COP 26減碳目標下核電發(fā)展的必要性與可行性研究

張 萌，張志剛

（1. 南華大學核科學技術學院，衡陽 421001；2. 生態(tài)環(huán)境部華北核與輻射安全監(jiān)督站， 北京 100082）

1 COP 26 框架下的能源利用背景

當一定時期內通過人為二氧化碳移除使得全球人為二氧化碳排放量達到平衡時，稱為凈零二氧化碳（CO2）排放的實現(xiàn)?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）第26次締約方大會（COP 26）將到21世紀中葉確保全球實現(xiàn)零碳排放及碳中和的凈零目標作為談判的四大目標之一。然而會議秘書處指出：到2030年，全球溫室氣體排放水平下限僅為517.6億t CO2當量，比2025年估計排放水平下限低2.1%。依照聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）給出的《全球升溫1.5 ℃特別報告》，為將全球變暖水平控制在比工業(yè)化前水平高1.5 ℃以下（利用1850—1900年這一參照期來估算工業(yè)化前全球平均地表溫度），2030年全球人為二氧化碳排放量需比2010年降低約45%。即使僅為將全球變暖水平控制在比工業(yè)化前水平高2 ℃以下，2030年的人為二氧化碳排放量仍需比2010年降低約25%［1］。

毫無疑問，這一目標是對當下國際競爭日趨激烈的能源體系的極大挑戰(zhàn)。截至2020年，石油依然是全球的最大能源，其一次能源消費份額占比為31.2%，煤炭是第二大能源，其一次能源消費份額占比為27.2%，天然氣是第三大能源，其一次能源消費份額占比為24.7%。而水力發(fā)電、可再生能源與核能僅分別占能源結構的6.9%、5.7%和4.3%［2］。由此可見，面對COP 26會議提出的減排目標，目前的世界能源消費結構中的低碳能源依舊相對疲軟，難以在不影響后疫情時代全球經(jīng)濟復蘇的前提下完成減碳目標。因此，積極謀求低碳能源與可再生能源的長足發(fā)展，對達成碳達峰、碳中和目標有著重要的意義。

2 世界各國能源發(fā)展動向

2.1 碳達峰背景下世界各國能源發(fā)展動向

受新冠疫情的影響，全球經(jīng)濟下行壓力加大，進而導致2020年由于能源消費而造成的碳排放量與2019年相比下降了6.3%，一次能源消費總量下降了4.5%。其中石油作為一次能源消費的最大推手，在世界上主要國家與地區(qū)的需求量呈現(xiàn)下降的趨勢。其中美國、歐盟和印度的石油需求量分別下降230萬桶/天、150萬桶/天和48 萬桶/天，這在一定程度上減輕了全球減碳行動的壓力。可再生能源發(fā)電量（不包括水電）總體增長了9.7%，盡管其能源增量的絕對值與前三年基本持平，卻低于近10年每年增長13.4%的平均水平，可再生能源發(fā)展進度減慢。核電在一些國家的發(fā)展也出現(xiàn)了放緩甚至下滑趨勢，其中美國2020年核電年平均增長率下滑了2.7%，法國下滑11.6%，日本核能年發(fā)電量僅為43.0TW·h，年平均增長率下滑了34.7%。

將碳排放量的下降與世界生產(chǎn)總量的下降進行比較，可以發(fā)現(xiàn)減少碳排放的價格幾乎為每噸1400美元。在疫情全球化的畸形發(fā)展背景下，較低的碳排放與減碳進展是以經(jīng)濟發(fā)展和社會正常運轉為代價的。而在2021年及之后的后疫情時代，減碳工作面臨著全球經(jīng)濟復蘇和2030年全球碳達峰時限的雙重壓力，世界能源體系面臨的挑戰(zhàn)便是如何在不造成大規(guī)模經(jīng)濟破壞和不影響民眾日常生活的情況下盡可能減少碳排放。

2.2 碳達峰背景下我國的能源國情

2020年，中國是全球可再生能源增長的最大貢獻者，但同時也是能源消費增幅最大的國家，其中僅一次能源消耗量就達到145.46 埃焦。在2020年中國的能源消費結構中（見表1），煤炭占比56.6%，石油占比19.6%，天然氣占比8.2%，核能占比2.1%，水電占比8.1%，可再生能源（不包括水電）占比5.4%；而在世界范圍內，以上各項能源消費的占比分別為：27.2%、31.3%、4.7%、4.3%、6.8%、5.7%。將兩者通過柱狀圖的形式相對比（如圖1所示）可以發(fā)現(xiàn)，我國的能源消費結構呈現(xiàn)出明顯的比重不均衡且煤炭資源依賴程度高的特點，碳排放量相對較小的天然氣的消費比重也遠低于世界總體水平。綜合來看，我國的能源結構呈現(xiàn)出消費單極化較為顯著的特征。

圖1 2020年中國和世界能源結構比較［3］Fig.1 Comparison of energy structure between China and the world in 2020

表1 2020年中國和世界能源結構比較［3］，＊Table 1 Comparison of energy structure between China and the world in 2020

在可再生與新能源等低碳能源方面，我國的可再生能源消費水平僅比世界總體水平高1個百分點。而相比近年來我國風電水電的高速發(fā)展，核電發(fā)展相對疲軟，使得其消費比重比世界總體水平低2.2個百分點，在我國非化石能源發(fā)電量中核能的占比也僅約14%［4］，遠低于世界平均水平。就非化石能源總體來看，為在2030年前實現(xiàn)碳達峰，我國政府提出的減少碳排放的階段性目標為：2025年將非化石能源消費比重提升至20%左右，到2030年提升至25%［5］，相較于2020年非化石能源15.7%的消費總體比重仍存在較大的差距。

