電力及公用事業(yè)-核能綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告

請仔細閱讀本報告末頁聲明核能綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告核能綜合利用，既是新型電力系統(tǒng)下核電提升調節(jié)能力的需求，也是新型能源體系中終端用能形式不斷多元化條件下核能發(fā)展的重要選擇。各類綜合利用形式中，氫能將成為核能在非電應用領域的核心應用形式，壓水堆制氫和高溫氣冷堆制氫發(fā)展將并駕齊驅，預計2050年可實現(xiàn)核能制氫年產(chǎn)量1000萬噸以上，能夠滿足我國約1/6的氫氣需求。壓水堆核電機組電解水制氫有望成為核能利用實現(xiàn)突破的領域，一座百萬千瓦級核電機組每年有望實現(xiàn)生產(chǎn)約20萬噸氫氣。高溫氣冷堆制氫預期成本最低，壓水堆電解制氫成本不斷下降。我們考慮四種核能制氫方案進行平準化制氫成本分析，計算結果表明，使用壓水堆核電廠制氫時，高溫電解制氫成本為2.76美元/kg，低于常規(guī)電解成本。使用高溫氣冷堆制氫時，高溫電解制氫方案與熱化學S-I循環(huán)方案成本均在3美元以下，具有較佳經(jīng)濟性。核能供熱技術成熟，核能熱電聯(lián)產(chǎn)成為北方地區(qū)清潔供暖重要保障，經(jīng)濟性已初步具備競爭力。供熱小堆目前以采輕水堆技術為主，已進入示范驗證階段。核能供熱具有較大市場規(guī)模。通過熱電聯(lián)產(chǎn)，預計一個包含6臺百萬千瓦級核電機組的核電基地，能夠提供約1.2億平方米的供暖面積，相當于山東省約7.5%，或遼寧省約9%的供熱面積，能夠大規(guī)模替代燃煤鍋爐，對北方地區(qū)清潔供暖有重要支撐作用。核能工業(yè)供汽是核能助力工業(yè)部門碳減排的重要舉措，將成為核能應用的下一個重要方向。核能海水淡化，能夠作為我國加強能源應急能力建設、應對重大突發(fā)事件的優(yōu)先選項。以綜合能源供應系統(tǒng)的形式利用核能，是遠期核能利用的重要形式，也是構建新型能源體系對于核能利用的核心要求。系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶側負荷的變化，靈活調節(jié)各類能源產(chǎn)品的生產(chǎn)份額，同時能源存儲模塊能夠實現(xiàn)能源產(chǎn)品的平滑輸出，使得核能綜合能源供應系統(tǒng)具備了更好的運行靈活性，更優(yōu)的運行經(jīng)濟性，更高的能量利用效率。以海南省為例，以清潔能源島建設為契機和引領，通過核能綜合利用，構建以核能為核心的能源體系，能夠在遠期基本實現(xiàn)海南省能源系統(tǒng)凈零排放。作者分析師于夕朦相關研究1、《液流電池行業(yè)綜述—行業(yè)名稱：電力及公用事業(yè)》2023-03-232、《行業(yè)格局穩(wěn)中有變，地方推動海風落地—風電》2023-03-22風險提示：核能綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模受技術和政策影響不及預期，核能綜合利用需求不及預期，技術革新和成本下降速度不及預期，商業(yè)模式形成不達預期。電力系統(tǒng)對于核能制氫靈活性調節(jié)需求不達預期，核能制氫技術成熟度和降本速度不達預期。P.2請仔細閱讀本報告末頁聲明內容目錄 4 4 4 7 8 8 3.3核電熱電聯(lián)產(chǎn)能夠部分取代現(xiàn)有燃煤供熱機組 6.核能綜合能源供應系統(tǒng)應用設想：海南綜合能源 P.3請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表目錄 4 5 5 7 8 9 10圖表8：核能制氫技術路線 11 13 14圖表11：INL核能制氫系統(tǒng)流程圖 15圖表12：INL核能制氫系統(tǒng)運行模式 15圖表13：各類不同運行方案下的ΔNPV值 16 17圖表15：四種不同核能制氫方案LCOH計算結果 18 18 19圖表18：2020-2060年中國氫能需求量預測 20 22 22 23 27圖表23：一周時間內N-RHES系統(tǒng)功率隨凈負荷變化情況 29圖表24：DETAIL試驗系統(tǒng)流程圖 29圖表25：DETAIL試驗實景布置 30 30圖表27：海南省2020年一次能源消費結構 32圖表28：海南2021年電力裝機結構 32 34圖表30：2040年海南省一次能源消費結構預測 34P.4請仔細閱讀本報告末頁聲明1.核能綜合利用的目的和意義1.1發(fā)展清潔能源是構建新型能源體系的核心路徑黨的二十大報告提出，我國將積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動。深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設新型能我們預測，到2060年，我國光伏、風電、水電、核80%以上。