2025年中国核能制氢行业技术路径、相关政策、市场现状及发展趋势研判：大力开展核能制氢技术的研发工作[图]

内容概要：核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。现阶段，利用核能发电与电解水耦合制氢是一种具有规模化应用潜力的核能制氢技术，而以水为原料与利用核反应热的甲烷蒸汽重整、高温蒸汽电解和热化学循环则是代表未来发展方向的核能制氢技术。放眼全球，随着新一代核堆型的成熟与氢能产业的发展，美日英中等核电大国均已启动本国的核能制氢工程。美国市场，早在2004年，美国能源部（DOE）就启动了核能制氢研究工作。通过与电力企业合作，对在九英里峰核电厂在内的4个核电厂生产清洁氢的示范项目提供支持。其中，九英里角核电站中的一座1250千瓦低温电解制氢设施（质子交换膜电解槽）已于2023年3月启动运行，每天可生产560千克氢气。日本市场，日本原子力研究机构自1998年建成运行热功率30MWe的高温气冷试验堆，成功实现在850℃下稳定运行。2004年冷却剂出口温度达到950℃并成功完成了连续一周制氢试验运行。2019年，该堆连续运行150个小时，示范了热化学碘硫循环制氢工艺。中国市场，中国核能制氢项目起步于“十一五”，研究了当初的主流工艺热化学循环和高温蒸汽电解制氢，并进行了初步运行试验。在“十二五”期间，设立了国家科技重大专项“先进压水堆与高温气冷堆核电站”，目的是掌握碘硫循环和高温蒸汽电解的工艺关键技术。近年来，以中核集团为代表的企业积极布局核能制氢领域，2024年12月，田湾核电PEM核能制氢示范项目成套系统成功完成启动试运行，制备氢气浓度经纯化后达到99.999%，满足设计要求。全球核能制氢市场规模进一步扩大，2024年市场规模超4.5亿美元。

上市企业：中国广核（003816）、东华能源（002221）、中国核电（601985）、国富氢能(02582)、国鸿氢能(09663)、阳光电源（300274）

相关企业：中国核工业集团有限公司、中国广核集团有限公司、东华能源股份有限公司、中国华能集团有限公司、江苏国富氢能技术装备股份有限公司、国鸿氢能科技（嘉兴）股份有限公司、阳光电源股份有限公司、北京京城机电股份有限公司、昇辉智能科技股份有限公司、中集安瑞科控股有限公司、四川蜀道装备科技股份有限公司、上海氢枫能源技术有限公司

关键词：核能制氢、氢气、核能

一、核能制氢行业相关概述

核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。核能到氢能的转化途径较多，包括以水为原料经电解、热化学循环、高温蒸汽电解制氢，以硫化氢为原料裂解制氢，以天然气、煤、生物质为原料的热解制氢等。以水为原料时，整个制氢工艺过程都不产生CO2，基本可以消除温室气体排放；以其他原料制氢时，只能减少碳排放。

核能制氢具备以下发展优势：（1）氢能源本身优势：氢气作为新兴零碳的清洁能源，燃烧性能好，热值高，运输能耗低，并且可以通过燃料电池将其转化为电能，然后在高峰期作为电能出售，或者作为化学燃料直接出售，拥有丰富的应用场景。（2）可有效承接核能弃电弃热、提升核能利用率：核电站开启后关停成本极高，用电端的波峰波谷使得在波谷无法消纳和存储。核能弃电制氢能够为核产业提供额外产出，利于维持正在老化的反应堆的服役状态，避免核设施的废弃，实现核电生产与需求曲线匹配，提高核能利用率和竞争力。（3）可提升制氢效率、降低制氢成本：全球95%工业氢采用蒸汽甲烷重整工艺（SMR），成本低但生成额外的二氧化碳。采用核能进行甲烷热分解（TDM）制氢，过程中产生的碳是纯固体碳或炭黑，易捕捉，热解所需高温可由核电厂直接提供。这种方式能量需求极低，比常规水电解低8倍，而产生的氢能比常规电解水高出几倍。

