世界核電發(fā)展趨勢走向分析

□王 茜 李林蔚 高 彬 閆麗蓉

由于新冠病毒疫情對能源行業(yè)的影響，世界電力需求在近一個世紀(jì)以來，出現(xiàn)了最大降幅，核能受到的影響相對較小。世界權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測數(shù)據(jù)表明，世界核電發(fā)展趨勢總體上都是積極的，未來世界核電的裝機(jī)容量會有顯著增長，到2050年世界核電裝機(jī)容量比日前增長一倍以上。未來的核電發(fā)展主要集中在亞洲和東歐地區(qū)。

一、近年來世界核電發(fā)電量小幅增長，核發(fā)電量占比呈下降趨勢

世界核發(fā)電量占比在1996年達(dá)到17.5%的最大值，之后一直下降，2019年為10.35%。核電占比下滑的主要原因之一是新建投運(yùn)核電機(jī)組相對較少。

圖1 1990～2019年核電發(fā)電量及占比情況

截至2020年底，世界在運(yùn)機(jī)組442臺，總裝機(jī)容量超過392,454MWe，分布在32個國家，累計(jì)共有18,735堆·年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。壓水堆、沸水堆和重水堆是三種主要的堆型，數(shù)量分別為302、64和48，占總數(shù)的68.33%、14.48%和10.86%。

2019年，世界核發(fā)電約占總發(fā)電量的10.35%。其中，有19個國家的核電占比超過了10%的全球平均水平。除了荷蘭、日本，具有核電機(jī)組的發(fā)達(dá)國家的核電占比都超過了全球平均水平，發(fā)展中國家的核電占比相對較小。日本福島核事故后，核電站停運(yùn)數(shù)量較多，所以核電占量較低。

圖2 2019年世界各國核電占比情況注：數(shù)據(jù)來自IAEA，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為2019年情況

二、近年全球核電新開工機(jī)組增長幅度不大，但是發(fā)展核電的區(qū)域不斷增加

截至2020年底，世界在建核電機(jī)組53臺，分布在19個國家或地區(qū)，總裝機(jī)容量56,393MWe。在建反應(yīng)堆大部分為壓水堆，數(shù)量占到80.77%。中東、中亞等地區(qū)已經(jīng)成為新的核電建設(shè)主要區(qū)域。未來全球核電建設(shè)的重點(diǎn)應(yīng)在發(fā)展中國家，尤其是中國和印度，發(fā)達(dá)國家趨于維持現(xiàn)有核電水平。

圖3 世界各國在建核電機(jī)組凈裝機(jī)容量與臺數(shù)情況注：數(shù)據(jù)來自IAEA，統(tǒng)計(jì)截至2020年年底，柱狀圖上方數(shù)字為機(jī)組數(shù)量

圖4 世界在建機(jī)組各堆型數(shù)量占比情況注：數(shù)據(jù)來自IAEA，統(tǒng)計(jì)截至2020年年底

三、機(jī)組老齡化是在運(yùn)機(jī)組面臨的重要問題，機(jī)組延壽或退役是世界核電未來發(fā)展的一個重要趨勢，尤其是發(fā)達(dá)國家

目前，世界在運(yùn)的核電機(jī)組多數(shù)是二代技術(shù)，通常設(shè)計(jì)壽命為40年，運(yùn)行年齡超過30年、35年、40年和45年的機(jī)組分別有297臺、218臺、105臺和53臺，分別占在運(yùn)機(jī)組的67.04%、49.21%、23.7%和11.96%。為了降低費(fèi)用、保障電力安全，美國、法國、俄羅斯、加拿大等多個國家正在制定機(jī)組延壽計(jì)劃，將二代機(jī)組延壽至50年、60年，乃至更長的壽期。

表1 世界核電機(jī)組壽命超過30年的情況

四、世界重要核電組織預(yù)測核電仍將持續(xù)增長，各組織對核電預(yù)測增長幅度有所不同

世界各重要能源機(jī)構(gòu)預(yù)測核電將繼續(xù)增長。國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)于2020年9月在2020年版年度報(bào)告《直至2050年能源、電力和核電預(yù)測》中指出，2019年，世界核電裝機(jī)容量為392GWe，預(yù)測到2050年世界核電裝機(jī)容量將為363GWe(低值情景)至715GWe(高值情景)。與2019年相比，在高值情景中，核電裝機(jī)容量到2030年將增加約20%，到2050年將增加約80%；在低值情景中，核電裝機(jī)容量到2040年預(yù)計(jì)降幅達(dá)10%，隨后小幅上漲，到2050年下降約7%。

