低碳約束下中國核電發(fā)展及其規(guī)模分析

張生玲　李強

摘要

面對能源緊缺和環(huán)境約束問題，世界各國紛紛投入到新能源開發(fā)中來。核電因其清潔、高效、低碳、經(jīng)濟等特性逐漸受到各國的青睞。福島核事故后，世界核電發(fā)展進入低潮，中國于2012年11月重新啟動核電項目建設。在國際低碳發(fā)展背景和約束下，分析中國核電發(fā)展情況及發(fā)展空間與規(guī)模顯得十分有必要。本文根據(jù)中國發(fā)展核電的政策形勢，結合當前國際低碳發(fā)展背景和國內能源情況，闡述了在降低碳排放和優(yōu)化能源結構保障能源安全方面，中國發(fā)展核電的積極作用。其次，在借鑒國內外研究數(shù)據(jù)的基礎上，討論和比較了在基于碳價的基礎上核電項目的經(jīng)濟性，得出在考慮碳排放的環(huán)境外部性情況下，核電經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，同時當貼現(xiàn)率為5%時，核電極具競爭力。再次，在電力行業(yè)碳排放約束下，采用情景分析方法，分析中國核電發(fā)展中長期的適宜規(guī)模：2020年裝機容量為0.5-0.7億kW，發(fā)電量為3 750-5 250億kWh（設備年利用小時數(shù)按7 500h計算），總發(fā)電占比為5%-7%；2030年裝機容量為1.2-1.4億kW，總發(fā)電占比為7%-10%。最后，針對未來核電發(fā)展規(guī)模的擴大，提出了健全核安全文化，加大安全管理監(jiān)督力度；建立鈾礦儲備保障體系；注重核電產(chǎn)業(yè)鏈建設，提升核電設備國產(chǎn)化水平；激勵核電企業(yè)自主創(chuàng)新，參與國際競爭等政策建議。

關鍵詞低碳發(fā)展；能源結構；核電經(jīng)濟性；中長期規(guī)模

中圖分類號F426文獻標識碼A文章編號1002-2104（2015）06-0047-06doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.06.008

在全球應對氣候變化減排CO2的緊迫形勢下，世界出現(xiàn)了能源變革和低碳發(fā)展的潮流，強化節(jié)能和能源結構低碳化已成為大國能源戰(zhàn)略的共同選擇。核電作為一種清潔高效能源，是能增加能源供應、優(yōu)化能源結構、應對氣候變化、減少溫室氣體排放、實現(xiàn)低碳發(fā)展的有效途徑。然而2011年發(fā)生的福島核事故，使世界核電發(fā)展進入低潮。2012年10月，國務院常務會議通過《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，11月我國重新啟動核電建設，標志著我國核電發(fā)展再度提上議程。

1核電發(fā)展的國內外背景

1942年，美國建成了世界上第一座人工核反應堆，開創(chuàng)了核能利用的新紀元。20世紀70年代，工業(yè)發(fā)達國家受到兩次石油危機的沖擊，以核代油的選擇使核電進入發(fā)展高潮。 1979年的三哩島核事故和1986年的切爾諾貝利核事故，引發(fā)國際社會對核安全問題的質疑，全球核電發(fā)展速度放緩進入低潮。但各國出于種種考慮，仍然把核電放在重要的能源發(fā)展位置。2000年后，隨著能源價格快速上漲、世界對氣候變化的重視及環(huán)境保護的需要，核電再次逐漸受到各國政府重視和青睞。然而2011年的日本福島核事故，再次將核安全問題帶入全球各國政府與民眾視野，引發(fā)國際社會對核安全的重新評估和反思。在日本福島核事故前，核能發(fā)電占全球電力供應的15%左右；福島核事故后，日本大量機組停運，2012年以來全球核能年發(fā)電量占比降至11%-12%。不僅如此，福島核事故還使得全球核電建設步伐明顯減慢，如圖1所示。

如今事故已過去三年多，福島綜合征總體上基本克服，與2002年相比，2013年世界核電顯示回升趨勢，步入穩(wěn)定狀態(tài)[1]。日本也于2014年4月11日通過了新的《能源基本計劃》，將核能定義為“重要的基荷能源”，徹底告別“零核”方針。國際原子能機構2013年9月發(fā)布《2050年能源、電力和核電發(fā)展預測》稱“通過核電安審、修正、停堆，增強了對核安全的信心”，“全球核能發(fā)電量將在2030年以前持續(xù)增長”。