相关报告：开云电竞官方网站下载安装 发布的《中国核能制氢行业市场发展态势及产业需求研判报告》

二、核能制氢行业主流技术

现阶段，利用核能发电与电解水耦合制氢是一种具有规模化应用潜力的核能制氢技术，而以水为原料与利用核反应热的甲烷蒸汽重整、高温蒸汽电解和热化学循环则是代表未来发展方向的核能制氢技术。（1）甲烷蒸汽重整。甲烷蒸汽重整是目前工业领域主要的制氢技术，该技术通常以天然气为原料，成本低廉，规模大，但产生大量的温室气体。此反应在催化剂条件下进行，反应温度区间为500~950℃,天然气与水蒸气在高温下反应转化为H2和CO2。制取的混合气体中，氢气体积分数最高可达74%。甲烷蒸汽重整是一个吸热反应，需要输入大量热量。在甲烷蒸汽重整技术中，一部分甲烷作为原料生成H2，一部分甲烷作为燃料燃烧为反应提供能量。因此，反应需要消耗大量天然气并生成大量CO2。核能耦合甲烷蒸汽重整技术利用核反应堆产生的热量为重整反应提供热源，可以显著减少甲烷蒸汽重整所需要的天然气和CO2的排放。（2）核能耦合高温蒸汽电解制氢。高温蒸汽电解是基于固体氧化物电解过程实现，在800℃高温下，产生单位体积氢气的耗电量为3kW·h/m3。当反应温度进一步升高时，耗电量会进一步下降。高温蒸汽电解过程为固体氧化物燃料电池的逆过程。由于核反应堆提供大量反应需要的热量，高温蒸汽电解的效率高于常规电解水。核能耦合高温蒸汽电解技术利用核反应堆给电解系统提供热源或蒸汽，电解的电能消耗可以显著降低。此技术在热力学上需要的电能减少，可以改善电解池的动力学，同时电解池中电极表面反应的活化能能垒降低，可以提高反应效率。（3）核能耦合热化学循环制氢。热化学循环将两个或多个热驱动的化学反应互相耦合，组成一个闭合循环，所有试剂循环使用，单个化学反应的所需温度降低。热化学循环反应的所需温度是800~900℃。核能耦合热化学循环技术利用核反应堆产生的热量作为反应热源，可以降低反应的效率损失，实现核能耦合热化学循环的高效转化。

三、核能制氢行业发展背景

在全球能源结构不断优化的今天，新能源产业正以前所未有的速度蓬勃发展。太阳能、风能等可再生能源的应用日益广泛。而作为新能源产业中的重要分支，氢能因零排放、能源效率高等特性，被视为“终极能源”之一。当下，氢能以其独特的优势和巨大的潜力，正逐步成为推动能源转型的重要力量。氢能不仅具备清洁、高效、可再生的特点，还能广泛应用于交通、工业、建筑等多个领域，为实现碳中和目标提供了重要路径。近年来，我国气产量逐年持续增长，数据显示，2023年我国氢气产量3500万吨，2024年氢气产量增至3695万吨，中国稳居全球第一产氢国地位。

从氢气生产方式来看，煤制氢、天然气制氢和工业副产氢仍是我国氢气供应的主要来源，产量占比超98%，电解水制氢稳定发展。煤制氢是现阶段我国技术成熟度最高、应用规模最大的制氢技术，已完全实现国产化。煤制氢工艺包括煤气化、变换、变压吸附（PSA）等主要流程。从元素利用角度来看，煤制氢过程中元素碳仅用于提供热能，并未得到充分利用。但由于煤制氢技术具有原料成本低、装置规模大、技术成熟度高等优点，因此现阶段在中国仍具有较大应用规模。我国天然气储量相对较少，因此国内天然气制氢规模相对较小。天然气制氢主要分为水蒸气重整制氢、部分氧化制氢和自热重整制氢等技术路线，其中水蒸气重整制氢技术已较为成熟，部分氧化制氢和自热重整制氢技术仍处于工程化阶段。天然气水蒸气重整制氢主要包括预热、脱硫、转化炉、变换和PSA提纯氢等工艺过程。目前，我国已实现包括工艺设计、关键设备、高温催化剂等在内的天然气水蒸气重整制氢技术的完全国产化。由于工业副产气的杂质成分和含量不同，不同分离方法的效率和效果也不同，且目前氢气含量低于15%的原料气暂无法实现大规模提纯。目前工艺副产气提氢主要有深冷分离法、膜分离法和PSA法3种。PSA法适用于大规模高纯氢分离，是当前技术成熟度较高且应用相对广泛的工业副产气提纯氢气技术，膜分离适用于低纯氢分离场景，深冷分离适用于低含氢量原料气且多与PSA法结合提纯高纯氢气。