風電和太陽能發(fā)電量占比則將從當前的9.5%增長至圖表1：我國一次能源消費比例預測1.2新型電力系統(tǒng)對于靈活性調節(jié)能力的需求顯著擴大構建新型能源體系，重中之重是構建新型電力系統(tǒng)。在新型電力系統(tǒng)中，隨著可再生能源滲透率的不斷提升，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行面臨挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)靈活性不足制約可再行模式下，火電、核電等穩(wěn)定的電源形式帶基荷運行，水電、天然氣發(fā)電和部分調峰火電承擔靈活性調節(jié)角色，為電力系統(tǒng)提供快速響應能力。在新型電力系統(tǒng)中，由于新能P.5請仔細閱讀本報告末頁聲明源發(fā)電的高間歇性，出力波動性強，對于靈活性調節(jié)資源的需求更高，其他各類資源需圖表2：傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和高新能源占比電力系統(tǒng)電力平衡對比（b）美國加利福尼亞州2020年5月日內負荷曲線資料來源：FlexibleNuclearEnergyforC因此，新型電力系統(tǒng)中，新能源成為主力電源，少，各類電源均需要具備調節(jié)性和可調配性，以適應巨量新能源產(chǎn)生的出力波動性和間通常用凈負荷（用電負荷減去風光出力后的凈值）的波動性特征參數(shù)（幅值、頻率、變山，凈負荷需求迅速攀升，這就要求電力系統(tǒng)具備午間降低出力、傍晚迅速提升出力的圖表3：日內光伏發(fā)電接入前后電力系統(tǒng)供需平衡情況P.6請仔細閱讀本報告末頁聲明整理當前，由于電力系統(tǒng)靈活性欠缺，我國仍然存在用熱矛盾突出，電力系統(tǒng)難以適應可再生能源快速發(fā)展的新態(tài)勢?？傮w來看，各地區(qū)電力系統(tǒng)的靈活性調節(jié)能力不同，但都難以滿足高比例可再生能源發(fā)電的需求。在可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)、負荷峰谷差不斷拉大、輸電線路利用不及預期、需求側資源尚未形成整合調控、部分地區(qū)供熱季供熱面積大幅增加的情況下，電力系統(tǒng)對靈活性的需求會進一步擴大。因此，中國亟需挖掘當前各類靈活性資源的潛力，促進“源-網(wǎng)-荷-儲”）；各類調節(jié)機制能夠在不同時間尺度上，提供不同規(guī)模的能量調節(jié)和出力調節(jié)，同時提供各類輔助調節(jié)服務能力，維護電網(wǎng)的穩(wěn)定性。圖表4展示了各類輔助調節(jié)服務響應時間P.7請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表4：各類輔助調節(jié)響應時間需求和應用場景火電靈活性改造受限于成本限制和火電本身規(guī)模削減的趨勢，其改造潛力有限；抽水蓄能受限于地理約束，也存在規(guī)模上限。根據(jù)我國新能源發(fā)電裝機規(guī)模、抽水蓄能電站發(fā)展規(guī)劃和火電靈活性改造規(guī)模進行預估，到2030年，我國現(xiàn)有靈活不足以滿足新能源發(fā)電的裝機規(guī)模。因此，隨著新能源占比不斷提升，核電、水電等各1.3核電發(fā)展需進一步提升自身靈活性調節(jié)能力新型電力系統(tǒng)中，核電的運行方式將走向基荷與調節(jié)并重的模式。現(xiàn)階段我國核電機組多以基荷運行為主，只有在惡劣天氣等特殊時段，才會安排核電機組配合電網(wǎng)調峰。年度調峰次數(shù)少，調節(jié)幅度低，對于核電經(jīng)濟性運行影響尚不明顯。但可以預見，在未來深度脫碳的新型電力系統(tǒng)中，核電既要作為主要綠色基荷，為大規(guī)模新能源消納提供基礎保障，也要提供各種時長的靈活性響應能力，以配合消納更具經(jīng)濟競爭力的新能源電力。在靈活性調節(jié)能力需求極大提升的場景下，核能很難長期維持承擔基荷的角色，勢核電市場化交易進程加速，核電運行靈活性面臨考驗。核電企業(yè)市場交易電量及比例呈浙江省統(tǒng)調核電機組的一部分電量已開始參與電力現(xiàn)貨交易。地方政府也傾向擴大核電停機或頻繁變動負荷的可能，未來隨著現(xiàn)貨交易市場規(guī)模逐漸擴大，可能對核電的經(jīng)濟須考慮核電靈活運行的能力。核電需要在承擔基荷能源的同時，向具備出色靈活性調節(jié)P.8請仔細閱讀本報告末頁聲明1.4綜合利用是核電提升靈活性調節(jié)能力重要途徑核能發(fā)電是核反應堆產(chǎn)生熱能由冷卻劑帶出后，經(jīng)由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽、推動汽輪機和發(fā)電機轉動，最終轉化為電能的過程。由其能量轉化過程能看出，控制核電發(fā)電功率節(jié)等控制手段，調節(jié)核反應堆的熱功率，實現(xiàn)核電輸出功率的調節(jié)。