我國核電建設起步比發(fā)達國家晚得多，發(fā)展只有30多年，以“運行堆年”為指標的實踐經(jīng)驗尚不及美國的1/33、法國的1/15、日本的1/14、俄羅斯的1/11。福島核事故發(fā)生后，我國立即對核設施開展全面詳細的安全檢查，要求加強安全管理，對有安全隱患的核設施提出短、中、長期改進要求，并全面審查在建核電站。直至2012年《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》發(fā)布后，才正式重啟核電建設項目?！耙?guī)劃”提出：到2015年將完成原規(guī)劃中在運40 000 MW核電裝機的目標，在建核電裝機規(guī)模有所上調，將略超過20 000 MW；到2020年中國核電裝機將達到在運58 000 MW，在建30 000 MW。截止2014年底，我國建成投運的核電機組共有22臺，裝機容量約20 100 MW，約占全國發(fā)電總量的2.1%；在建的核電機組27臺，裝機容量28 450 MW（中國核能行業(yè)協(xié)會2014年數(shù)據(jù)），在建機組數(shù)居世界第一，約占世界在建規(guī)模的四成。新一輪的核電規(guī)劃與部署，表明我國的核電發(fā)展已由適度發(fā)展轉變?yōu)榉e極發(fā)展階段。

對比世界主要核電國家，法國超過70%，占比在10%到50%的核電大國有美國、加拿大、德國、韓國、俄羅斯、英國、烏克蘭等，印度近年來加快核電發(fā)展步伐，核電占比也達到了3.5%。我國一直在2%左右，核電發(fā)展規(guī)模還很小，離世界11%-12%的平均發(fā)電占比水平都有著不小的差距。因此有學者提出[2]：至2015年應建成核電裝機容量40 000 MW，至2020年應建成核電60 000-70 000 MW，在建機組保持在30 000 MW左右。

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國能源消費量還會不斷增長，而近年來全國范圍內頻發(fā)的環(huán)境問題，引發(fā)了全社會對以煤炭為主導的能源結構的反思和對能源清潔化的高度重視。在保障能源供給與安全、應對氣候變化、保護生態(tài)環(huán)境等多重壓力下，對于“核電該在我國能源轉型中擔當何種角色”這一重大問題，應當結合我國具體國情，參考發(fā)達國家的多年實踐經(jīng)驗和最新認知，選擇最適宜的規(guī)模來開展我國的核電建設，發(fā)展核電事業(yè)。

2低碳背景下我國發(fā)展核電的必要性和經(jīng)濟性

2.1低碳背景下核電發(fā)展的必要性

低碳經(jīng)濟是以能源高效利用和清潔開發(fā)為基礎，以低能耗、低污染、低排放為基本特征的一種經(jīng)濟發(fā)展模式。在低碳發(fā)展的國際背景下，我國承諾到2020年單位國內生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%-45%，非化石能

源占一次能源消費的比重達15%左右；并力爭在2030年左右，實現(xiàn)溫室氣體排放量開始減少，非化石能源占一次能源消費的比重達20%左右。隨著經(jīng)濟的高速增長，我國能源消費需求無疑將會日益增長，如何在滿足能源需求的同時完成碳減排目標這一問題，對我國能源體系提出了考驗。

我國能源消費結構與美國、歐洲國家以及世界平均水平都存在很大差異，原油、天然氣占據(jù)一次能源消費比重偏低，而煤炭消費比重過高，這和我國多煤、貧油、少氣的具體國情是緊密相關的；而過大的煤炭使用量，造成了過高的碳排放量，以及一系列的環(huán)境問題。清潔能源方面，除了水電比例達到世界平均水平，核能和其他可再生能源都低于世界平均水平，尤其是核能占據(jù)比重嚴重偏低。如表1所示：

面對減排壓力，優(yōu)化能源結構勢在必行。要逐步實現(xiàn)能源清潔低碳化，必須大力發(fā)展非化石能源，提高非化石能源比例。非化石能源包括可再生能源和核能等，2012年用于發(fā)電的非化石能源占其利用總量約為94%，近年來我國發(fā)電電源中各能源的發(fā)電占比如表2所示[3]。

非化石能源發(fā)電中，水電截止2014年底已開發(fā)3億 kW，隨著今后電力需求量的增長，后續(xù)即使開發(fā)達到5億 kW的極限，考慮到5-8年的建設周期，其所占發(fā)電比重很難再有大的提升；風電近年來的發(fā)展速度非?？欤笮突?、規(guī)?；姆较虬l(fā)展，然而，受限于大規(guī)模并網(wǎng)的電網(wǎng)技術和長距離傳輸?shù)慕?jīng)濟性，近期內風電實現(xiàn)更大規(guī)模的發(fā)展尚有一定難度；太陽能光伏發(fā)電等雖然快速發(fā)展，但受到地理條件和電網(wǎng)并網(wǎng)技術以及經(jīng)濟成本等的制約，很難成為主力軍；由于以上可再生能源仍然不能達到非化石能源比例的預定目標，積極加快發(fā)展核電是必然選擇。也唯有核電，可以不受地理條件和氣候的制約，穩(wěn)定發(fā)電。

