【快速認識核能製氫目前進度】
#核能也能搞製氫 #要搞彈性一起來
最近歐洲好多再生能源業者為了減少棄電率以及減少電網負擔(其實是要提升自己的商業效益)，開始結合電廠與製氫廠，但你知道核能也可以這樣搞嗎？

▋氫能源是二次能源是載體
化石燃料、核能以及再生能源屬於初級能源（primary energy source）。氫氣和電力屬於次級能源(secondary energy source)，次級能源指初級能源經轉化後以別種形式存在的能源，也就是，氫氣和電力不會憑空誕生，必須透過初級能源製造。此外，熱力學第二定律告訴我們，所有轉化過程皆會導致能量損失。也就是說，若將煤炭轉換成電能、電能所蘊含的能量會減少，因此，開電暖器取暖會比燒煤炭取暖更加耗能。

化石燃料、氫氣和電力同屬於能源載體(energy carrier)，描述一種能讓你透過轉換器將能量變成機械能或熱能的媒介。舉個例子，石油透過汽車的內燃機轉變為動能、讓你四處移動；電力透過電暖器的電熱絲產生輻射熱供暖。一世紀以來，能源載體朝著更輕、更方便攜帶且低碳/無碳排的趨勢前進，因此可以預期將來電力和氫氣會取代化石燃料，而各行各業的電氣化將會是必然的趨勢。

▋核能製氫
四十年前就有人想過利用核能產生的高熱或電力來製造氫氣了，第四代反應爐的高溫氣冷式反應爐(high-temperature gas-cooled reactor, HTGR)即為一例。該反應爐能提供將近一千度的高溫氦氣以提升熱化學反應和製氫製程（如天然氣-水蒸汽的重組反應, Reforming）的效率。設計上也能支援海水淡化和小型模組化。

四代爐國際論壇(Generation IV International Forum)的成員：加拿大、中國、法國、日本、俄羅斯、印度、歐盟、南非、美國都有設計專門用於產氫的核電廠或已在實驗室進行初步驗證。隨著市場需求提升，各國有加快(或重新)研發步驟的趨勢。但這趕不上市場對乾淨氫氣的需求，法國決定另闢路徑：用核電電解水

法國電力公司和英國政府於2018年時組成了Hydrogen to Heysham (H2H)聯盟驗證核能製氫的可能性。H2H聯盟於Heysham核電廠內安裝了1MW的鹼性電解裝置(alkaline electrolyser)和1MW的質子交換膜電解裝置(proton exchange membrane electrolyser)，並驗證了兩套主流電解技術的表現。將一部分核電撥給此兩套系統，日產氫氣量最高可達800公斤。

研究同時表示，規劃中的Sizewell C核電廠、以及建造中的Hinkley Point C核電廠都將能支援大規模、模組化電解系統。研究給出以下結論：從技術和安全層面來看，核能製氫實際可行，而且有潛力從預計的示範型計畫擴大規模。H2H聯盟認為，若串聯電解系統和核能，將能製造足夠的氫氣以滿足英國未來一大部分的需求。又，為了反映核電廠整體生命週期的碳排放，H2H聯盟替核能製氫加上了名目碳足跡。

美國能源局(U.S. Department of Energy)的核能製氫計畫將由Idaho National Laboratory主持。預計在2020和2021年，於Ohio、Arizona、Minnesota州的三處核電廠驗證核電電解水的相關技術；能源局期待此計畫能提升核能的長期競爭能力。

▋經濟表現
核能大量穩定的輸出是低碳能源中最大的優勢。H2H聯盟的研究報告指出，核能的穩定輸出能使電解裝置達到93%利用率。由於 #電解裝置的每日利用時間越長、#越能降低其製氫成本，故和間歇性的風力及太陽能相比，核能在成本上有競爭優勢。美國能源局也抱持相同看法。

替核電廠加裝電解裝置也是替核電添加了彈性調度的強力外掛，如此核電廠就能在電網需求不高時將多餘電力轉變為氫氣儲存起來；並在電力需求上升時，將氫氣透過燃料電池轉換為電力。這種彈性有助於穩定整體電網、彌補再生能源的間歇性和不穩定性。也幫助核能在偏向再生能源的電力市場中更有競爭性。

氫氣可現地儲存、或透過氫氣基礎設施儲存、運送、分配。對應的充氫站、氫氣運輸管線等基礎建設的鋪設將會帶動一波需求。足量的氫氣供應將會對交通運輸業(燃料電池)和供暖行業(取代天然氣)有極大的幫助。

