5月27日，国内首个工业用途核能供汽工程——中核集团田湾核电站蒸汽供能项目全面拉开建设帷幕，拓展了核能工业化利用的新方向。此次中核集团率先启动的田湾核电蒸汽供能项目将为连云港石化产业基地供汽，是核能与石化行业耦合发展的标志性成果。

随着我国双碳目标的提出，以及后续国家各部委、行业、企业提出的碳达峰碳中和行动方案都清晰地表明，非化石能源将逐渐成为能源消费的主力。石化企业一方面将在近中期面临紧迫的碳约束，另一方面需在远期实现业务转型，这为核能企业与石化企业耦合发展提供了难得的战略机遇。

一、石化行业多重压力来自哪里

1. 安全和环保的刚性约束

石化行业为我国的六大高耗能行业之一，能源结构以煤油气等化石能源为主。当前，石化行业的热力和电力供应形成了以燃煤热电联产和大型锅炉集中供热为主、分散燃煤锅炉和其他清洁能源供热为辅的格局。而随着国家“双碳”目标、能耗双控目标以及安全和环保刚性约束目标的提出，相关部委等主管部门的政策推动，如2021年国家发展改革委发布的《关于严格能效约束推动重点行业节能降碳的若干意见》《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021-2025年）》、2022年国家工信部发布的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》等，对燃煤机组装机容量、煤炭消耗强度和总量、污染物排放总量和浓度等进行严格限制，当前石化行业以煤为主要燃料的热电联产模式面临严峻挑战。

2. 国内外碳成本压力

自2013年我国首批省级试点碳排放权交易市场启动以来，石化行业就一直是重点管控行业。2021年1月，全国碳市场启动，以期更加有力地促进碳减排，并于2021年7月启动线上交易。预计石化行业将在2022～2023年纳入全国碳市场，届时石化企业将面临愈发严格的碳排放硬性约束。无论是缩减产能还是进行低碳技术革新，受管控企业的生产经营成本都将进一步增加。

国际碳边界调整机制（CBAM）等政策可能影响石化产品的国际竞争力。2021年3月，欧洲议会通过了CBAM议案，计划自2023年起，对应对气候变化行动不力国家的某些产品征收进口关税。2022年1月，法国成为欧盟轮值主席国，希望在半年的轮值主席国期间推动欧盟CBAM立法通过。该机制明确覆盖了石化行业。欧盟是我国重要的贸易伙伴，若CBAM实施，我国石化产品很可能需要缴纳额外碳关税才能进入欧盟市场，面临出口成本增加、价格优势削减的风险。石化工业与多个行业交叉、关联、相互影响，出口受阻可能引发相关行业连锁反应。

3. 脱碳化新要求

随着新能源汽车技术进步，公众对电动交通工具的接受度逐步增强。2014～2020年，我国新能源汽车实现了跨越式发展，销量从7.5万辆上升至136.7万辆。2020年国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，指出到2035年，纯电动汽车将成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用。关联产业能源消费结构的巨大变化，将驱使石化行业加快产业转型升级步伐。

二、核能与石化行业如何互补

1. 石化行业大量碳排放难以避免

近几年石化产业抓住发展机遇，大型炼化一体化装置呈现出集中建设、集中投产的景象。石化行业的能耗主要集中于电、热、氢的需求，煤油气等化石能源既用作原材料投入，也用作燃料燃烧，燃烧过程往往伴随着大量的碳排放。

石化行业是用电大户。电力投入是工业生产的必要原料投入，仅就目前掌握资料以及经验数值进行匡算，我国沿海22家石化园区建成并达到规划规模后，所需发电装机规模可达约0.4亿千瓦，仅中石化集团一家每年的用电量即超过700亿千瓦时。

石化行业更突出的需求体现在对热力/蒸汽的需求上。石化工艺需要大量的高温工艺热，稠油热采环节需提供蒸汽驱及SAGD的工艺热。据匡算，沿海22家石化园区建成后总蒸汽需求量可达13.5万t/h。

