2025年中國(guó)核能制氫行業(yè)技術(shù)路徑、相關(guān)政策、市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研判：大力開(kāi)展核能制氫技術(shù)的研發(fā)工作[圖]

內(nèi)容概要：核能制氫就是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱作為制氫的能源，通過(guò)選擇合適的工藝，實(shí)現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時(shí)減少甚至消除溫室氣體的排放?，F(xiàn)階段，利用核能發(fā)電與電解水耦合制氫是一種具有規(guī)?；瘧?yīng)用潛力的核能制氫技術(shù)，而以水為原料與利用核反應(yīng)熱的甲烷蒸汽重整、高溫蒸汽電解和熱化學(xué)循環(huán)則是代表未來(lái)發(fā)展方向的核能制氫技術(shù)。放眼全球，隨著新一代核堆型的成熟與氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，美日英中等核電大國(guó)均已啟動(dòng)本國(guó)的核能制氫工程。美國(guó)市場(chǎng)，早在2004年，美國(guó)能源部（DOE）就啟動(dòng)了核能制氫研究工作。通過(guò)與電力企業(yè)合作，對(duì)在九英里峰核電廠在內(nèi)的4個(gè)核電廠生產(chǎn)清潔氫的示范項(xiàng)目提供支持。其中，九英里角核電站中的一座1250千瓦低溫電解制氫設(shè)施（質(zhì)子交換膜電解槽）已于2023年3月啟動(dòng)運(yùn)行，每天可生產(chǎn)560千克氫氣。日本市場(chǎng)，日本原子力研究機(jī)構(gòu)自1998年建成運(yùn)行熱功率30MWe的高溫氣冷試驗(yàn)堆，成功實(shí)現(xiàn)在850℃下穩(wěn)定運(yùn)行。2004年冷卻劑出口溫度達(dá)到950℃并成功完成了連續(xù)一周制氫試驗(yàn)運(yùn)行。2019年，該堆連續(xù)運(yùn)行150個(gè)小時(shí)，示范了熱化學(xué)碘硫循環(huán)制氫工藝。中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)核能制氫項(xiàng)目起步于“十一五”，研究了當(dāng)初的主流工藝熱化學(xué)循環(huán)和高溫蒸汽電解制氫，并進(jìn)行了初步運(yùn)行試驗(yàn)。在“十二五”期間，設(shè)立了國(guó)家科技重大專項(xiàng)“先進(jìn)壓水堆與高溫氣冷堆核電站”，目的是掌握碘硫循環(huán)和高溫蒸汽電解的工藝關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，以中核集團(tuán)為代表的企業(yè)積極布局核能制氫領(lǐng)域，2024年12月，田灣核電PEM核能制氫示范項(xiàng)目成套系統(tǒng)成功完成啟動(dòng)試運(yùn)行，制備氫氣濃度經(jīng)純化后達(dá)到99.999%，滿足設(shè)計(jì)要求。全球核能制氫市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，2024年市場(chǎng)規(guī)模超4.5億美元。

上市企業(yè)：中國(guó)廣核（003816）、東華能源（002221）、中國(guó)核電（601985）、國(guó)富氫能(02582)、國(guó)鴻氫能(09663)、陽(yáng)光電源（300274）

相關(guān)企業(yè)：中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司、中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司、東華能源股份有限公司、中國(guó)華能集團(tuán)有限公司、江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備股份有限公司、國(guó)鴻氫能科技（嘉興）股份有限公司、陽(yáng)光電源股份有限公司、北京京城機(jī)電股份有限公司、昇輝智能科技股份有限公司、中集安瑞科控股有限公司、四川蜀道裝備科技股份有限公司、上海氫楓能源技術(shù)有限公司

關(guān)鍵詞：核能制氫、氫氣、核能

一、核能制氫行業(yè)相關(guān)概述

核能制氫就是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱作為制氫的能源，通過(guò)選擇合適的工藝，實(shí)現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時(shí)減少甚至消除溫室氣體的排放。核能到氫能的轉(zhuǎn)化途徑較多，包括以水為原料經(jīng)電解、熱化學(xué)循環(huán)、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質(zhì)為原料的熱解制氫等。以水為原料時(shí)，整個(gè)制氫工藝過(guò)程都不產(chǎn)生CO2，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時(shí)，只能減少碳排放。

