大的市场。将核电厂与热能储存结合起来，能够使核电成为一种调峰资源——创造额外的宝贵储能，并为能源系统带来附加值。对于电网营运者、能源系统建模者和政策制定者来说，这显示了灵活的核技术不仅在降低排放而且在降低整个能源系统的总成本方面的价值。
为了达到所需的减排规模和速度，同时增加全球能源供应和经济增长，零碳及碳中和燃料替代品需要实现与化石燃料的价格和性能平等。
无排放的核能制氢可以与其他零二氧化碳排放的生产方法具有成本竞争力，并有可能与低成本天然气的蒸汽甲烷重整具有成本竞争力（Allen等，1986；彭博新能源财经，2020；Boardman等，2019；Gogan和Ingersoll，2018；氢能委员会，2020；国际能源机构，2019b；美国国家可再生能源实验室，2019b；M.Ruth等，2017；Yan，2017）。即使是欧盟和美国昂贵的首创常规核电厂，也能以与当今风能和太阳能资源相当的成本生产清洁氢，且容量因子良好。
大规模、低成本的清洁氢如果能与廉价石油竞争，则可以实现航空、航运、水泥生产和工业的去碳化。我们估计这一目标价格为0.9美元/千克。
目前对可再生能源产氢的预测估计到2030年将低至2美元，到2050年则更低。尽管我们预计可再生能源的资本成本将继续下降，但价格下降受到容量因子低的限制。
目前的核电厂能够以低于2美元/千克的价格提供清洁氢，新一代先进模块堆可能在2030年达到0.9美元/千克的产氢价格。
为了推动清洁产氢的大幅增长，核工业将需要改变项目实施和部署模式，以扩大规模并提供清洁热能、燃料和电力。这将需要同样集中精力于降低成本、提高性能和部署率，从而使可再生能源开始改变全球能源系统。
通过从传统建设项目转向高生产率的制造环境，如造船厂，或‘氢巨型工厂’，即位于棕色地带的炼油厂（如大型沿海石油和天然气炼油厂），可以实现近期成本的大幅降低。
从传统建设转向先进反应堆的高生产率制造，将大幅降低清洁氢和合成燃料生产的成本。领先的船厂已拥有广泛的制造能力，可以生产设计用途的制氢设施。
巨型工厂和船厂制造的海上核电厂可以使世界重新走上实现《巴黎协定》1.5/2℃目标的轨道。这种大规模的去碳化努力可以在占用土地极少的情况下实现，使得大面积的土地可以用于自然生态系统的重新植树造林和再生，这与国家规模的可再生能源工业发展所带来的“能源扩张”不同。
利用这些实施模式，从当今每天消耗1亿桶石油到等量的清洁替代燃料的三十年过渡能够以更低的成本实现：清洁能源替代燃料将花费17万亿美元，而不是维持到2050年石油流量所需的25万亿美元。这与纯可再生能源战略所需的70万亿美元形成鲜明对比。
核能，通过这些转变的实施模式，能够以低于维持化石燃料所需的成本实现经济去碳化。然而，如果各国政府和其他行为者不采取紧急行动，以降低成本及加快创新和部署，这一转变将无法开始。需要将核能全面纳入世界的去碳化努力中。