法國核電機組多采圖表5：法國核電機組日內調節(jié)運行曲線資料來源：NuclearEnergyforaNetZeroWorld，長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理二是通過調配不同時間段內電能、熱能的生產(chǎn)和利用比例，控制通過汽輪機-發(fā)電機的備對核能產(chǎn)生的熱能、電能進行存儲和轉換的能力，能夠根據(jù)負荷需求，控制發(fā)電機功率。具體來講，就是將未送入電網(wǎng)的電能，以及未通過汽輪機的蒸汽所包含的熱能，以制氫、供熱、供蒸汽、海水淡化形式轉變?yōu)槠渌问降哪芰?，提供給各類終端用戶，實這種方式能夠在提升核電調節(jié)性能的同時，進一步提升能量利用效率，提升核能利用的1.5對核能的多元綜合利用，將是人類和平利用核能的主要方向發(fā)電的應用形式，探索更多的由核能向終端能源的轉化形式，并與需求場景對接，創(chuàng)造新的能源體系下核能應用的新模式。從核能利用的發(fā)展歷史和和未來的發(fā)展趨勢看，核P.9請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表6：核能綜合利用形式演化路徑預測第一階段是單點應用，即核能的單一發(fā)電，是目前民用核能利用的主要形式，其具第二階段是核能的單向線狀多元應用，即在發(fā)電的基礎上，與供熱、供汽、供水、第三階段是多能互補的多維度綜合應用，即建立以核能為中心，涵蓋各類能源用戶他供能形式結合的發(fā)展的過程中。根據(jù)國際原子能機構發(fā)布的2021年版《國家69臺機組除核能發(fā)電外，還實現(xiàn)了包含區(qū)域供暖、工業(yè)供熱、海水淡化可以預見的是，隨著社會發(fā)展對于低碳能源需求的提升，核能的應用將較為快速地由第二階段向第三階段轉變，以核能為中心的綜合能源供應將成為核能應用的主要模式。未來我國核電建設將更加注重與電網(wǎng)布局和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展相適應，更好地支撐適合我國國情的新型電力系統(tǒng)建設。隨著各類核能綜合利用技術的不斷完善，以及能源電力市場體系的不斷發(fā)展，核能將進一步朝著大型綜合能源基地方向發(fā)展。核能基地將既承擔能源外供角色，也能成為包含多種能源需求、多元類型用戶、多類能源網(wǎng)絡結構的綜合產(chǎn)能用能基地，能夠統(tǒng)籌能源內外供應需求，實現(xiàn)提升靈活性調節(jié)能力和能量高效安全經(jīng)濟在傳統(tǒng)高耗能行業(yè)中，煤炭、石油、天然氣既是重要的原材料，又是主要能量來源，居業(yè)發(fā)展面臨嚴重制約。而通過核能綜合利用可以滿足傳統(tǒng)工業(yè)的多樣化的用能替代和原料替代需求，為工業(yè)用戶提供清潔的原料輸入（氫氣、氨、甲烷、淡水等）和能源輸入低碳轉型和居民清潔用能的部署高度契合。目前正在發(fā)展的輕水堆、快堆、高溫氣冷堆P.10請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表7：幾種反應堆溫度范圍和各類工業(yè)過程所需溫度可以說，核能綜合利用，既是新型電力系統(tǒng)下核電提升調節(jié)能力的需求，也是建設新型在后續(xù)章節(jié)中，本報告將首先針對核能在制氫、供熱、供汽、海水淡化等應用領域的發(fā)展現(xiàn)狀和應用前景進行單獨分析，之后將給出以核能為核心的綜合能源供應系統(tǒng)的構建P.11請仔細閱讀本報告末頁聲明2.核能制氫氫能是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的終端能源形式，可廣泛應用于工業(yè)、建筑、交通、電力行業(yè)，不僅能滿足多種場景下的能源需求以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)的重要載體。在化石能源逐步退出的場景下，氫能氫是一種二次能源，需要由其他能源形式制備而來。在各類制氫方式中，核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應的重要2.1電解制氫和高溫熱化學循環(huán)是核能制氫的主要技術路線。核能制氫是利用核反應堆產(chǎn)生的熱能和電力作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，將能制氫方法是電解水和熱化學循環(huán)制氫兩種方法，其中電解制氫又分為常規(guī)電解和高溫電解制氫和高溫熱化學循環(huán)是核能制氫的主要技術路線。核能制氫是利用核反應堆產(chǎn)生的熱能和電力作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，將能制氫方法是電解水和熱化學循環(huán)制氫兩種方法，其中電解制氫又分為常規(guī)電解和高溫圖表8：核能制氫技術路線資料來源：EvaluationofHydrogenProductionFeasibilityforaLightWaterReactorintheMidwest.