美国核电氢能转换示范项目获得大力资助

2021-10-27 11:53  来源:嘿嘿能源heypower    核电氢能  核能制氢  美国核电

位于亚利桑那州的 Palo Verde 发电厂——一座容量为4GW的核电站——正准备利用低温电解(LTE)系统生产氢气,亚利桑那州公共服务署(APS) 旗下的天然气发电厂提供燃料。


位于亚利桑那州的 Palo Verde 发电厂——一座容量为4GW的核电站——正准备利用低温电解(LTE)系统生产氢气,亚利桑那州公共服务署(APS) 旗下的天然气发电厂提供燃料。由PNW Hydrogen公司(是Pinnacle West的子公司)领导的创新能源转换示范项目将获得2000万美元的联邦资助,其中包括能源部氢燃料电池技术办公室(HFTO)的1200万美元和能源部核能办公室(NE)的800万美元。

这项资助参与者将包括研究界、学术界、工业界和州政府的多个利益相关者。在联邦层面上,包括爱达荷国家实验室(INL)、爱达荷瀑布基地实验室(该实验室正成为核能一体化研究和开发的中心热点)、国家能源技术实验室(NETL)和国家可再生能源实验室。电力研究所、亚利桑那州立大学和加州大学欧文分校也将参与该项目。这些机构一直在支持能源部6月7日发起的“能源地球保护倡议”(Energy Earthshots Initiative) ,该倡议旨在未来10年内将清洁氢气的成本降低80% 至每千克1美元。

该项目的私人合作伙伴将包括OxEon公司(一家专门从事固体氧化物燃料电池的公司)和西门子能源公司(Siemens Energy)。西门子能源公司(Siemens Energy)是一家燃气轮机制造商,该制造商在脱碳燃气发电方面投入巨资,并希望到2030年生产能够燃烧100%氢气的重型燃气轮机。值得注意的是,西门子能源公司也是HYFLEXPOWER的主要利益相关者。HYFLEXPOWER是一个由欧盟支持的为期四年的项目,旨在工业规模项目和实际电厂应用中展示一个完全一体化的电力-氢气-电力的转换项目。

同样值得注意的是洛杉矶水电署(LADWP),作为一个公共电力机构,其在2021年5月与绿色氢气联盟(Green hydrogen Coalition)合作,根据 HyDeal LA 项目,提出了将洛杉矶地区的4座燃气发电厂改造为氢燃料发电厂的计划。该联盟由电力公司、管道制造商和金融公司组成,目前正在努力建造必要的基础设施。

Palo Verde电站是一座有三台机组4-GW的核电站,位于亚利桑那州凤凰城以西约50英里处。亚利桑那州公共服务署运营该核电站,拥有Palo Verde 1号和3号机组29.1%的股份,以及2号机组约17%的股份。此外,APS租赁了约12.1%的2号机组,因此该机组的所有权和租赁权益合计为29.1%。APS与Salt River Project(17.5%)、El Paso Electric(15.8%)、南加州爱迪生公司(15.8%)、PNM Resources(10.2%)、南加州公共电力局(5.9%)和LADWP(5.7%)共同拥有电厂所有权。

核能的多功能性

PNW Hydrogen公司参与亚利桑那州项目尤其引人关注,因为其母公司——投资者所有的 Pinnacle West 公司——几乎所有的收入和盈利都来自其主要子公司 APS。APS 是 Palo Verde 核电站的运营商,该核电站有三台机组,是美国西南部地区的主要电力来源。该公司拥有1号和3号机组29.1% 的股份,2号机组约17% 的股份(它与 Salt River Project、 El Paso Electric、南加州爱迪生公司、 PNM Resources、南加州公共电力局和 LADWP 共同拥有电厂所有权)。

虽然PNW Hydrogen公司计划在2031年前停止所有煤炭发电,并到2050年100%依赖“清洁”能源,但目前公司在亚利桑那州仍运营着6座天然气发电厂。其中包括位于Palo Verde附近的Redhawk电厂;位于Tempe的Ocotillo电厂;位于Coolidge的Sundance电厂;位于凤凰城西南部的West Phoenix电厂;位于Tucson北部的Saguaro电厂;还有位于Yuma附近的Yucca电厂。APS表示,由联盟牵头的核示范项目“有望为太阳能主导的电力市场上发电和制氢之间的灵活过渡提供见解。”

美国能源部轻水反应堆可持续发展项目主任Bruce Hallbert解释说:“该项目以及其他类似项目与国家能源局(INL)和美国能源部(DOE)的宗旨相一致,以维持现有的轻水反应堆运行,并支持未来先进核动力系统的发展方向。这些项目展示了核能的多功能性,以满足对能源和能源产品的需求,同时减少对环境的碳排放。”

展示核电产氢的最大发电能力

然而,关于该项目所需要的细节仍然模糊不清。Pinnacle West的财务文件显示,该项目正在分阶段推出,计划持续到2023年。据报道,作为第一阶段的一部分,INL已经"对利用Palo Verde核电站发电以产生氢气进行了技术和经济评估"。根据Palo Verde公用事业合作伙伴示范项目的经验以及INL在Palo Verde进行的专题技术和经济评估,PNW Hydrogen公司向美国能源部核能办公室提交了试点资金申请。

