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核能與可再生能源結合的混合能源潛力研究

2022-06-12 17:19  來源:嘿嘿能源heypower    核能  可再生能源  混合能源  核能利用

可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源的(de)能(neng)(neng)(neng)源生(sheng)產(chan)是間歇性的(de),可是一旦(dan)與(yu)核(he)能(neng)(neng)(neng)結合(he),就保證能(neng)(neng)(neng)源的(de)連續生(sheng)產(chan)。核(he)能(neng)(neng)(neng)與(yu)太陽能(neng)(neng)(neng),風能(neng)(neng)(neng)和地熱能(neng)(neng)(neng)等能(neng)(neng)(neng)源耦合(he)使用,可以有效減少(shao)溫室氣體(ti)排(pai)放,提高系統可靠性,并且(qie)提高核(he)發電的(de)能(neng)(neng)(neng)源效率。


 
世界的能源格局正在不斷發展。對氣候變化的擔憂促使人們不斷擺脫高碳排放能源。近些年,人們進行了關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是間歇性的,可是一旦與核能結合,就保證能源的連續生產。核能與太陽能,風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,并且提高核發電的能源效率。
 
1、 核能的經濟問題
許多經濟問題限制了核能的發展。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,在建造時期以及獲取監管許可時期通常出現成本不確定性。因此與中央計劃經濟體相比,自由化經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實質上考慮了能源項目在其整個生命周期中(建設,運營和維護)的總成本。
 
經美國能源情報署(EIA)評估,2019年投運核電站的LCOE為$ 86.1 / MWh,太陽能光伏發電的LCOE為$ 118.6 / MWh。EIA預測2022年投運電廠的LCOE成本為:核電為96.2 / MWh,太陽能光伏發電為58.1/ MWh。這表示核能的成本增加了10%以上,太陽能的成本大約減少了50%。
這僅僅是經濟數據,還未考慮棄核的政治因素。這對于傳統核電站的發展非常不利。
 
2、 核能與新能源耦合電站
盡管可再生能源發展迅猛,但可再生能源替代化石燃料,還有很長的路要走。最有潛力的兩種可再生能源(太陽能和風能),都面臨著共同的缺點—能源供應不穩定。由于沒有廉價高效的儲能裝置,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碳能源,可產生穩定,穩定的電力供應,其缺點是負荷跟蹤。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,從而實現更好的性能。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能熱電廠相結合。在這種設計中,來自太陽能熱電廠的熱量將核電站的飽和蒸汽變為過熱蒸汽,核電廠的效率將從33.9%提高到39.7%。
 
另一個概念是將小型核反應堆與生物質生產裝置以及風電相結合。小型核反應堆和風電的上網電量由電網需求控制,剩余的用于生物質的生產。風電產生的剩余電力也可用于制氫。該概念具有許多優勢,不僅滿足電網需求,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,為地熱發電站提供動力。
 
是否有國家建造核能與可再生能源的耦合電站還有待觀察。盡管該技術已經存在,但仍有許多問題有待解答,并且需要對設計進一步集成研究和開發。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,太陽能和核電都無法比擬。但是,隨著儲能技術的升級,這些擔憂也可以逐漸得到緩解。
 
3、耦合動力技術及應用
3.1耦合核能與煤炭
使用煤氣化技術,耦合核能與整體氣化聯合循環(IGCC)發電站可以產生800MW以上的電力,效率接近50%,煙氣排放量約為傳統燃煤發電廠的1/4。
 
通過將氫添加到氣化煤中,除可產生電能外,還可以生產液體運輸燃料和合成天然氣。耦合電站還可以生產對現代社會至關重要的多種基本化學物質,以及化學工業所需的過程熱。耦合電站可大大減少對環境的影響,煤炭可繼續使用。
 
3.2耦合核能與太陽能
近些年全球沙漠地區越來越多使用的創新技術將集中式太陽能與聯合循環發電廠相結合。耦合核能與集成太陽能聯合循環(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可能是無法存儲能源以適應未來的電力需求。耦合核能與壓縮空氣儲能(CAES)電站克服了長期以來一直困擾著能源存儲的問題。這種創新方法可以顯著改善可再生能源的經濟性。
 
REopt項目下的國家可再生能源實驗室(NREL)對核能與可再生耦合能源系統(NRHESs)的設計和運行計劃進行了優化。NRHESs可用于生產合成汽油的液體燃料,可用于海水淡化,可為工業生產提供熱量,也可電解制氫。NRHESs可以實現低碳電力供應以及工業熱供應。



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