長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理不同類型核反應堆能夠在不同溫度范圍內提供制氫所需的熱能。壓水堆商用核電廠蒸汽溫度較低，更適用于常規(guī)電解，亦可采用額外配置加熱裝置的方式進行高溫電解。高溫P.12請仔細閱讀本報告末頁聲明2.1.1電解水制氫電解水制氫是通過電能給水提供能量，破壞水分子過程簡單、無污染，制取效率一般在75%-85%。電解技術適用于可以得到廉價電能或者需要高純氫常規(guī)電解又包括堿性水電解槽、質子交換膜電解槽（PEM）等技術路線。常規(guī)電解無需外部熱源，采用電力直接電解水，僅消耗電廠電能，具有系統(tǒng)運行靈活點，但制氫效率相對較低。此外，常規(guī)電解在于核能耦合時，僅從核電廠獲取電能，無槽，以加熱至700-1000攝氏度的水蒸氣為原料，電解水蒸氣產(chǎn)生氫氣。與常規(guī)電解相P.13請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表9：常規(guī)制氫與高溫制氫技術特點電解池類型堿水電解槽固態(tài)氧化物電解槽（SOEC）質子交換膜（PEM）電解質20-30%KOHY23/Zr02PEM（常用Nafion）工作溫度℃70-90700-100070-80電流密度A/cm21~21~100.2~0.4電解效率60-75%85-100%70-90%能耗kWh/Nm34.5-5.52.6-3.63.8-5.0操作特征啟停較快啟停不便啟?？祀娔苜|量需求穩(wěn)定電源穩(wěn)定電源穩(wěn)定或波動系統(tǒng)運維有腐蝕液體，后期運維復雜，成本高目前已技術研究為主，尚無運維需求無腐蝕性液體，運維簡單，成本低電堆壽命可達到120000h已達到100000h技術成熟度商業(yè)化實驗室研發(fā)國外已商業(yè)化，國內處于研發(fā)走向工業(yè)化前期有無污染堿液、石棉無污染清潔無污染元/kW）400-6001000-1500約2000特點最為成熟，商業(yè)化程度最高，成本低部分電能被熱能取代，轉化效率高，高溫限制材料選擇，尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化可再生能源適應性，無污染，成本高（質子交換膜和鉑電極催化產(chǎn)業(yè)化程度低2.1.2高溫熱化學循環(huán)制氫的高溫，反應條件苛刻，所以考慮將熱解過程通過熱化學循環(huán)過程進行，即利用兩多個熱驅動的化學反應相耦合，這樣每一個反應都可以在較低的溫度下進行，使得過程為閉路循環(huán)，只需要加入水，其他物料循環(huán)使用，沒有流出物；可以連續(xù)操作，預期效率可以達到52%，顯著高于電解制氫的效率(24%~P.14請仔細閱讀本報告末頁聲明2.2.1政策大量出臺支持美國現(xiàn)役核電廠制氫應用長期以來，美國業(yè)界一直認為高溫氣冷堆由于具有較高的出口溫度，更加適用于核能制展滯后，延緩了這一進程。但近年來，隨著美國新能源占比的不斷提高和天然氣價格的降低，在役核電生存空間受到擠壓，甚至有核電機組由于經(jīng)濟原因提前退役。為提升核耦合核能、可再生能源和化石能源，提供資源利用效率和能源獨立性。該項目研究的一能戰(zhàn)略愿景報告，其中明確希望2022年前要在現(xiàn)役核電廠中示范運行一座核圖表10：美國資助的傳統(tǒng)核電制氫項目概況公司技術路線市場類型制氫用能EnergyHabor/Xcel/APS低溫電解管制市場（EnergyHabor）/開放市場（Xcel/APS）高溫電解管制市場電力+熱力低溫電解管制市場資料來源：EvaluationofHydrogenProductionFeasibilityforaLightWaterReactorintheMidwest.長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理2.2.2核電廠與電解制氫耦合具備經(jīng)濟可行性為分析核能制氫在美國電力和氫能市場中的經(jīng)濟競爭力，美該項研究建立了一個現(xiàn)有核電廠與高溫電解制氫裝置耦合的核能制氫系統(tǒng)，其流程如圖表11所示。核反應堆產(chǎn)生的蒸汽與發(fā)電機的電力可為高溫電解槽提供電P.15請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表11：INL核能制氫系統(tǒng)流程圖資料來源：EvaluationofHydrogenProductionFeasibilityforaLightWaterReactorintheMidwest.