第一，核電是環(huán)保的清潔能源，消耗少量的核燃料就可以產(chǎn)生巨大的能量。在核電的生產(chǎn)過程中，溫室氣體接近零排放。核電鏈總溫室氣體排放系數(shù)為13.7 g CO2 /kWh，而煤電鏈總溫室氣體排放系數(shù)高達1 302.3 g CO2 /kWh [4]。有學者以2011年為基準年， 采用生命周期評價法核算了實施《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020） 》對溫室氣體減排的貢獻。通過核算，2015年核電可減排溫室氣體3.41 億t CO2/a （年CO2排放量，其中，新增減排量為2.45 億t CO2/a），2020年可減排溫室氣體4.94億t CO2/a （其中，新增減排量為3.98億t CO2/a） [5]。而如果在2030年核電裝機達1.5-2.0億kW，將替代煤炭3.75-5.0億t，減少CO2排放10-13億t[6]?？梢哉f，發(fā)展核電是減少CO2排放、實現(xiàn)低碳的保證。此外，核電本身不產(chǎn)生煙塵，也不排放SO2、NOX。因此，積極發(fā)展核電，增加核電比例，對于減少SO2、NOX、PM2.5等常規(guī)污染物排放也將發(fā)揮重要作用，對于治理近年來我國多個省份出現(xiàn)的“霧霾”天氣，有著積極的意義。

第二，核電在優(yōu)化能源結構、保障能源安全方面大有作為。根據(jù)BP公司的預測[7]：1990年至2030年，美國能源自給率從84.6%上升到93.6%；而中國卻從109.2%下降到78.6%。換句話說，美國逐年減少對外的依賴，而中國加劇對國外的依賴。過高的能源對外依存度將直接威脅到我國的能源安全，而積極發(fā)展核電，對于實現(xiàn)能源結構的低碳化和多樣化，提升能源自給率，保障國家能源安全都將有不小的貢獻。

2.2基于碳價的核電經(jīng)濟性

核電具有建設成本高、燃料費用相對較低、運行維護費用相對較高及投資回報期長等特點。從國際上看，核電和煤電發(fā)電成本比率從0.58-1.1不等，其中最低為俄羅斯，美國、日本、韓國都在0.85左右，而最高是中國，不僅高于國外的核電價格，也高于火電價格。這一方面與中國核電還沒有實現(xiàn)規(guī)?；?、批量化發(fā)展有關，另一方面，也與我國核電設備國產(chǎn)化率不高有關。在國內， 隨著國產(chǎn)化比例的提高， 核電發(fā)電成本明顯降低。國產(chǎn)2×600兆瓦超臨界火電發(fā)電成本為0.217元/ kWh，當核電國產(chǎn)化達到50%時，百萬級核電的發(fā)電成本為0.254元/ kWh，較火電高出約15%；在國產(chǎn)化率達到70 %時，核電發(fā)電成本降低到0.211元/ kWh，已較火電低[8]。而我國新建核電機組自2013年起執(zhí)行0.43元/ kWh的標桿電價，并與當?shù)厝济荷暇W(wǎng)電價進行比較，取其低值，說明目前核電與火電比較已有競爭力。

而當考慮環(huán)境外部性時，核電經(jīng)濟優(yōu)勢更加明顯。歐盟的一項研究表明（如表3所示）：在CO2排放費用按20歐元/t計算時，發(fā)電成本（PGC）為：核電2.37歐分/ kWh，其中工程造價、運營與維護成本、燃料成本分別為1.38、072和0.27 歐分，無CO2排放成本，煤電4.43 歐分/ kWh，其中CO2排放成本占發(fā)電成本的36%。

經(jīng)合組織于2010年公布了一份題為《預期發(fā)電成本》的研究報告， 報告對將在2015年投運的基荷電廠以及可再生能源的發(fā)電成本進行了比較分析，所預測的中國區(qū)結果如表4所示：當碳稅征收標準達到30美元/t CO2且貼現(xiàn)率低時（燃煤和天然氣碳排放成本分別為2.5美分/kWh和1.3美分/kWh），核電將極具競爭力。

另外，從發(fā)電效率來看，水、光、風等清潔能源受地理資源和自然條件的約束，不僅規(guī)模受限，利用小時數(shù)也收到氣候條件的限制，有一定起伏。而核電布置靈活，單機容量大，運行穩(wěn)定，以2012年我國的平均數(shù)據(jù)計算[4]，核電設備利用小時數(shù)是水電的2.2倍、風電的4.1倍。核電作為不受氣象環(huán)境影響的穩(wěn)定電源，優(yōu)勢明顯。

3低碳約束下我國核電發(fā)展規(guī)模分析

3.1低碳約束下核電發(fā)展規(guī)模的理論基礎

假設：電力需求量等于電力供給量，核電、水電、風電、太陽能及其他發(fā)電方式的CO2排放量為零。有：

QS=∑Qii=1，2，…，6（1）