核能制氫具備以下發(fā)展優(yōu)勢(shì)：（1）氫能源本身優(yōu)勢(shì)：氫氣作為新興零碳的清潔能源，燃燒性能好，熱值高，運(yùn)輸能耗低，并且可以通過(guò)燃料電池將其轉(zhuǎn)化為電能，然后在高峰期作為電能出售，或者作為化學(xué)燃料直接出售，擁有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。（2）可有效承接核能棄電棄熱、提升核能利用率：核電站開(kāi)啟后關(guān)停成本極高，用電端的波峰波谷使得在波谷無(wú)法消納和存儲(chǔ)。核能棄電制氫能夠?yàn)楹水a(chǎn)業(yè)提供額外產(chǎn)出，利于維持正在老化的反應(yīng)堆的服役狀態(tài)，避免核設(shè)施的廢棄，實(shí)現(xiàn)核電生產(chǎn)與需求曲線匹配，提高核能利用率和競(jìng)爭(zhēng)力。（3）可提升制氫效率、降低制氫成本：全球95%工業(yè)氫采用蒸汽甲烷重整工藝（SMR），成本低但生成額外的二氧化碳。采用核能進(jìn)行甲烷熱分解（TDM）制氫，過(guò)程中產(chǎn)生的碳是純固體碳或炭黑，易捕捉，熱解所需高溫可由核電廠直接提供。這種方式能量需求極低，比常規(guī)水電解低8倍，而產(chǎn)生的氫能比常規(guī)電解水高出幾倍。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《中國(guó)核能制氫行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及產(chǎn)業(yè)需求研判報(bào)告》

二、核能制氫行業(yè)主流技術(shù)

現(xiàn)階段，利用核能發(fā)電與電解水耦合制氫是一種具有規(guī)?；瘧?yīng)用潛力的核能制氫技術(shù)，而以水為原料與利用核反應(yīng)熱的甲烷蒸汽重整、高溫蒸汽電解和熱化學(xué)循環(huán)則是代表未來(lái)發(fā)展方向的核能制氫技術(shù)。（1）甲烷蒸汽重整。甲烷蒸汽重整是目前工業(yè)領(lǐng)域主要的制氫技術(shù)，該技術(shù)通常以天然氣為原料，成本低廉，規(guī)模大，但產(chǎn)生大量的溫室氣體。此反應(yīng)在催化劑條件下進(jìn)行，反應(yīng)溫度區(qū)間為500~950℃,天然氣與水蒸氣在高溫下反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2和CO2。制取的混合氣體中，氫氣體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)74%。甲烷蒸汽重整是一個(gè)吸熱反應(yīng)，需要輸入大量熱量。在甲烷蒸汽重整技術(shù)中，一部分甲烷作為原料生成H2，一部分甲烷作為燃料燃燒為反應(yīng)提供能量。因此，反應(yīng)需要消耗大量天然氣并生成大量CO2。核能耦合甲烷蒸汽重整技術(shù)利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量為重整反應(yīng)提供熱源，可以顯著減少甲烷蒸汽重整所需要的天然氣和CO2的排放。（2）核能耦合高溫蒸汽電解制氫。高溫蒸汽電解是基于固體氧化物電解過(guò)程實(shí)現(xiàn)，在800℃高溫下，產(chǎn)生單位體積氫氣的耗電量為3kW·h/m3。當(dāng)反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，耗電量會(huì)進(jìn)一步下降。高溫蒸汽電解過(guò)程為固體氧化物燃料電池的逆過(guò)程。由于核反應(yīng)堆提供大量反應(yīng)需要的熱量，高溫蒸汽電解的效率高于常規(guī)電解水。核能耦合高溫蒸汽電解技術(shù)利用核反應(yīng)堆給電解系統(tǒng)提供熱源或蒸汽，電解的電能消耗可以顯著降低。此技術(shù)在熱力學(xué)上需要的電能減少，可以改善電解池的動(dòng)力學(xué)，同時(shí)電解池中電極表面反應(yīng)的活化能能壘降低，可以提高反應(yīng)效率。（3）核能耦合熱化學(xué)循環(huán)制氫。熱化學(xué)循環(huán)將兩個(gè)或多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)互相耦合，組成一個(gè)閉合循環(huán)，所有試劑循環(huán)使用，單個(gè)化學(xué)反應(yīng)的所需溫度降低。熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)的所需溫度是800~900℃。核能耦合熱化學(xué)循環(huán)技術(shù)利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量作為反應(yīng)熱源，可以降低反應(yīng)的效率損失，實(shí)現(xiàn)核能耦合熱化學(xué)循環(huán)的高效轉(zhuǎn)化。