長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理假設系統(tǒng)根據(jù)電力現(xiàn)貨市場實時價格向電網(wǎng)供電，根據(jù)長期協(xié)議價格和數(shù)量向氫能用戶圖表12：INL核能制氫系統(tǒng)運行模式運行模式電價條件1系統(tǒng)以制氫模式運行，向用戶供氫，同時向儲氫設施供氫電價低于1.5美分/kWh2系統(tǒng)以制氫/供電混合模式運行，向用戶供氫，同時向電網(wǎng)供電3系統(tǒng)以發(fā)電模式運行，由氫氣儲存裝置向用戶供應氫氣電價格高于4.5美分/kWh資料來源：EvaluationofHydrogenProductionFeasibilityforaLightWaterReactorintheMidwest.長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理INL根據(jù)不同的情景，設置了不同電力售價條件下系統(tǒng)運行的模式，析。分析過程考慮了氫氣價格、折現(xiàn)率、高溫制氫設備容量、設計氫氣產(chǎn)量、儲氫裝置該研究將系統(tǒng)整個壽命期內的凈現(xiàn)金流量進行折現(xiàn)，計算其凈現(xiàn)值（NPVcogen通過.P.16請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表13：各類不同運行方案下的ΔNPV值氫市場價格折現(xiàn)率%高溫電解制氫容量kg/s氫市場需求kg/s儲氫裝置容量kg228MedMedMed88資料來源：EvaluationofHydrogenProductionFeasibilityforaLightWaterReactorintheMidwest.長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理結果表明，在各類場景下，ΔNPV均為正值，即核電廠與2.3核能制氫經(jīng)濟性分析和測算2.3.1各類核能制氫方案平準化制氫成本對比平準化制氫成本（LevelizedCostofHydrogen,LCOH）可作其中，總成本包含了核電廠、制氫廠、儲氫、運輸環(huán)節(jié)包含的資本支出、運維成本、燃軟件，采用平準化成本的概念計算氫氣從生產(chǎn)到配送所需的成本，適用于壓水堆、高溫P.17請仔細閱讀本報告末頁聲明高溫電解技術方案的制氫用熱和用電均來自于核電廠，核電廠供熱、供電按照以氫氣產(chǎn)電網(wǎng)提供。其他技術參數(shù)見錯誤!未找到引用源。由計算結果可知，使用壓水堆核電廠制氫時，高溫電解制氫成本為19.32元/kg（2.圖表14：核能制氫成本測算參數(shù)表配置方案華龍一號常規(guī)電解華龍一號高溫電解高溫氣冷堆高溫電解高溫氣冷堆SI循環(huán)核電廠功率氫氣產(chǎn)量2*546.5MWth4kg/s2*630.7MWth4kg/s建設周期年5533運行周期年退役準備年2222退役年限年延壽次數(shù)年1111乏池冷卻年限年2222廢物冷卻年限年機組數(shù)量2222負荷因子%制氫可用率%熱功率MWth/機組制氫用熱MWth/機組0制氫用電MWe/機組0機組資本成本億元人民幣/機組運維成本%初投資退役成本%初投資制氫廠設計制氫方案常規(guī)電解高溫電解高溫電解SI循環(huán)負荷因子制氫廠可用率產(chǎn)氫速率kg/年/機組制氫用熱MWth/機組0制氫用電MWe/機組0額外用電MWe/機組000制氫廠初投資億元人民幣/機組運維成本%初投資退役成本%初投資高溫氣冷堆制氫方案中，制氫廠成本占比較高。制氫廠造價的下降有助于進一步降低成P.18請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表15：四種不同核能制氫方案LCOH計算結果432102.3.2電解制氫經(jīng)濟性測算和成本影響因素分析制氫成本仍然是阻礙核能制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定性因素。影響電解制氫成本的因素包括電解設施造價、電力價格、電解效率、運行小時數(shù)、設施壽命等因素。其中，電解設施造圖表16：制氫成本影響因素貢獻度the1.5℃climategoal,長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理P.19請仔細閱讀本報告末頁聲明報告還分析指出，隨著電力成本和電解槽價格的下降，電解制氫的經(jīng)濟性將進一步提高圖表17：不同電力價格條件下制氫成本隨電解槽價格下降趨勢the1.5℃climategoal,長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院整理2.4市場空間及核能制氫占比預測2.4.1我國氫能市場空間我國目前氫氣利用與需求主要來自化工產(chǎn)業(yè)，主要用于合成氨和合成甲醇，占比氣摻氫等，占比還非常小。隨著全球低碳轉型進程加快，氫能特別是清潔氫能將得到迅清潔氫能。從占比角度來看，氫能有望從目前僅約0.7%全球能源占比上升到P.20請仔細閱讀本報告末頁聲明氫能需求量（萬噸）圖表18：2020-2060年中國氫能需求量預測氫能需求量（萬噸）40000年度2.4.2核能制氫市場占比預測氫氣需求，這將使得核能制氫成為最重要的氫氣來源之一。但考慮其他減碳技術路線的P.21請仔細閱讀本報告末頁聲明3.