世界核協(xié)會于2019年發(fā)布的《沉默的巨人——清潔能源系統(tǒng)對核能的需求》報(bào)告認(rèn)為，2050年世界核電裝機(jī)容量將達(dá)到10億千瓦，比當(dāng)前增長163.85%。

OECD-NEA和IEA于2015年聯(lián)合預(yù)測，預(yù)計(jì)到2030年世界核電裝機(jī)容量將達(dá)到5.43億千瓦，比當(dāng)前增長43.76%，到2050年世界核電將達(dá)到9.3億千瓦，比當(dāng)前增長146.22%。

五、第三代核電技術(shù)已成為當(dāng)前核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流技術(shù)，將在整個21世紀(jì)都很有商業(yè)發(fā)展前景

第三代核電技術(shù)將是未來核電行業(yè)發(fā)展的主要商用核電技術(shù)。考慮到未來20～30年世界新開工建設(shè)的核電技術(shù)將以第三代核電技術(shù)為主，以及第三代核電技術(shù)設(shè)計(jì)壽命為60年，并且在設(shè)計(jì)壽期末極有可能再延壽10～20年，因此可以推斷出第三代核電技術(shù)將在整個21世紀(jì)都很有商業(yè)發(fā)展前景。

目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)部署的三代核電技術(shù)有AP1000、EPR、VVER、APR1400、華龍一號和ABWR等6種堆/機(jī)型。其中，建成的機(jī)組19臺，在建的機(jī)組37臺，中止建設(shè)的機(jī)組2臺。

2020年，第三代核電技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展，共有4臺新機(jī)組并網(wǎng)，總裝機(jī)容量為452.1萬千瓦，分別是我國福清5號機(jī)組、白俄羅斯1號機(jī)組、阿聯(lián)酋巴拉卡1號機(jī)組、俄羅斯列寧格勒二期2號機(jī)組。此外，有4臺三代核電機(jī)組開工建設(shè)，分別是我國的漳州核電站的2號機(jī)組、太平嶺核電站的2號機(jī)組、蒼南三澳核電站1號機(jī)組和土耳其阿庫尤核電站的2號機(jī)組。

表2 第三代核電技術(shù)部署情況

六、核能正在轉(zhuǎn)向多用途方向發(fā)展，小堆是核能多用途的主要承擔(dān)者

核能除了發(fā)電外，核能的熱應(yīng)用將會逐漸成熟，如工業(yè)應(yīng)用、核能制氫、制造淡化，以及其他新化學(xué)工藝的應(yīng)用。由于小堆布置靈活，綜合應(yīng)用能力容易實(shí)現(xiàn)，將是核能多用途應(yīng)用的主要承擔(dān)者。

小型模塊化反應(yīng)堆(小堆)由于其多用途、模塊化等特點(diǎn)，近年引起世界廣泛關(guān)注。根據(jù)IAEA統(tǒng)計(jì)，世界小堆研發(fā)至少有50種型號，以美俄兩國研發(fā)的型號居多。目前，俄羅斯已經(jīng)建成4臺小堆，分別是裝載兩臺KLT-40S小堆的“羅蒙諾索夫”號浮動核電站，已經(jīng)為楚科奇地區(qū)供電供熱；裝載兩臺RITM-200小堆“北極”號破冰船順利完成首航。還有5臺小堆工程在建，其中我國的高溫氣冷堆核電示范工程，已完成雙堆調(diào)試，2021年建成投產(chǎn)。各國大力推進(jìn)小堆開發(fā)認(rèn)證工作，2020年8月，紐斯凱爾動力公司小型模塊堆設(shè)計(jì)獲美國核管會批準(zhǔn)，這是美國核管會對紐斯凱爾小堆堆設(shè)計(jì)認(rèn)證申請的第六階段審查(最后階段)，并發(fā)布了最終安全評估報(bào)告。

七、各國持續(xù)對先進(jìn)核電技術(shù)研發(fā)進(jìn)行投入

第四代核能系統(tǒng)中以鈉冷快堆和高溫氣冷堆技術(shù)最為成熟。俄羅斯已經(jīng)建成具備第四代核能系統(tǒng)特征的BN-600、BN-800鈉冷快堆。中國正在建設(shè)的霞浦60萬千瓦的示范快堆，以及正式開工建設(shè)的2號機(jī)組也具備第四代核能特征。