三、核能制氫行業(yè)發(fā)展背景

在全球能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的今天，新能源產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展。太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的應(yīng)用日益廣泛。而作為新能源產(chǎn)業(yè)中的重要分支，氫能因零排放、能源效率高等特性，被視為“終極能源”之一。當(dāng)下，氫能以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力，正逐步成為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要力量。氫能不僅具備清潔、高效、可再生的特點(diǎn)，還能廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、建筑等多個(gè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了重要路徑。近年來(lái)，我國(guó)氣產(chǎn)量逐年持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)顯示，2023年我國(guó)氫氣產(chǎn)量3500萬(wàn)噸，2024年氫氣產(chǎn)量增至3695萬(wàn)噸，中國(guó)穩(wěn)居全球第一產(chǎn)氫國(guó)地位。

從氫氣生產(chǎn)方式來(lái)看，煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫仍是我國(guó)氫氣供應(yīng)的主要來(lái)源，產(chǎn)量占比超98%，電解水制氫穩(wěn)定發(fā)展。煤制氫是現(xiàn)階段我國(guó)技術(shù)成熟度最高、應(yīng)用規(guī)模最大的制氫技術(shù)，已完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。煤制氫工藝包括煤氣化、變換、變壓吸附（PSA）等主要流程。從元素利用角度來(lái)看，煤制氫過(guò)程中元素碳僅用于提供熱能，并未得到充分利用。但由于煤制氫技術(shù)具有原料成本低、裝置規(guī)模大、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)階段在中國(guó)仍具有較大應(yīng)用規(guī)模。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量相對(duì)較少，因此國(guó)內(nèi)天然氣制氫規(guī)模相對(duì)較小。天然氣制氫主要分為水蒸氣重整制氫、部分氧化制氫和自熱重整制氫等技術(shù)路線，其中水蒸氣重整制氫技術(shù)已較為成熟，部分氧化制氫和自熱重整制氫技術(shù)仍處于工程化階段。天然氣水蒸氣重整制氫主要包括預(yù)熱、脫硫、轉(zhuǎn)化爐、變換和PSA提純氫等工藝過(guò)程。目前，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)包括工藝設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備、高溫催化劑等在內(nèi)的天然氣水蒸氣重整制氫技術(shù)的完全國(guó)產(chǎn)化。由于工業(yè)副產(chǎn)氣的雜質(zhì)成分和含量不同，不同分離方法的效率和效果也不同，且目前氫氣含量低于15%的原料氣暫無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模提純。目前工藝副產(chǎn)氣提氫主要有深冷分離法、膜分離法和PSA法3種。PSA法適用于大規(guī)模高純氫分離，是當(dāng)前技術(shù)成熟度較高且應(yīng)用相對(duì)廣泛的工業(yè)副產(chǎn)氣提純氫氣技術(shù)，膜分離適用于低純氫分離場(chǎng)景，深冷分離適用于低含氫量原料氣且多與PSA法結(jié)合提純高純氫氣。

四、核能制氫行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀

放眼全球，隨著新一代核堆型的成熟與氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，美日英中等核電大國(guó)均已啟動(dòng)本國(guó)的核能制氫工程。美國(guó)市場(chǎng)，早在2004年，美國(guó)能源部（DOE）就啟動(dòng)了核能制氫研究工作。通過(guò)與電力企業(yè)合作，對(duì)在九英里峰核電廠在內(nèi)的4個(gè)核電廠生產(chǎn)清潔氫的示范項(xiàng)目提供支持。其中，九英里角核電站中的一座1250千瓦低溫電解制氫設(shè)施（質(zhì)子交換膜電解槽）已于2023年3月啟動(dòng)運(yùn)行，每天可生產(chǎn)560千克氫氣。日本市場(chǎng)，日本原子力研究機(jī)構(gòu)自1998年建成運(yùn)行熱功率 30MWe的高溫氣冷試驗(yàn)堆，成功實(shí)現(xiàn)在850℃下穩(wěn)定運(yùn)行。2004年冷卻劑出口溫度達(dá)到950℃并成功完成了連續(xù)一周制氫試驗(yàn)運(yùn)行。2019 年，該堆連續(xù)運(yùn)行 150 個(gè)小時(shí)，示范了熱化學(xué)碘硫循環(huán)制氫工藝。全球核能制氫市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，2024年市場(chǎng)規(guī)模超4.5億美元。

近年來(lái)，我國(guó)高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺(tái)了一系列支持政策，為氫能產(chǎn)業(yè)的快速崛起提供了有力保障。從國(guó)家層面的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》到地方政府的氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃，政策導(dǎo)向明確、支持力度大，為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》中提及要推進(jìn)固體氧化物電解池制氫、光解水制氫、海水制氫、核能高溫制氫等技術(shù)研發(fā)。2024年10月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門發(fā)布的《關(guān)于大力實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出積極有序發(fā)展可再生能源制氫。此外，政府還積極推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)與國(guó)際市場(chǎng)的接軌，加強(qiáng)與國(guó)際氫能領(lǐng)域的交流合作。通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，提升我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)走向全球。

