核能与可再生能源结合探索

世界的能源格局正在不断发展。对气候变化的担忧促使人们不断摆脱高碳排放能源。近些年，人们进行了关于核电与可再生能源结合的混合能源潜力的研究。

可再生能源的能源生产是间歇性的，可是一旦与核能结合，就保证能源的连续生产。核能与太阳能，风能和地热能等能源耦合使用，可以有效减少温室气体排放，提高系统可靠性，并且提高核发电的能源效率。

1、核能的经济问题

许多经济问题限制了核能的发展。由于前期资本要求很高，私人投资者对核能的兴趣要低于其他能源。另一方面，在建造时期以及获取监管许可时期通常出现成本不确定性。因此与中央计划经济体相比，自由化经济体建造新核电站的计划要少得多。

虽然很难精确地评估能源成本，但要获得对成本的合理认识，可以使用平均电力成本方法（LCOE）。LCOE实质上考虑了能源项目在其整个生命周期中（建设，运营和维护）的总成本。

经美国能源情报署（EIA）评估，2019年投运核电站的LCOE为$ 86.1 / MWh，太阳能光伏发电的LCOE为$ 118.6 / MWh。EIA预测2022年投运电厂的LCOE成本为：核电为96.2 / MWh，太阳能光伏发电为58.1/ MWh。这表示核能的成本增加了10％以上，太阳能的成本大约减少了50％。

这仅仅是经济数据，还未考虑弃核的政治因素。这对于传统核电站的发展非常不利。

2、核能与新能源耦合电站

尽管可再生能源发展迅猛，但可再生能源替代化石燃料，还有很长的路要走。最有潜力的两种可再生能源（太阳能和风能），都面临着共同的缺点—能源供应不稳定。由于没有廉价高效的储能装置，这对于可再生能源是严峻挑战。

另一方面，核能是一种可靠的无碳能源，可产生稳定，稳定的电力供应，其缺点是负荷跟踪。如果可以有效地结合使用核能和可再生能源，它们可能将抵消彼此的缺点，从而实现更好的性能。耦合可再生能源电站是一种将可再生能源形式与不可再生能源相结合的电站。

核能与可再生能源的耦合电站概念有很多种。其中之一是将小型核反应堆与集中式太阳能热电厂相结合。在这种设计中，来自太阳能热电厂的热量将核电站的饱和蒸汽变为过热蒸汽，核电厂的效率将从33.9％提高到39.7％。

另一个概念是将小型核反应堆与生物质生产装置以及风电相结合。小型核反应堆和风电的上网电量由电网需求控制，剩余的用于生物质的生产。风电产生的剩余电力也可用于制氢。该概念具有许多优势，不仅满足电网需求，而且能源浪费量最少。

最后值得一提的是核能与地热能耦合发电站，其核芯位于干热岩层中的地下深处。核反应堆增强地层温差，为地热发电站提供动力。

是否有国家建造核能与可再生能源的耦合电站还有待观察。尽管该技术已经存在，但仍有许多问题有待解答，并且需要对设计进一步集成研究和开发。但是，如果验证可行，耦合电站将有助于分别解决每种能源的重大缺陷。

耦合电站的挑战仍然存在，在负荷跟踪能力方面，与化石燃料相比，太阳能和核电都无法比拟。但是，随着储能技术的升级，这些担忧也可以逐渐得到缓解。

3、耦合动力技术及应用

3.1耦合核能与煤炭

使用煤气化技术，耦合核能与整体气化联合循环（IGCC）发电站可以产生800MW以上的电力，效率接近50％，烟气排放量约为传统燃煤发电厂的1/4。

通过将氢添加到气化煤中，除可产生电能外，还可以生产液体运输燃料和合成天然气。耦合电站还可以生产对现代社会至关重要的多种基本化学物质，以及化学工业所需的过程热。耦合电站可大大减少对环境的影响，煤炭可继续使用。

3.2耦合核能与太阳能

近些年全球沙漠地区越来越多使用的创新技术将集中式太阳能与联合循环发电厂相结合。耦合核能与集成太阳能联合循环（ISCC）电站可提供峰值功率，且排放量极低，成本远低于传统的燃气轮机以及太阳能光伏电站。

3.3耦合核能与储能

间歇性可再生能源的最大缺点可能是无法存储能源以适应未来的电力需求。耦合核能与压缩空气储能（CAES）电站克服了长期以来一直困扰着能源存储的问题。这种创新方法可以显着改善可再生能源的经济性。

REopt项目下的国家可再生能源实验室（NREL）对核能与可再生耦合能源系统（NRHESs）的设计和运行计划进行了优化。NRHESs可用于生产合成汽油的液体燃料，可用于海水淡化，可为工业生产提供热量，也可电解制氢。NRHESs可以实现低碳电力供应以及工业热供应。