全球核能發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢

田慧芳

2021年8月19日航拍的日本福島第一核電站。

2021年9月以來，全球能源價(jià)格飆升，一場能源危機(jī)席卷而來，至今仍未完全緩解。當(dāng)前，全球能源格局處于深度調(diào)整中，傳統(tǒng)的化石能源逐漸被清潔低碳能源取代，而核能在構(gòu)建現(xiàn)代能源體系、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)、促進(jìn)科技進(jìn)步、提高國家綜合實(shí)力和保障能源安全等方面均可以發(fā)揮重要作用。但核能的潛在風(fēng)險(xiǎn)也真實(shí)存在，切爾諾貝利和福島核事故留在人們心里的陰影難以消除。究竟應(yīng)該如何看待核能發(fā)展在現(xiàn)代能源體系中的作用？

早在氣候變化被提上全球議事日程之前，核能就已經(jīng)顯示出其在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型方面的積極作用。核能最主要的應(yīng)用是核能發(fā)電。歷史上，核電的發(fā)展大致經(jīng)過了驗(yàn)證示范、高速發(fā)展、滯緩發(fā)展和緩慢恢復(fù)四個(gè)階段。

1951年美國首次利用核能發(fā)電。1954年，蘇聯(lián)的第一座核電廠開始向電網(wǎng)送電，隨后核電在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)高速發(fā)展。根據(jù)英國石油公司（BP）的報(bào)告，在2011年福島核事故爆發(fā)前的2010年，世界核電發(fā)電總量為27672.25億千瓦。美國是世界最大的核電發(fā)電國，2010年占世界核電總量的30.7%;法國和日本分居世界第二和第三位，2010年分別占世界核電總量的15.5%和10.6%。

2011年日本福島核電站事故爆發(fā)后，世界核電工業(yè)遭遇沉重打擊。2012年，全球核電發(fā)電量出現(xiàn)了有史以來最大規(guī)模的下滑。全世界對(duì)核電安全性的審視再度興起，全球核電工業(yè)進(jìn)入滯緩發(fā)展階段，直到2013年后世界核能產(chǎn)量才出現(xiàn)緩慢回升的趨勢。但截至目前，全球核能消費(fèi)量仍低于2010年的水平。根據(jù)國際能源署（IEA）最新發(fā)布的《2021年全球能源回顧》報(bào)告，由于2020年疫情導(dǎo)致全球電力需求下降，再加上核電機(jī)組大修臨時(shí)停堆和部分機(jī)組永久關(guān)閉，2020年全球核能發(fā)電量為25530億千瓦，比2019年下降了約4%，降幅最大的是日本（-33%）、歐盟（-11%）和美國（-2%）。核電對(duì)全球電力供應(yīng)的貢獻(xiàn)從1996年的峰值17.5%降至2020年的10.1%。盡管近年來核電工業(yè)發(fā)展速度放緩，但I(xiàn)EA預(yù)測，核電仍將是發(fā)達(dá)國家最大的低碳電力來源，2021年將出現(xiàn)微增。2021年，全球核電容量最大的十個(gè)國家依次是美國（91.5吉瓦，1吉瓦=100萬千瓦）、法國（61.3吉瓦）、中國（50.8吉瓦）、日本（31.7吉瓦）、俄羅斯（29.6吉瓦）、韓國（24.5吉瓦）、加拿大（13.6吉瓦）、烏克蘭（13.1吉瓦）、英國（8.9吉瓦）和西班牙（7.1吉瓦）。

從國家層面來看，核能在各國能源供給中所扮演的角色呈現(xiàn)巨大差異，各國在核能發(fā)展政策方面也各有區(qū)別。多數(shù)經(jīng)濟(jì)體，如美國、加拿大、中國、俄羅斯、印度、阿根廷、巴西、埃及、芬蘭、匈牙利、波蘭、沙特、英國和烏茲別克斯坦等對(duì)核能發(fā)展持樂觀態(tài)度。但也有不少發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，如法國、德國、西班牙、比利時(shí)、瑞士等計(jì)劃逐步降低核電份額或堅(jiān)持淘汰核能。