石化行业的氢能需求越来越大。氢能主要用于石化产品加氢精制和大分子团烃类加氢裂化，该产品和生产环节在可以预见的未来没有替代产品和工艺。

当前，石化行业一般由热电机组和地区电网供电，由燃煤锅炉和热电机组供热/供汽。炼化企业中氢的来源主要有二：一是天然气制氢，即所谓水蒸气转化制氢；二是煤制氢，即所谓部分氧化制氢。这两类制氢技术均以化石能源为原料，会产生相当量的碳排放，从长远来看并不是最优的。

2. 核能行业与石化行业可“完美契合”

供电方面。核电是清洁、低碳、安全、高效的基荷电源，一台60万千瓦级的高温气冷堆年发电量可达40亿千瓦时以上，一台多用途小堆年发电量也可达10亿千瓦时。核电相较于风光等新能源电力的突出优势是供应稳定，能够满足石化行业、石化产业园区对能源供应系统稳定性的要求。

供热/汽方面。相较于发电，核能供热/汽可能具有更大的优势。当前，我国压水堆核电站的热电转化效率只有35%左右，其余热量以大量海水作冷却后排入大海，这部分热量完全可以通过回收作供热使用。当前我国核能供热已逐渐开始推广示范，2021年11月和12月，山东海阳与浙江海盐“一北一南”两个核能供热项目相继投运。另外，多用途小堆可以满足供电、区域供暖/冷、工业供热、海水淡化等多种用途，海南昌江多用途小堆示范项目也已开工建设。

在工业供热/汽方面，高温气冷堆具有突出优势。其出口温度可达到700℃~750℃，通过汽轮机抽汽，可用于100℃~400℃不同参数的工业和民用供热市场。200MW级高温气冷堆蒸汽产量可达600T/h，与目前石化园区煤锅炉产量参数、温度和压力基本一致，模块式高温气冷堆将是替代石化园区煤锅炉的一项重要技术方案。

供氢方面。在双碳背景下，发展绿氢已是石化行业的必经之路。在核能技术中，高温气冷堆可为制氢工艺提供电能和热能而不释放温室气体。目前，主要可以通过高温气冷堆与三种工艺耦合制氢，即高温蒸汽电解（HTSE）、蒸汽甲烷重整（SMR）和硫碘（SI）循环。HTSE的最佳运行温度为800℃～1000℃，需发展超高温气冷堆以解决相关技术问题；SMR的最佳运行温度为760℃～880℃，但是投入原料中有甲烷，产物中有二氧化碳；SI的运行温度为750℃～1000℃，高温气冷堆的出口温度略低于这一温度区间。目前以SI循环为代表的热化学循环研究已经从小试走向了中试，高温气冷堆耦合SI循环制氢具有光明的前景，即使当前的反应堆出口温度略低于制氢工艺所需，也可以考虑通过分两阶段、补充额外的热量来完成整个重整过程。而随着超高温气冷堆的研发，核能制氢将更具发展前景。

三、石化与核能的缘分已到

当前，石化企业低碳转型发展愿望迫切。中石油、中石化、中海油等三大石化集团已在天然气、风能、太阳能、氢能、地热、生物质能等新型能源领域开展了大量前期工作。石化企业也在广泛寻求战略合作，探索转型之道。2020年4月，中石化集团与中核集团签署全面深化战略合作协议；2021年2月，中石油与国家电投签署战略合作协议；2021年7月，中石化与国电投、中广核签署战略合作框架协议（战略合作协议）。石化企业将与核能企业加强在模块化小堆及高温堆应用、绿电制氢、化学储能等领域的深度合作。

四、核能的利用方式

随着廉价天然气和可再生能源以及电力需求的稳定，这在财务上将损害较大的传统核电站。预计新的收入来源可能会在未来几十年内帮助核电行业维持生计。

1、氢能

氢燃料被认为是21世纪潜在的清洁能源游戏规则改变者，有助于减少从运输到农业的多个部门的温室气体排放。它也被视为核工业下一代反应堆的一个增长领域，因为可以利用它们的高温和能量从蒸汽中筛出氢分子。NuScale创始人约瑟·雷耶斯(Jose Reyes)在最近的一次采访中表示：“真正影响碳减排的地方不只是提供电力，那只是有助于电网系统减排，而且现在我们甚至可以开始影响交通运输部门。”他补充说：“交通运输行业有巨大的利益。”雷耶斯估计，NuScale的六模块小型反应堆设计之一每天可产生约200公吨氢气，足以为约60,000辆氢能汽车供能。