四、核能制氢行业市场现状

放眼全球，随着新一代核堆型的成熟与氢能产业的发展，美日英中等核电大国均已启动本国的核能制氢工程。美国市场，早在2004年，美国能源部（DOE）就启动了核能制氢研究工作。通过与电力企业合作，对在九英里峰核电厂在内的4个核电厂生产清洁氢的示范项目提供支持。其中，九英里角核电站中的一座1250千瓦低温电解制氢设施（质子交换膜电解槽）已于2023年3月启动运行，每天可生产560千克氢气。日本市场，日本原子力研究机构自1998年建成运行热功率 30MWe的高温气冷试验堆，成功实现在850℃下稳定运行。2004年冷却剂出口温度达到950℃并成功完成了连续一周制氢试验运行。2019 年，该堆连续运行 150 个小时，示范了热化学碘硫循环制氢工艺。全球核能制氢市场规模进一步扩大，2024年市场规模超4.5亿美元。

近年来，我国高度重视氢能产业的发展，出台了一系列支持政策，为氢能产业的快速崛起提供了有力保障。从国家层面的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》到地方政府的氢能产业创新发展行动计划，政策导向明确、支持力度大，为氢能产业的发展指明了方向。《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中提及要推进固体氧化物电解池制氢、光解水制氢、海水制氢、核能高温制氢等技术研发。2024年10月，国家发展改革委等部门发布的《关于大力实施可再生能源替代行动的指导意见》提出积极有序发展可再生能源制氢。此外，政府还积极推动氢能产业与国际市场的接轨，加强与国际氢能领域的交流合作。通过引进国外先进技术和管理经验，提升我国氢能产业的国际竞争力，推动氢能产业走向全球。

我国核能制氢项目起步于“十一五”，研究了当初的主流工艺热化学循环和高温蒸汽电解制氢，并进行了初步运行试验。在“十二五”期间，设立了国家科技重大专项“先进压水堆与高温气冷堆核电站”，目的是掌握碘硫循环和高温蒸汽电解的工艺关键技术。清华大学核能与新能源技术研究院（INET）在国家“863”计划支持下，于2001年建成了10MW高温气冷实验反应堆（HTR-10），2003年达到满功率运行。近年来，以中核集团为代表的企业积极布局核能制氢领域，中核集团在2018年联合清华大学、中国宝武开展核能制氢、核能制氢冶金项目合作研究。目前已完成10NL/h（N表示标准状态）制氢工艺的闭合运行，建成了产氢能力100NL/h规模的台架并实现86小时连续运行。中核集团将高温气冷堆与热化学循环制氢技术耦合，可以大规模生产氢气，目标是建成一座600兆瓦超高温气冷堆，与一座产氢50000Nm3/h的热化学制氢工厂匹配生产。中核集团、清华大学、中国宝武三方于2019年1月签订《核能-制氢-冶金耦合技术战略合作框架协议》，三方将资源共享，共同打造世界领先的核能制氢冶金产业联盟。2021年9月，中核集团和清华大学、华能集团、宝武钢铁集团、中信集团五方联合发起成立高温气冷堆碳中和制氢产业技术联盟。该联盟以我国先进的高温气冷堆技术为基础，开发氢冶炼、氢化工等应用技术，与钢铁冶炼、化工等具体应用场景相结合，打造工业规模示范项目，计划2022-2023年形成高温堆制氢的示范工程。2021年，中广核集团首次将SOEC应用于核电制氢示范项目，项目落地广东大亚湾核电站。2024年12月，田湾核电PEM核能制氢示范项目成套系统成功完成启动试运行，制备氢气浓度经纯化后达到99.999%，满足设计要求。PEM核能制氢示范项目采用先进的PEM膜（质子交换膜）电解技术制备氢气，电解槽以质子交换膜作为隔膜，起到传递质子的作用，同时隔绝氢气和氧气，膜两侧分别涂敷催化剂作为阴极和阳极作为反应场所分别电解水产生氢气和氧气。匹配自动化控制系统，具有能耗低、响应速度快、氢气纯度高等优势特点。

五、核能制氢行业发展建议

面对未来的低碳化需求，核能制氢不仅能实现制氢过程的无碳排放，还能拓展核能的多元利用，提高核电厂的经济竞争力，并为核电厂与可再生能源的和谐发展创造条件。随着第四代核电技术的发展，核能制氢将为可持续发展以及氢能经济开辟新的道路，加速推进能源结构转型。未来核能制氢的发展应重视以下能力建设：一是统筹规划，制定合理的发展框架和路线图；二是开放合作，打造更加坚固的产业联盟；三是加大投资力度，推进先进技术迭代；四是强化技术转化与成果应用，推动产业化、市场化发展。

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