美國是目前世界上核能發(fā)電量最多的國家，有93座核反應(yīng)堆，占全球核能發(fā)電量總量的24%，核電占美國清潔電力的50%以上。美國政府一直支持核電發(fā)展。2020年美國啟動(dòng)了先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃（ARDP），打算提供總額1.6億美元的初始資金，支持建造兩座可在五至七年內(nèi)投入運(yùn)行的示范先進(jìn)反應(yīng)堆。2021年美國基礎(chǔ)設(shè)施法案對(duì)先進(jìn)核反應(yīng)堆示范項(xiàng)目投資和清潔電力標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，也將更有效激發(fā)美國現(xiàn)有核工業(yè)的潛力。此外，小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）設(shè)計(jì)認(rèn)證也在進(jìn)行中。美國還宣布了一項(xiàng)2500萬美元的“核期貨一攬子計(jì)劃”，旨在推動(dòng)現(xiàn)代核能發(fā)電和創(chuàng)新發(fā)展，并與其他國家建立伙伴關(guān)系，以支持美國實(shí)現(xiàn)核能發(fā)展目標(biāo)。

截至2020年底，中國大陸運(yùn)行核電機(jī)組共49臺(tái)。盡管2020年核電僅占中國電力的5%，但中國已經(jīng)僅次于美國和法國，成為世界第三大核能生產(chǎn)國。中國目前在建的核反應(yīng)堆有18座，計(jì)劃建設(shè)的有39座。中國“十四五”規(guī)劃明確提出核電運(yùn)行裝機(jī)容量要達(dá)到70吉瓦，并加大自主技術(shù)研發(fā)推廣力度，目前“華龍一號(hào)”“國和一號(hào)”、高溫氣冷堆等都是中國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電型號(hào)。2021年1月“華龍一號(hào)”5號(hào)機(jī)組已正式投入運(yùn)行。

俄羅斯作為能源出口大國，核能出口一直是俄羅斯的國家戰(zhàn)略，這一戰(zhàn)略在福島核事故發(fā)生后也從未間斷。其核能技術(shù)，包括三代反應(yīng)堆（VVER）、小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）以及浮動(dòng)堆，都處于世界領(lǐng)先水平。2021年，俄羅斯批準(zhǔn)了建造浮動(dòng)SMR船隊(duì)的計(jì)劃，為俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)的采掘業(yè)提供動(dòng)力。截至2020年底，核能在俄羅斯能源結(jié)構(gòu)中占比為20.28%，俄羅斯的目標(biāo)是在2045年前將核電在俄羅斯能源結(jié)構(gòu)中的占比提高到25%。

雖然福島核事故對(duì)日本核電工業(yè)造成巨大影響，但日本已確認(rèn)到2030年，要將核電在能源結(jié)構(gòu)中的占比提高到20%～22%（2020年核能占比為4.3%），并強(qiáng)調(diào)核能在實(shí)現(xiàn)日本2050年氣候中和承諾方面的作用。

英國于2020年底發(fā)布了《能源白皮書》，《白皮書》強(qiáng)調(diào)了核能對(duì)于兌現(xiàn)英國2050年氣候中和承諾所起的作用?！栋灼分赋觯?024年英國還將至少再建一座核電站，并為SMR、先進(jìn)反應(yīng)堆以及核聚變反應(yīng)堆提供支持，目標(biāo)是到2050年將核容量增加到40吉瓦。

加拿大于2018年12月發(fā)布了SMR路線圖，隨后在2020年發(fā)布的SMR行動(dòng)計(jì)劃中，詳細(xì)列出多種應(yīng)用開發(fā)、演示和部署SMR的后續(xù)步驟。2021年3月，加拿大政府宣布為莫爾泰克斯能源（Moltex Energy）提供5600萬加元的資金，用于加拿大大西洋地區(qū)SMR的開發(fā)。目前加拿大安大略省的達(dá)林頓和布魯斯核電站正耗資260億加元進(jìn)行翻新工程，以使核電站能夠在本世紀(jì)中葉之后繼續(xù)運(yùn)行。2020年，核電占加拿大總發(fā)電量的15%左右。

印度和波蘭也都制定了自己的核能發(fā)展計(jì)劃。印度計(jì)劃到2030年建造21座新的核電站。2021年初，波蘭批準(zhǔn)了一項(xiàng)面向2040年的能源政策，計(jì)劃開發(fā)6吉瓦～9吉瓦的核能作為多元化能源組合的一部分，以降低對(duì)煤炭和進(jìn)口天然氣的嚴(yán)重依賴。波蘭的第一座核電站有望在2033年啟用，預(yù)計(jì)到2043年還會(huì)額外增加五座。

