面对全球水资源短缺与清洁能源需求的双重挑战，美国NuScale Power公司提出了一项值得关注的研究计划，尝试将其小型模块化反应堆（SMR）技术与海水淡化、绿色制氢及卤水再利用相结合，探索低碳、高效的综合能源系统。这一努力或许能为应对水危机和推动氢能发展提供新的思路。
核能综合系统：灵活应对多场景需求
NuScale Power近期公布的研究显示，其77兆瓦（MW）的核能模块（NPM）可通过灵活的能源配置，为海水淡化、氢气生产、氨合成及工业热能供应提供电力、蒸汽和热能支持。这项研究由NuScale与美国能源部下属的太平洋西北国家实验室（PNNL）合作完成，并于2025年3月的世界石油化工大会上首次亮相。
NuScale联合创始人兼首席技术官José Reyes博士表示：“全球水资源短缺问题日益严峻，而清洁氢能的需求也在不断增长。我们希望通过这项研究，为水资源利用、卤水处理和氢气生产探索一种多方共赢的可能。尽管还需更多验证，但我们相信核能技术或能为这些挑战提供清洁的解决方案。”
技术特点一览
NuScale的核能模块（NPM）是一种基于压水堆（PWR）的小型模块化反应堆，热功率250兆瓦，电功率77兆瓦。其设计紧凑，反应堆容器置于地下共享水池中，通过自然循环冷却，减少了传统水泵的使用，以提升安全性和经济性。以下是其主要特点：
√ 灵活蒸汽管理：支持100%蒸汽涡轮旁路，可将蒸汽直接输送至工业用户或冷凝器，适应不同负载需求。
√ 稳定热能供应：每台NPM每天可生产约8883吨蒸汽（每小时约37万公斤），蒸汽温度约283℃，压力32.8巴。
√ 离网运行：已获美国核管会（NRC）认证，支持完全离网操作，2023年1月其50兆瓦模块的12单元设计通过认证。
√ 动态调节：通过控制棒和蒸汽旁路实现快速响应，空气冷却冷凝器支持全流量旁路，确保涡轮停机时热能稳定输出。
来源：NuScale Power, LLC。
从海水到氢气：核能驱动的资源循环
NuScale的综合能源系统尝试将海水淡化、卤水再利用与非电解制氢结合，探索更低能耗的清洁能源路径。以下是其核心流程：
1.海水淡化
借助反渗透技术，一台NPM可驱动海水淡化系统，每天生产约1.5亿加仑（约5.7亿升）清洁淡水，足以支持230万人口城市的用水需求，同时剩余电力可为40万户家庭供电，且无二氧化碳排放。
2.卤水资源化与制氢
NuScale提出了一项专利申请中的工艺，利用海水淡化产生的卤水提取钠盐，结合直接空气捕获（DAC）技术获取的二氧化碳，合成甲酸钠（sodium formate）。甲酸钠是一种安全、易运输的氢能载体，含氢量约4.4wt%，相较传统液态有机氢载体（LOHC），在安全性与运输成本上更具潜力。
3.氢气释放
甲酸钠可通过以下方式释放氢气：
热分解：利用NPM热能驱动分解，释放氢气。
水热分解：通过工艺蒸汽进行化学反应，高效产氢。
此非电解制氢方式无需电解水，降低了能耗和水资源消耗。
模拟器验证：核能与氢能的动态探索
为评估这一系统的可行性，NuScale在俄勒冈州科瓦利斯总部开发了一套“综合能源系统模拟器”，并与核电站主控室模拟器整合。这是核能行业首次将氢能生产、存储及电力转换功能结合的模拟系统。主要功能有：
1.氢能生产：支持高温蒸汽电解（HTSE）或固体氧化物电解池（SOEC）技术，利用NPM热能产氢。
2.存储与转换：模拟氢气存储及通过燃料电池转换回电力的过程。
3.动态优化：可评估不同工业场景的能源配置，满足每天超200吨氢气的商业需求。
NuScale还与GSE Solutions和Fuel Cell Energy合作，开发了固体氧化物电解和燃料电池模型，进一步完善了技术验证。
未来展望：稳步推进产业合作
NuScale表示，其SMR技术在氢能领域已有多年积累，早期聚焦高温蒸汽电解，近期则拓展至非电解制氢路径。公司白皮书提到，NuScale正寻求与蒸汽、电力及氢能用户合作，优化综合能源系统的效率，助力实现商业规模的清洁能源目标。
Reyes博士补充道：“我们将继续探索SMR驱动的多种制氢方式。我们的团队通过与行业伙伴的努力，已将氢能生产与电力转换模型融入主控室模拟器，为核能与氢能的融合奠定了基础。”
原文链接：
https://www.powermag.com/nuscale-advances-smr-powered-desalination-and-hydrogen-production-with-integrated-brine-reuse-strategy/
作者：Sonal Patel
本文已进行编译。
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