核能供熱3.1采用核能供熱是滿足北方地區(qū)清潔供暖需求的重要路徑我國北方供熱地區(qū)涉及15個省、自治區(qū)和直轄市些地區(qū)冬季室外溫度低，持續(xù)時間長，供熱是當?shù)鼐用穸旧畹膭傂孕枨?。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高，北方供熱地區(qū)城鎮(zhèn)供熱面積也呈現(xiàn)快速增長的趨核能是清潔、低碳、高效的能源。相比化石能源等其他供暖形式，核能有著明顯的低碳優(yōu)勢。核能供暖是指以核能為熱源，通過換熱站進行多級換熱，最后經(jīng)市政供熱能源之一，提出研究探索核能供熱，推動現(xiàn)役機組向周邊供熱，安全發(fā)展低溫泳池堆了約1000堆年的安全運行業(yè)績。我國目前也已在山東海陽核電、江秦山核電開展了核能供暖應用。隨著清潔供暖行動的推進，核電項目為居民供熱將成3.2核能供熱的主要技術路線3.2.1核電機組熱電聯(lián)產(chǎn)供暖技術原理歐美部分地區(qū)已成功實施多年，成熟性、安全性、經(jīng)濟性已經(jīng)得到驗證。對P.22請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表19：核電機組熱電聯(lián)產(chǎn)示意圖示范項目機組作為熱源，從機組二回路抽取蒸汽，通過多級換熱后，經(jīng)市政管網(wǎng)將熱量傳遞至最圖表20：海陽核電清潔供暖工程發(fā)展規(guī)劃位于浙江省的秦山核電廠已完成第一階段4000余家居民供暖建設，后期項目將逐步覆項目正式投運供熱，覆蓋大連市瓦房店紅沿河鎮(zhèn)，規(guī)劃供P.23請仔細閱讀本報告末頁聲明供熱價格一定補貼和政策支持，使得海陽城區(qū)的取暖費從原有的22從社會效益看，海陽實施的核能供熱項目，取代了周碳，對節(jié)能減排、改善環(huán)境作用顯著。熱價的降低也為當?shù)鼐用駧韺嶋H利益，取得了3.2.2供熱專用小型堆供熱專用小型堆是以純供熱為目的建造的低溫核供熱反應堆，在供暖期內以供熱方式運行，在非供暖期內停運，或考慮經(jīng)濟性也可以用于其他工業(yè)應用。這種形式的反應堆由于不需要發(fā)電，可以采用較小功率和更低參數(shù)的設計，這使得供熱專用小堆能夠提高安小堆可進行專門的設計，從而低成本滿足供熱需求。在熱力學參數(shù)上，由于居民供熱僅需要100℃左右的熱水，基本現(xiàn)階段常見的小堆技術都可滿足供熱要求?？紤]技術成熟不存在消納問題，但也要考慮容量備用問題，通常認為百兆瓦級小型堆供熱小堆目前以采輕水堆技術為主。目前，中核集團，中廣核集團，國家電投集團均推圖表21：小型堆規(guī)劃項目型號匯總型號名稱功率類型研發(fā)單位現(xiàn)狀ACP100壓水堆中核集團海南昌江，在建壓水堆國家電投集團初步設計400MWt常壓低溫池式堆中核集團初步設計200MWt壓水堆清華大學初步設計高溫氣冷堆清華大學山東石島灣，試運行3.3核電熱電聯(lián)產(chǎn)能夠部分取代現(xiàn)有燃煤供熱機組但核電機組熱電聯(lián)產(chǎn)通常需根據(jù)現(xiàn)有機組的分布情況確定供暖服務范圍。由于長距離輸P.24請仔細閱讀本報告末頁聲明核能供熱專用小型堆則具有布置靈活的特點，可根據(jù)用戶規(guī)模和需求類型靈活定制，理論上能滿足更廣泛用戶的需求。但供熱專用小型堆發(fā)展受到技術成熟度、成本、行政審P.25請仔細閱讀本報告末頁聲明4.其他應用核能其他綜合利用領域包括工業(yè)供汽、海水淡化、制冷等應用領域，目前大多處于方案設計或試驗驗證階段，尚未開展大規(guī)模應用，其技術成熟度、經(jīng)濟性仍有待驗證。但隨著我國清潔用能水平的不斷提升，核能有望為這些應用場景提供規(guī)?；那鍧嵱媚堋Ｏ嗫烧{節(jié)性和經(jīng)濟性。但這些應用領域通常需要核電廠周邊區(qū)域有規(guī)?；挠脩粜枨?，作4.1工業(yè)供汽工業(yè)蒸汽是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要熱源。隨著我國工業(yè)總產(chǎn)值的增加、不同子行業(yè)的發(fā)展、能源利用技術的進步等因素的綜合作用下，工業(yè)蒸汽的需求將會保持穩(wěn)定與平工業(yè)供汽將成為核能應用的下一個重要方向。在碳達峰碳中和與能源轉型大背景核能供汽是利用核電廠熱量，解決石化產(chǎn)業(yè)用汽需求，降低綜合能耗和消除環(huán)境污染的一種新途徑。主要是從核電機組二回路抽取蒸汽作為熱源，經(jīng)過多級換熱，最后經(jīng)工業(yè)不同工業(yè)行業(yè)對蒸汽參數(shù)要求不一，通常包括：低溫低壓蒸汽，壓力≤1.6MPa，溫度工業(yè)蒸汽市場體量龐大，涉及化工、醫(yī)藥、食品等多種行業(yè)，核能供汽需要與周邊的用汽負荷協(xié)同，以服務周邊用汽企業(yè)或工業(yè)園區(qū)為起點，逐步形成以核電基地為中心的用在技術方面，大部分壓水堆核電廠可滿足低壓蒸汽的參數(shù)需求，在額外配置增溫增壓裝置后，可以滿足中高壓蒸汽的需求，但需要結合用戶對于蒸汽工質和溫度要求進行匹配示范項目上，田灣核電蒸汽供能項目是核能供汽首個示范項目。