我國(guó)核能制氫項(xiàng)目起步于“十一五”，研究了當(dāng)初的主流工藝熱化學(xué)循環(huán)和高溫蒸汽電解制氫，并進(jìn)行了初步運(yùn)行試驗(yàn)。在“十二五”期間，設(shè)立了國(guó)家科技重大專項(xiàng)“先進(jìn)壓水堆與高溫氣冷堆核電站”，目的是掌握碘硫循環(huán)和高溫蒸汽電解的工藝關(guān)鍵技術(shù)。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院（INET）在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，于2001年建成了10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（HTR-10），2003年達(dá)到滿功率運(yùn)行。近年來(lái)，以中核集團(tuán)為代表的企業(yè)積極布局核能制氫領(lǐng)域，中核集團(tuán)在2018年聯(lián)合清華大學(xué)、中國(guó)寶武開(kāi)展核能制氫、核能制氫冶金項(xiàng)目合作研究。目前已完成10NL/h（N表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）制氫工藝的閉合運(yùn)行，建成了產(chǎn)氫能力100NL/h規(guī)模的臺(tái)架并實(shí)現(xiàn)86小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。中核集團(tuán)將高溫氣冷堆與熱化學(xué)循環(huán)制氫技術(shù)耦合，可以大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，目標(biāo)是建成一座600兆瓦超高溫氣冷堆，與一座產(chǎn)氫50000Nm3/h的熱化學(xué)制氫工廠匹配生產(chǎn)。中核集團(tuán)、清華大學(xué)、中國(guó)寶武三方于2019年1月簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，三方將資源共享，共同打造世界領(lǐng)先的核能制氫冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。2021年9月，中核集團(tuán)和清華大學(xué)、華能集團(tuán)、寶武鋼鐵集團(tuán)、中信集團(tuán)五方聯(lián)合發(fā)起成立高溫氣冷堆碳中和制氫產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟。該聯(lián)盟以我國(guó)先進(jìn)的高溫氣冷堆技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)氫冶煉、氫化工等應(yīng)用技術(shù)，與鋼鐵冶煉、化工等具體應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合，打造工業(yè)規(guī)模示范項(xiàng)目，計(jì)劃2022-2023年形成高溫堆制氫的示范工程。2021年，中廣核集團(tuán)首次將SOEC應(yīng)用于核電制氫示范項(xiàng)目，項(xiàng)目落地廣東大亞灣核電站。2024年12月，田灣核電PEM核能制氫示范項(xiàng)目成套系統(tǒng)成功完成啟動(dòng)試運(yùn)行，制備氫氣濃度經(jīng)純化后達(dá)到99.999%，滿足設(shè)計(jì)要求。PEM核能制氫示范項(xiàng)目采用先進(jìn)的PEM膜（質(zhì)子交換膜）電解技術(shù)制備氫氣，電解槽以質(zhì)子交換膜作為隔膜，起到傳遞質(zhì)子的作用，同時(shí)隔絕氫氣和氧氣，膜兩側(cè)分別涂敷催化劑作為陰極和陽(yáng)極作為反應(yīng)場(chǎng)所分別電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。匹配自動(dòng)化控制系統(tǒng)，具有能耗低、響應(yīng)速度快、氫氣純度高等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

五、核能制氫行業(yè)發(fā)展建議

面對(duì)未來(lái)的低碳化需求，核能制氫不僅能實(shí)現(xiàn)制氫過(guò)程的無(wú)碳排放，還能拓展核能的多元利用，提高核電廠的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，并為核電廠與可再生能源的和諧發(fā)展創(chuàng)造條件。隨著第四代核電技術(shù)的發(fā)展，核能制氫將為可持續(xù)發(fā)展以及氫能經(jīng)濟(jì)開(kāi)辟新的道路，加速推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。未來(lái)核能制氫的發(fā)展應(yīng)重視以下能力建設(shè)：一是統(tǒng)籌規(guī)劃，制定合理的發(fā)展框架和路線圖；二是開(kāi)放合作，打造更加堅(jiān)固的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；三是加大投資力度，推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)迭代；四是強(qiáng)化技術(shù)轉(zhuǎn)化與成果應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化發(fā)展。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（www.elizabethfrankierollins.com）發(fā)布的《中國(guó)核能制氫行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及產(chǎn)業(yè)需求研判報(bào)告》。智研咨詢是中國(guó)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。