即便如此，稳定的氢生产收入可能仍需要扩大氢运输部门，这将需要大量的投入。美国能源部已经开始投入研究资金，以研究现有核电站舰队可能具有的制氢能力。9月，部门宣布了1100万美元用于三个核电厂的三个氢气生产示范项目：FirstEnergy Solutions Corp.在俄亥俄州的Davis-Besse工厂，Arizona Public Service Co.在亚利桑那州的Palo Verde工厂以及Xcel之一 能源公司在明尼苏达州的两个核电站。美国能源部轻水反应堆可持续性项目的负责人布鲁斯·霍尔伯特在宣布这些项目的声明中说：“这些首创项目代表了改善轻水反应堆工业的长期经济竞争力的重大进展。”

2、与新能源携手前行

对于DOE的一个氢气生产示范项目，Xcel Energy将测试其公用事业的其他可再生资产(如风能)得到更多使用时，其核电站是否可以转换为生产氢气的方法。该计划可以使核能在其他电源发电量不足的情况下恢复发电。这种灵活的相互作用是下一代反应堆如何运行的一种愿景，即与可再生能源配对，相辅相成，而不是与他们在电力市场竞争。

NEI的Korsnick说：“您可以想像未来的核能资产：如果电网需要电，那么它可以全部并入电网。” “比如说，这是一个多风的晴天，现在您需要的少了一些;您可以转向然后说，'好吧，我要再制造氢气一段时间'或'我要输送我的蒸汽转移到其他地方，”或者“我将运行海水淡化工厂一段时间”，然后突然太阳下山了，突然间风停止吹，突然之间电网需要这种支持，然后您可以退回到发电状态。”随着电力公司希望将间歇性资源(如风能和太阳能资源)与天然气厂或电池储能装置相结合，以增加清洁能源的使用并达到气候目标，这种灵活性匹配已在起作用。

支持者说，当太阳不发光或风不吹来时，SMR可以提供相同类型的备用电源。但他们表示，通过避免使用天然气，这将带来更多的碳节省---这是核能的潜在卖点，因为一些州希望在2050年之前实现零碳净排放目标。

3、水淡化

许多核倡导者已经呼吁下一代反应堆来满足将盐水转化为饮用水所需的高耗能需求。联合国称，世界近五分之一的人口无法直接获得清洁的饮用水。随着气候变化改变了全球的水供应，部署额外的海水淡化设施已成为一种可能的解决方案。支持者说，核能通过产生无碳的能源和多余的热量，可以将海水冷凝成饮用水。

NuScale董事长兼首席执行官约翰·霍普金斯(John Hopkins)在华盛顿特区美国核协会ANS冬季会议上接受E&E新闻采访时说：“对我来说，淡化的能量需求将会很大。”“如果您拥有一个像南非开普敦这样的小镇，那里有370万人，那里没有水。一个12模块组成的(小型模块化反应堆)可以为该规模的城市提供饮用水所需的能源。”核能必须与其他能源竞争，例如太阳能，太阳能已越来越多地被用来帮助海水淡化设施。

4、先进制造业

反应堆开发人员正在考虑使用其技术来制造用于先进制造的原材料。在某些情况下，制造业可能只需要大量高质量的蒸汽。Korsnick说，行业可以提供这一点。她说：“突然之间，您正在制造的产品-不只是电子产品。”美国能源部最近向一项由比尔·盖茨支持的先进核能公司TerraPower的合作伙伴关系提供了超过100万美元的赠款，该合作伙伴关系研究使用煤炭生产碳纤维的情况。

该研究与怀俄明州的拉马科碳公司(Ramaco Carbon)一起，将研究核技术产生的高热量如何帮助将煤转化为产品，从而使化石燃料获得第二生命，而不只是发电。如今，大多数碳纤维均来自石化产品聚丙烯腈。该公司表示，这种新工艺可能有助于降低成本，使碳纤维更易于用于交通运输领域，该材料的强度和耐热性可以使车辆更安全，更省油。

如今，我国的核电技术已不需要从地基开始一点一点建造，可以实现“中央厨房”式的操作，实现核电设施的快速组装。也许有一天，我们不再需要化石能源，我们的城市也会变得更加清洁。

来源：中核集团，能源界，NABO纳米地暖