連云港石化產(chǎn)田灣核電緊鄰，是我國沿海地區(qū)規(guī)劃建設的七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一，能夠為核能供汽提連云港西掫山核能供汽項目也已啟動前期工作。項目將采用壓水堆和高溫氣冷堆聯(lián)合供P.26請仔細閱讀本報告末頁聲明4.2海水淡化核能海水淡化，可以利用現(xiàn)有在運核電廠的電能和熱能，驅動海水淡化設施，以熱電聯(lián)產(chǎn)模式運行；也可以根據(jù)具體需求，研發(fā)建造適用于海水淡化等領域的多用途先進核能國內的遼寧紅沿河核電廠、浙江三門核電廠、江蘇田灣核電廠等均海水淡化項目，但主要目的是用于解決廠區(qū)生產(chǎn)用水。例如，遼寧省紅沿河現(xiàn)利用核電廠余熱進行海水淡化，為核電機組提供冷卻水，產(chǎn)能為10080立方米/天。居民用戶供應。項目首次實現(xiàn)了源側的水、熱同步產(chǎn)出與供給。核能水熱同產(chǎn)同送與僅供熱不產(chǎn)水的核能供熱系統(tǒng)耗能相當，但可以生產(chǎn)副產(chǎn)品淡水，能夠實現(xiàn)“零能耗”制P.27請仔細閱讀本報告末頁聲明5.核能綜合能源供應系統(tǒng)的大容量清潔電力、熱力為中心，配置多種二次能源生產(chǎn)裝置，結合儲熱、儲電等能量等多種能源產(chǎn)品。在該系統(tǒng)中，能源輸入-轉換-輸出-供給系統(tǒng)能夠實現(xiàn)協(xié)同運行、管理與控制，以滿足用戶對電、熱、氣、冷等多種類能源消費的需求，實現(xiàn)各類能源的互補5.1核能綜合能源供應系統(tǒng)的構成和特點圖表22：核能綜合能源系統(tǒng)示意圖供能模塊包括核反應堆、配套光伏、風電、燃氣輪機等，以及低電價時來自電網(wǎng)的電力能量存儲模塊包括儲熱、儲電、儲氫等能量存儲裝置，為系統(tǒng)在外部負荷較低時提供能源存儲能力，實現(xiàn)能量在時間和空間上的轉移，儲存的能量既可以作為能源轉換模塊的相比各類單一利用形式，核能綜合能源供應系統(tǒng)的關鍵在于能源存儲模塊的加入。對熱力、電力、氫能等能源載體的存儲，使得系統(tǒng)具備了更好調節(jié)能力。多樣化的能源轉化模塊，能夠根據(jù)用戶側負荷的變化，靈活調節(jié)各類能源產(chǎn)品的生產(chǎn)份額，同時能源存儲模塊能夠實現(xiàn)能源產(chǎn)品的平滑輸出，在供能模塊功率和供能配比發(fā)生波動時，保證能源產(chǎn)品輸出的穩(wěn)定。這使得核能綜合能源供應系統(tǒng)具備了更好的運行靈活性，更優(yōu)的運行5.2核能綜合能源供應系統(tǒng)典型案例隨著新型電力系統(tǒng)對于靈活性調節(jié)能力需求的提升，挖掘核電廠的調節(jié)能力，供更多靈活性資源，同時提升核電廠收益水平，已成為核電廠未來發(fā)展必須要解決的問P.28請仔細閱讀本報告末頁聲明由于廉價的天然氣和風電、光伏等新能源電力的沖擊，核電在電力市場中的盈利能力正不斷下降。美國能源部和國家實驗室等機構已開展了大量通過核能綜合利用提升運行靈5.2.1核能-可再生能源耦合能源系統(tǒng)（N-RHES）能力，能夠根據(jù)電網(wǎng)及用能用戶的需求，動態(tài)控制系統(tǒng)資源，控制熱能和電能的產(chǎn)出份了燃氣發(fā)電機組、制氫廠、電儲能設施。各類設施的容量綜合考慮了歷史需求曲線、電力和能源價格、風電出力預測等因素，以實現(xiàn)最小供能成本為目標進行配置。系統(tǒng)以優(yōu)先保障風電消納作為運行目標，系統(tǒng)凈負荷（總負荷減去風電出力）決定了系統(tǒng)各個模P.29請仔細閱讀本報告末頁聲明圖表23：一周時間內N-RHES系統(tǒng)功率隨凈負荷變化情況金融研究院整理假設制氫設施具備出力調節(jié)能力，但其運行功率不能低于某一最小功率。天然氣發(fā)電出力（紅色柱）用于滿足凈負荷高峰期的用電需求。此外，電池的充放電（綠色柱）能夠為系統(tǒng)提供額外靈活性調節(jié)能力，在負荷高峰放電，在負荷低谷與制氫設施一起消納無其產(chǎn)生的能量可在發(fā)電設施、制氫設施、電儲能設施中進行分配，以實現(xiàn)對于風電消納圖表24：DETAIL試驗系統(tǒng)流程圖金融研究院整理P.30請仔細閱讀本報告末頁聲明塊，用于對綜合能源系統(tǒng)中熱、電、氫等各能源載體的多元轉化和調配過程進行展示和圖表25：DETAIL試驗實景布置金融研究院整理5.2.2MIT核電多能互補系統(tǒng)熱系統(tǒng)存儲反應堆熱能，結合風力光伏發(fā)電，提升發(fā)電機組調節(jié)能力，并進行高溫制氫熱模塊，同時可利用低價電力為儲熱模塊加熱；當電力負荷需求高峰時，反應堆和儲熱系統(tǒng)可同時提供蒸汽推動汽輪機發(fā)電。在該套系統(tǒng)中，儲熱模塊成為了為系統(tǒng)提供靈活性和能量存儲能力的核心。