全球聚變堆技術(shù)研發(fā)取得一系列重要技術(shù)進(jìn)展。國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)正式進(jìn)入設(shè)備組裝階段。ITER項(xiàng)目于2006年誕生，35個合作國家包括歐盟成員國(加上英國和瑞士)、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國。ITER計(jì)劃用4.5年完成安裝，到2025年進(jìn)行第一次等離子體放電，最終驗(yàn)證核聚變商業(yè)化應(yīng)用的可行性。

八、各國對核電發(fā)展政策不同，但整體而言都是促進(jìn)核電發(fā)展

(一)歐盟。歐盟將核能作為歐盟解決碳排方案的一部分，希望各成員國利用核能，趕在2050年之前實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年6月，歐洲核工業(yè)組織(European Nuclear Industry)呼吁政策的一致性和明確信號以促進(jìn)新核電廠投資和交付政策，呼吁制定相關(guān)政策，以允許建設(shè)大型反應(yīng)堆和小型堆、維護(hù)現(xiàn)有反應(yīng)堆，并允許現(xiàn)有核電廠保持長期運(yùn)行。

(二)美國。美國的核電機(jī)組數(shù)、核電裝機(jī)容量和發(fā)電量目前位居全球第一。核能在美國能源中有著不可替代的地位和具有較高的戰(zhàn)略地位，美國政府明確重振和保持美國核能大國地位。2020年4月，美國能源部發(fā)布了《恢復(fù)美國核能競爭優(yōu)勢：保證國家安全戰(zhàn)略》報(bào)告，提出要振興壯大核燃料循環(huán)前段與核工業(yè)，增強(qiáng)核出口競爭力，重構(gòu)全球核工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。

(三)俄羅斯。俄羅斯核能發(fā)展政策穩(wěn)定，支持本國核電發(fā)展，提高本國核電發(fā)電比例，并大力推動核電技術(shù)出口，搶占全球核電市場。2020年5月，世界上唯一的浮動核電站(FNPP)——羅蒙諾索夫核電站(Akademik Lomonosov)在俄羅斯北極城市佩韋克開始商運(yùn)。

(四)法國。法國核電仍在能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。根據(jù)法國政府推出的2028年法國能源轉(zhuǎn)型行動時間表，在核能方面，法國政府確認(rèn)在2035年以前關(guān)閉14座核反應(yīng)堆，法國預(yù)定在2035年以前把法國電力生產(chǎn)中的核電比例從目前的70%多降到50%。但是核電在法國能源供應(yīng)的重要地位不可取代。

(五)日本。日本對核能發(fā)展持積極態(tài)度。2021年初，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省(METI)發(fā)布《綠色增長戰(zhàn)略》，提出核能發(fā)展目標(biāo)：到2030年?duì)幦〕蔀樾⌒湍K化反應(yīng)堆(SMR)全球主要供應(yīng)商，到2050年將相關(guān)業(yè)務(wù)拓展到全球主要的市場地區(qū)(包括亞洲、非洲、東歐等)；到2050年將利用高溫氣冷堆過程熱制氫的成本降至12日元/立方米；在2040～2050年間開展聚變示范堆建造和運(yùn)行。

(六)韓國。韓國未來核電在電力結(jié)構(gòu)中的占比逐步下降。2020年12月29日，韓國能源部發(fā)布《2020～2034年電力供應(yīng)長期基本規(guī)劃》，該國計(jì)劃到2034年將核電總裝機(jī)容量從2020年的23.3GWe減少至19.4GWe。根據(jù)規(guī)劃，隨著韓國逐步棄核，到2030年，核電在韓國電力結(jié)構(gòu)中的占比將從目前的18.2%下降至11.8%，并在2034年下降至10.1%。

(七)英國。英國政府將核電確定為實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)一種方式。英國發(fā)布能源白皮書《為零碳未來提供動力》，英國認(rèn)為核電是英國實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)的重要潛在力量，明確核能為清潔能源的地位。英國《能源白皮書》特別提到“核能也是清潔能源”，英國政府愿意投資核電廠的興建，以及開發(fā)新的核電技術(shù)。