与此同时,美国能源部在10月7日透露,该项目将至少使用“6吨储存的氢气来产生大约200MWh的电力。”该公司表示,这些电力通过氢气涡轮机产生,将在“高电力需求期使用,也可能用于制造化学品和其他燃料”。

NETL 在10月13日表示,它计划通过几个不同的氢研究和开发领域来促进项目。除了向联盟成员提供燃气轮机就氢气-天然气混合燃料燃烧方面的咨询意见外,它还将提供燃气轮机混合燃烧示范的独立性能评估。

此外,NETL将“评估氢气和天然气混合物对管道和分配系统的部件材料造成的损伤,从而确定设计选择和运行维护的备选方案,以降低风险。”且与NREL和INL合作中,它将尝试量化氢气生产的效益,并“评估更广泛建立氢气生产和使用的机会。”

美国能源局努力实现可负担的核氢生产

据INL能源和环境科学技术项目办公室主任理查德·博德曼(Richard Boardman)称,美国开发核氢潜力的计划主要集中在工业用途上,因为美国已经有几条现有的供工业中心使用的氢气管道。9月21日,在第65届国际原子能机构(IAEA)大会上,Boardman就“混合能源”发表了美国的观点,他说:“我们相信,以电解为基础的中央制氢厂对我们来说将是一个巨大的机会。”。

工业用途可能包括“把反应堆置于炼油厂或石化公司附近。我们正在与其中一些美国公司合作。”“我不能公开披露,但我们的研究经费目前有几百万美元,正在考虑将这些中小型反应堆置于工业范围内,这样它们就可以专门用于制造氢气。”他表示,关键点是将运输和大规模储存成本降至最低。

INL还在其专用的动态能量传输和集成实验室(DETAIL)研究其他几种最终用途。该设施提供了一个“测试环境”,可以对发电、储存和工业最终用途的电和热的协调、受控和高效的多向分布进行模拟。Boardman说:“我们正在努力证明,我们不仅可以在发电和产氢的需求响应机组之间进行迁移,而且还可以通过调整频率来帮助管理电网的电能质量。”

关键是,创新的“互联”系统为降低氢成本提供了方便。电解槽系统集成一直是关注点。Boardman表示,INL目前正在与欧洲商用电解槽堆生产商以及美国Bloom Energy公司进行合作。

到现在为止,至少有一个系统的测试表明,电解槽堆可以成功运行4000多个小时,而性能几乎没有下降。“这对我们来说非常令人鼓舞,我们已经准备好,不仅要超越LTE,还要将高温电解技术与这些核电站结合起来,相信这些技术将持续足够多年,未来生产氢气的经济效益可观,”他说。

Boardman表示,美国正在进行的氢能生产示范活动也取得了令人鼓舞的进展。Exelon公司现在正准备明年1月份在Nine Mile Point核电站安装一个经过INL测试的Nel氢电解槽。与此同时,Energy Harbor公司已经在对其4台机组Davis Besse核电厂的Switchyard进行工程改造,有可能允许联盟伙伴将正在进行的示范规模扩大到“数百兆瓦”,他说:“这个示范项目……将有助于教会操作人员如何控制电厂,以及那个小型电厂将如何与电网整合。”Xcel Energy公司展示通过高温蒸汽实现电解,将“通过一个小模块将蒸汽和电力完全集成,这也将为我们进一步扩大热集成奠定了基础。”

公用事业公司目前也在准备满足与“在核电厂附近建立大型氢电厂”相关的监管要求。今年9月,公用事业公司召开会议,组织了两个利益相关者团体:一个团体将重点关注监管需求,另一个团体将“实际设计和开发这些轻水反应堆的热能系统,以获取大量热能,并支持氢气生产”。他说:“我们已经对这些核电站大约半公里范围内的氢气生产进行了初步的概率风险评估。到目前为止,一切对我们来说都是有利的。”。

实现地球保护计划中的氢气成本目标

拜登政府的“Earthshot”(为地球奋斗,一项地球保护计划)目标,是将清洁氢的成本降低80%至每千克1美元。

“在轻水反应堆可持续发展项目下,大约投入使用资金有5000万美元。”“我们的目标是使核设施现代化,以降低运营成本。其中许多运行成本已经降至30美元/兆瓦时,有些甚至可能更低。我们希望降低电力生产成本,使它们更具竞争力,因为归根结底,在电解过程中,电力成本是氢成本中最主要的因素,” Boardman 说。

除了有针对性的技术改进,INL和其他国家实验室正在探索大批量生产氢,以支持降低设备成本。此外,提高燃料堆的使用寿命还可以将运营成本降低到每千克氢约1.70美元。还要努力将减少工厂成本和其他电力成本的需求相平衡,以及探索电解过程产生氧气的销售。

INL 已经在与反应堆堆供应商合作,独立生产氧气和氢气。“我们希望这将在未来十年内能够实现,然后我们就能真正实现Earthshot的目标,” Boardman说。

免责声明:本网转载自合作媒体、机构或其他网站的信息,登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考,不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之,本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者,视为自愿接受本网站声明的约束。

图为技术

深圳核博会

中国核电网


推荐阅读