儲熱模塊所采用的材料（碎石、熱油、熔鹽、水等）價格遠低于電池材料，能夠為綜合能源系統(tǒng)提供更好的經(jīng)濟性，其系統(tǒng)規(guī)模也可以較為容易地圖表26：MIT多能互補系統(tǒng)流程示意圖資料來源：MIT-JapanStudy:FutureofNuclearPowerinaLow-CarbonWorld:TheNeedforDispatchableEnergysP.31請仔細閱讀本報告末頁聲明5.3核能綜合能源供應系統(tǒng)發(fā)展展望隨著我國新能源裝機占比不斷提高，電力系統(tǒng)對于核電靈活運行的需求正不斷前我國核電機組已開始探索能夠實現(xiàn)能量梯級利用的運行模式，但目前核電與其他單一應用方式耦合難以實現(xiàn)核電靈活性的提升，未來核電會向著形成綜合能源供應系統(tǒng)的方技術總體上較為成熟，具備由實驗室階段向小規(guī)模示范應用轉化的可行性。隨著儲能設公眾接受的角度來講，通過與氫能、可再生能源的整合，核能綜合能源供應系統(tǒng)能夠從一定程度上改變公眾對于核能的固有印象，核能制氫加氫、核能供暖供冷等應用形式也能夠使得核能更加貼近人民群眾生活，提升發(fā)展核能的公眾接受度，增強地方政府接納P.32請仔細閱讀本報告末頁聲明6.核能綜合能源供應系統(tǒng)應用設想：海南綜合能源島建設核能綜合能源供應系統(tǒng)能夠極大助力區(qū)域電力系統(tǒng)、能源系統(tǒng)的碳中和進程。本部分以海南省為例，分析了核能綜合能源供應系統(tǒng)在提升區(qū)域電力系統(tǒng)調節(jié)能力、提供多樣化零碳能源產(chǎn)品上的作用。在此基礎上，為海南省能源系統(tǒng)碳中和提出了指引路徑，預測6.1海南能源消費現(xiàn)狀：以化石燃料為主，減碳壓力較大天然氣消費占16.10%，一次電力（核電、水電圖表27：海南省2020年一次能源消費結構海南電力裝機結構以煤電、氣電和核電為主。截至2021年圖表28：海南2021年電力裝機結構P.33請仔細閱讀本報告末頁聲明6.2海南能源轉型目標：建設清潔能源島海南省十四五規(guī)劃指出，要建設清潔能源島，大力推進產(chǎn)業(yè)，能源和交通運輸結構初步建成清潔低碳、安全高效的能源體系，海南清潔能源島初具規(guī)模，清潔能源消費比清潔能源消費比重達到81%左右，清潔能源發(fā)電裝機比重達94%。能源結構，大力發(fā)展風、光、生物質等可再生能源，高效安全、積極有序發(fā)展核電，不斷提高非化石能源在能源消費中的比重。建立制氫、儲運氫及用氫的全產(chǎn)業(yè)鏈，在海島開展多類型新能源集成利用示范。加快推進昌江核電二期、昌江多功能模塊化小型堆科技示范工程建設，適時推進浮動堆示范建設和新建核電項目選址工作。到萬千瓦，但海域水深較大，開發(fā)經(jīng)濟性欠佳。太陽能畢。海南擁有較為完備的天然氣基礎設施，同時距離南海油氣資源近，發(fā)展燃氣發(fā)電具會顯著推高電力價格，且天然氣發(fā)電仍有較大碳排放?？偟膩砜矗Ｄ细黝惽鍧嵞茉捶A因此，建立以核電為主體的清潔電力供應體系，6.4核能綜合能源供應系統(tǒng)助力全島減碳進程可調節(jié)火電的退出，以及核電、風電、光伏在電力結構中比例的升高，將使得海南電網(wǎng)對于靈活性調節(jié)資源的需求進一步提升。在核電占比較高的條件下，核電機組難以保持滿功率發(fā)電運行，需要深度參與調峰，其安全性和經(jīng)濟性都將受到顯著影響。昌江核電蓄能電站投運后，昌江核電一期機組才實現(xiàn)滿功率運行。昌江核電二期的兩臺華龍一號通過對核電機組的綜合利用，在發(fā)電的同時，配置儲熱、電儲能等能量存儲裝置，同時與制氫儲氫、供熱供汽、供冷、海水淡化等設施耦合，實現(xiàn)多種能源產(chǎn)品的按需輸出和實時調配，將能夠極大提升核電靈活性調節(jié)能力，顯著提升核電機組經(jīng)濟性，增強海南P.34請仔細閱讀本報告末頁聲明應省內燃料電池汽車和工業(yè)用戶，支持交通和工業(yè)部門的降碳。同時具備向海南省西部6.5海南能源系統(tǒng)2040年實現(xiàn)碳中和路徑年前退出，天然氣機組逐步減少，以承擔靈活性調節(jié)功能為主。圖表29給出了2030/2035/2040年海南省電力圖表29：海南省2040年能源系統(tǒng)碳中和路徑下電力裝機容量估算單位：萬千瓦年份煤電氣電水電核電風電太陽能生物質及其他總計000萬噸，并向海南（昌江）清潔能源高新技術產(chǎn)業(yè)園、海南東方工業(yè)園化工基地供汽。島電力供應充裕，能夠每年向南方電網(wǎng)輸送盈余電力30-50億度。核能綜合利用系統(tǒng)年產(chǎn)氫氣27萬噸，并為島內工業(yè)生產(chǎn)和居民生圖表30：2040年海南省一次能源消費結構預測P.35請仔細閱讀本報告末頁聲明P.36請仔細閱讀本報告末頁聲明7.核能綜合利用面臨的問題與挑戰(zhàn)核能綜合利用技術水平和經(jīng)濟性對規(guī)模化應用支撐不足提升核能綜合利用水平依賴各類供能系統(tǒng)的技術進步和成本下降。在綜合利用的供能環(huán)節(jié)，核能制氫技術尚不成熟，反應堆熱