H2H聯盟的研究已證明現行的核電廠技術和電解裝置技術就能達成核能產氫的目標，也有潛能擴大規模，在主要結構候選材料Inconel 617通過50萬小時的高溫實驗驗證後，高溫氣冷式反應爐有望能加速問世。

▋這是個結論
電解製氫核能來做的話很OK，至於為何歐美要積極切入這塊，主要還是因應多變電力市場以及多元經營為考量~ 未來賣氫氣可能比賣電更好賺。近期EDF已經遞出Sizewell C核電廠的興建申請，製氫計畫也包含在裏頭，若順利動土，將很快看到歐洲第一個核電製氫的商業規模案例，預估每天可達22萬噸的氫產量，價格也可以達到每公斤約2美元，此外，目前歐洲投資環境對核能發電並不友善，但對於製氫則是屬於永續投資分類的一環，核能業者也能藉此獲得資金。

至於台灣要搞氫經濟... 也得先生出穩固又無碳的電源咩~

▋參考資料
Hydrogen to Heysham feasibility report
https://reurl.cc/exnXZ7

燃料電池發電廠為儲能潛力軍，南韓已裝置近 300MW 設備 （08/17/2018 EnergyTrend）

通常提到電池發電廠，第一個想到或許都是鋰離子電池發電廠，但除此之外，燃料電池也是儲能界的明日之星，該技術也正在全球如火如荼發展中，像是南韓 6 家燃料電池公司已在當地部屬近 300MW 燃料電池發電廠，公司之間的競爭更讓許多創新供電方式應運而生。

燃料電池是一種透過氧或氧化劑進行氧化還原反應，將化學能轉換成電能的裝置，最常見的燃料為氫氣，氫燃料電池車更是赫赫有名的電動車潛力軍，而質子交換膜燃料電池（PEMFC）、高溫燃料電池與鹼性燃料電池（AFC）也都是目前備受矚目的相關技術。

其中韓國西方電力公司、韓國 Hanp 公司與 KB 證券公司已斥資 5,250 億韓元，將打造裝置容量達 80MW 的氫燃料電池發電廠，預計會從天然氣中提取氫氣並結合空氣中的氧來發電，2019 年 9 月完工倂網後即可生產 656 GWh 電力，提供約 240,000 戶家庭電力需求，約占鎮川郡 23% 用電，更預計可在長達 20 年的運作期間賺 3.4 兆韓元。

https://vimeo.com/274382786

而其他燃料電池發展也不落人後，韓國東南電力公司（KOEN）將與 Bloom Energy 攜手在盆唐火力發電廠建立南韓第一個固態氧化物燃料電池（SOFC）設備，該技術透過固態氧化物或陶瓷電解質，打造效率與穩定性兼具的低排放設備，預估其裝置量達 8.350KW，未來 KOEN 則將會把電力出售給家庭與企業。

韓國浦項鋼鐵（POSCO）旗下的能源公司 POSCO Energy 也致力於發展燃料電池，該公司的燃料電池發電廠裝置量更高達 171.8MW。

除了大力部署燃料電池發電廠之外，南韓政府也相當支持氫燃料電池車，計劃增設氫燃料站、盼可吸引駕駛轉用該零排放車款，南韓汽車廠商則也紛紛投入研發燃料汽車，像是現代汽車（Hyundai）今年已推出新一代氫燃料電池車，續航里程高達 563 公里。

南韓可說是全球十大污染國之一，空氣品質是經濟合作暨發展組織（OECD）35 個會員國之中最差的，在全球排名中也只贏 7 個國家。韓國電力公社（KEPCO）表示，南韓三分之二電力來自於化石燃料，近三分之一電力由核電提供。

因此為促進綠能發展，南韓政府先前也喊出無核與減火力廠計畫，希望在 2038 年將反應爐數量減少到 14 座、2060 年達成無核家園目標，並汰換服役 30 年以上的燃煤發電廠，同時設立 2030 年再生能源發電占比 20% 目標。

官方估計，2030年南韓再生能源發電量將增加 487 億KW 達到 630 億 KW，相當於新增 35 座核能發電機組，綠能占比也可從目前的 7% 躍升至 20%，進一步脫離世界污染國排名。

而雖然南韓目前燃料電池的部署速度還不像太陽能與風力發電那麼快，但隨著技術成熟與成本下降，燃料電池車與發電廠也可成為再生能源發展與無碳道路的助力，或許能進一步讓南韓從火力發電大國變成燃料電池發展重地。

South Korea continues to lead in fuel cell development

World’s largest fuel cell power plant to be built in Jincheon South Korea

（首圖來源：POSCO Energy。文／DaisyChuang）

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