俄罗斯核能制氢现状与展望

现在，规模化出产氢气的最抱负办法是天然气+水蒸气进行转化。现在，全球48%的氢气产值是经过这种办法出产的。在1mol甲烷与2mol水能开释出4mol的氢气。因而，蒸汽转化是从天然气中出产氢气的最有利的办法，尽管它需求相对较高的动力本钱，即每将1mol甲烷转化为4mol氢气需求200kJ能量。

在核电设备中，天然气转化为氢气需求820-850℃左右的高温，只要具有气体冷却剂的高温核反响堆才干满意该条件。一些国家正在研发这种反响堆，但至今没有到达工业化水平。选用钠冷却剂的BN-600和BN-800的商用快中子反响堆已在俄罗斯成功运转 。这两台机组运转时，堆芯一次冷却回路输出的液态钠温度不超越550℃。现在，BN系列仅用于发电。一旦处理了其他技能和商业问题，在不久的将来，好像有或许将其用于工业制氢。可是，因为现有技能下钠反响器中冷却剂温度规模的约束，该技能尚不能用于天然气+水蒸气制氢。

本文提出依据BN系列反响器，用一台蒸汽发生器输出的中温水蒸气，送至附近的化学反响器，将蒸汽与外部供给的天然气混合，随后运用电能将汽-气混合物加热至反响温度。BN-600动力设备每年运转280天，如果在这段时间内，BN-600反响器中的水蒸气和天然气以每秒10立方米左右的流量供应给化工转炉反响器，考虑到损耗，每年可出产多达5亿立方米的氢气。一起，在现有工业甲烷转化技能框架下，天然气焚烧发生蒸汽和加热气-汽混合物过程中向大气中排放的二氧化碳量也将削减。核算结果表明，这样能够削减13万吨二氧化碳排放，相当于俄罗斯每年向大气中排放二氧化碳的约0.01%。

可是，拟议的氢气出产计划想象对BN-600和BN-800发电机组的规划进行改造，包含将其中一个蒸汽发生器中的水蒸气引至化学转化器。可是，未来10年BN系列首要仍以发电为主，制氢与这一意图相对立。

因而，还考虑了另一个有用的、更有吸引力的代替计划：只耗费BN-600、BN-800动力设备和Beloyarskaya核电站夜间或夏日低负荷时段的电力，在化学转炉反响器中出产氢气。

现在，BN-600和BN-800发电机组仅用于根底负荷，还不能满意区域电网的要求。因而，在变负荷调度的条件下，应考虑在现场设备中运用“额定”的电能，以确保核电动力设备的可操纵性，更好地满意区域电网的条件和要求。在这种情况下，在现场设备中，当向其供给天然气时，能够出产出氢气，满意工业和运送的需求，也能够满意核电站对燃料的需求。

20世纪80-90时代，德国在EVA II设备展开了运用电力将甲烷转化为合成气的实践。EVA Ⅱ设备由30个相同的模块组成，每个模块都是一个高11.4米、直径12厘米的转化塔。甲烷和水蒸气的混合物注入塔的上部，沿塔体从上向下，经过600-820℃的塔体，经催化剂转化为合成气后排出。对转化塔的加热是经过950℃、40atm、质量流量4kg/s的氦气流吹气。氦气在一个关闭的回路中循环，将10兆瓦的电加热器中发生的热量传递给转化塔的金属外壳。体系中甲烷的耗费量为0.6kg/s，合成气产值为1.234kg/s。

依据上述数据，要满意BN-600动力设备在夜间制取合成气所需的“额定”功率(即根本功率(120MW)的20%左右)最多需求360个类似于EVA II的转化塔。为了加热7.2kg/s的甲烷-水蒸气混合物，需求48kg/s的热氦气流。一起，合成气的产值可达14.8kg/s，氢气的产值可达1.7kg/s。

在BN-600和BN-800动力设备的根底上，经过甲烷和蒸汽转化出产氢气，成为俄罗斯制氢的首要技能道路之一。据估计，现在全世界每年出产的氢气高达5000亿立方米。Beloyarskaya核电站年产氢量可到达约1亿立方米，约占全球年产氢量的0.02%。由此发生的氢气可用于工业和运送的需求，也可用于核电站的需求。一起，出产1立方米氢气所需的天然气和电力的单位本钱将不超越2美元。

在俄罗斯，大规模氢气需求来自化工和冶金工业。在欧洲、美国和日本，自本世纪初以来，部分公路运送已呈现出氢能驱动的趋势。在这方面，氢气呈现出宽广的出口远景。运用煤炭和烃类燃料发生的二氧化碳等温室气体(GHG)排放量最大。逐渐削减含碳燃料运用，用氢燃料深度代替碳燃料，是氢能生态概念的根底。

依据世界动力署(IEA)的数据，自1971年以来，全球核电站排放了560亿吨二氧化碳。氢气被认为是抱负的清洁动力载体。其在开释和贮存能量时，不会发生温室气体。可是，其热值很小，约为烃燃料热值的一半。

在自然界中，游离状况的氢简直不存在。氢气的出产需求运用一次动力。这些出产办法大多是运用热能或电能分化水分子。水的分化需求123兆焦才干发生1千克氢气，一起需求2500℃以上的极点温度。为了下降水热解温度，科学家正在研讨高温电解和其他可行技能。

热化学循环经过化学反响发生氢气，生成氢气和其他一些副产物。闻名的蒸汽甲烷重整是热化学循环的典型比如。割裂水和甲烷所需求输入的能量要少得多，约206kJ能发生6g氢气。能量以热的方式供给，一般为820-850℃。核氢的出产将会集在非化石制氢上。

在俄罗斯，每年出产的氢气多达2万吨，首要满意石油(每天不超越20吨)、机械制造和金属加工(每天不超越20吨)和其他需求(每天不超越10吨)。作为首要技能，选用在水生环境中把甲烷转化为氢气。在这种情况下，出产1公斤氢气的一起，会向大气中开释2.27公斤二氧化碳。因而，与氢气出产有关的年度温室气体排放总量将超越40,000吨。