然而，核事故的陰影仍然在許多國家和民眾心里揮之不去，直接影響了政府的決策。福島核事故發(fā)生后，西班牙、德國、比利時(shí)和瑞士都先后宣布要放棄核能或減少對(duì)核能的依賴。2020年，法國在《中期能源規(guī)劃》和《長期脫碳戰(zhàn)略》中，強(qiáng)調(diào)了核能是法國能源戰(zhàn)略支柱，但同時(shí)也承諾將在2035年以前關(guān)閉14座核反應(yīng)堆，把核電比例從2020年的70%多降到2035年的50%。

總的來看，當(dāng)前核能的發(fā)展與其作用相比還有很大不足，潛力亟待挖掘。IEA預(yù)計(jì)，到2050年，在全球90%的可再生能源電力中，風(fēng)力和光伏發(fā)電的份額占70%，其余的30%則需要由核能來提供。尤其核能和可再生能源相結(jié)合的混合能源系統(tǒng)可以顯著減少溫室氣體排放，其固有的高安全性和高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)能力，可以滿足不同用戶的電力需要。除核電外，核能的非電力應(yīng)用潛力巨大。SMR和先進(jìn)四代堆技術(shù)能夠供應(yīng)更高溫度的熱量，這使得核能技術(shù)可以滿足某些電力和供熱領(lǐng)域的生產(chǎn)要求，包括海水淡化、制氫、原油開采、石油化工、船舶運(yùn)輸甚至是太空應(yīng)用。因此，綜合考慮清潔低碳、經(jīng)濟(jì)性、靈活性和能源安全等要素，核能將為全球過渡到凈零能源系統(tǒng)提供“必不可少的基礎(chǔ)”。

2021年12月14日，數(shù)名環(huán)保主義者在法國巴黎舉行抗議活動(dòng)，譴責(zé)法國總統(tǒng)馬克龍將核能和化石能源納入歐盟綠色投資名單。

盡管希望多多，但核能的發(fā)展仍然受到很多因素的制約。一是高昂的成本。新建核電站的成本依然不斷上升。無論是二代還是三代機(jī)組，從前期工作到最后建成往往需要十年以上，建設(shè)投資巨大，且單位造價(jià)極高。同時(shí)，核電站的運(yùn)營和維護(hù)成本高。核電站的運(yùn)營成本占到總成本的30%，包括高要求的備品備件、核安全級(jí)供應(yīng)商資質(zhì)的維護(hù)、人員的終身培訓(xùn)以及對(duì)高素質(zhì)人才的需求等。二是核廢料的選址和處置帶來的對(duì)核安全的擔(dān)憂。切爾諾貝利和福島核事故發(fā)生后，公眾情緒發(fā)生了顯著變化，很多人抵觸發(fā)展和利用核能。這種抵觸情緒與繼續(xù)提供可靠和負(fù)擔(dān)得起的電力供應(yīng)之間的平衡往往會(huì)對(duì)政治決策產(chǎn)生重要影響。盡管目前核廢料技術(shù)的進(jìn)步和國際標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)將風(fēng)險(xiǎn)降至最低，但公眾對(duì)核事故的擔(dān)憂使核能成為一種最有爭議的能源。三是新型反應(yīng)堆的研發(fā)時(shí)間和高額成本問題，再加上核電特有的核不擴(kuò)散及敏感技術(shù)限制，增加了私人投資者的風(fēng)險(xiǎn)，這也在很大程度上限制了私人投資者參與項(xiàng)目的可能性，影響核電技術(shù)的創(chuàng)新與廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。

因此，充分發(fā)揮核電的綜合能源作用，優(yōu)化其特性，并與其他能源形成有效配合互補(bǔ)，逐步小型化并降低成本將是核電未來的發(fā)展方向。這首先需要政府通過對(duì)核能的有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)核能的安全部署和利用，保護(hù)人類和環(huán)境免受電離輻射的潛在有害影響，從而增強(qiáng)民眾和投資者信心。其次，需要?jiǎng)?chuàng)造有力的政策環(huán)境，為更廣泛部署創(chuàng)造條件，包括促進(jìn)核能投資的增加。根據(jù)IEA發(fā)布的《世界能源展望2021》，由于政策和市場存在不確定性，2020年核能投資為370億美元，比2019年減少了5%。此外，還應(yīng)該推動(dòng)更安全的核能技術(shù)的研究和廣泛應(yīng)用，并在能源政策和融資方面采取科學(xué)主導(dǎo)和技術(shù)中立的方式，促進(jìn)核能和可再生能源之間的可持續(xù)合作。