兼顧經(jīng)濟社會發(fā)展與“雙碳”目標的實現(xiàn)，我國的能源體系既要滿足發(fā)展需求又要實現(xiàn)對碳排放量的控制，需要重點關注能源供給側的碳排放。在2019年，僅我國能源供給側的碳排放量就高達約46 億t，占比為40%。因此，優(yōu)先從能源供給端入手，在不減少能源供應量的同時盡可能控制碳排放量，對于構建低碳穩(wěn)定高效的能源體系十分重要。

3 COP 26背景下核電發(fā)展的必要性與可行性

3.1 發(fā)展核電有助于彌補我國能源結構短板

據(jù)上文數(shù)據(jù)分析可知，我國能源消費結構相對單一且低碳能源消費量與國際總體水平相比略顯不足，這體現(xiàn)出我國能源結構受制于經(jīng)濟社會發(fā)展起步較晚的約束，難以通過常規(guī)手段與世界同步實現(xiàn)由高碳到低碳、由低碳到無碳的結構轉型。依照世界能源的結構轉型規(guī)律，由以煤炭為主的能源結構形式向以油氣為主的能源結構的轉型早在20世紀初就開始進行。由圖1可以清晰地看出，世界能源轉型第一步已經(jīng)基本完成，總體上呈現(xiàn)出以油氣為主的能源結構。我國在能源的消費架構上已經(jīng)一定程度地落后于世界。

然而作為全球最大的發(fā)展中國家，我國經(jīng)濟社會仍處于中高速發(fā)展階段，資源環(huán)境制約日趨強化。2020年，我國以煤炭等化石燃料為主的一次能源人均消耗量為101.1千兆J，相比于2019年增加了1.7個百分點［3］，是世界上為數(shù)不多的在疫情下依然保持了能源消耗上漲的國家之一。說明在抗疫卓有成效的同時我國經(jīng)濟發(fā)展的能源需求依然堅挺，且相較于發(fā)達國家，我國減碳壓力更大。

從時間層面來看，我國“雙碳”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的時限緊張且任務繁重。以美國和歐洲為代表的發(fā)達經(jīng)濟體早在21世紀初和20世紀90年代就完成了碳達峰工作，距2050年有長達50余年的過渡期來達到碳中和目標，而對于中國，這個過渡期只有10余年［4］。

綜合以上能源結構困境，我國需要在較短時間內實現(xiàn)高碳能源的轉型與替代，而可再生能源由于易受制于特殊環(huán)境要求和能量密度低等缺點難以實現(xiàn)碳達峰目標。與之相比，核能發(fā)電在中國有著相當大的發(fā)展?jié)摿εc空間。

首先，核能作為第二大低碳能源，單位發(fā)電量所產(chǎn)生的溫室氣體從全壽命周期來看是最少的［4］。核電廠利用核裂變反應釋放熱能，在役發(fā)電生產(chǎn)周期中幾乎不釋放二氧化碳等溫室氣體。相較于相同裝機容量的以煤炭為燃料的火力發(fā)電廠，一臺1×106kW的核電機組可減少二氧化碳排放660萬t/年，可以有效滿足相同能源產(chǎn)量前提下能源低碳化的需求。其次，通過基于數(shù)據(jù)的包絡分析法DEA對我國五種新能源效率進行評價，得知：核能與地熱能在我國的發(fā)電效率最高［6］。而核能又不同于地熱能，其不受制于我國現(xiàn)有的資源稟賦，核能裝機容量可以在確保核安全與到位的公眾溝通的前提下進一步擴大，有助于彌補能源結構短板，跨越能源結構改革落差，以期實現(xiàn)COP 26碳達峰、碳中和遠景目標。

3.2 核電的造價與經(jīng)濟性具有優(yōu)勢

核電的經(jīng)濟性受成本和收益的不確定性影響較大，故筆者僅從核電的工程造價、發(fā)電成本和產(chǎn)出電價方面進行分析。

我國在役的核電機組中，二代核電機組平均單位造價為4396.25美元/kW，在國外核電造價明顯趨高的情況下，保持相對穩(wěn)定。而紅沿河核電廠、寧德一期核電廠、福清一期核電廠等二代改進型核電廠由于批量化標準化建設的實現(xiàn)以及設計運行自主化的提高，其單位造價為12300～13400元/kW，低于世界上同類機組的總體單位造價。此外，對于包括AP1000、EPR和HPR1000在內的三代核電機組，由于技術改進與安全系統(tǒng)設備的增加，其工程造價相比于二代核電機組必然有所上漲。但是隨著三代核電的規(guī)?；灾骰l(fā)展程度日益提高，其工程造價也會逐步降低，進而在核電安全性提升的同時保障了其較高的經(jīng)濟性［7］。

在核燃料及其循環(huán)方面，據(jù)眾多國際機構分析研判，核燃料自天然鈾的采冶到玻璃固化廢物的最終后處理，其循環(huán)費用僅占到核電廠建設運行總成本的20%～30%［7］。相比之下，燃料費用占比高達70%～80%的天然氣發(fā)電反而拉低了其在減碳進程建設中的經(jīng)濟優(yōu)勢。核燃料循環(huán)的較小占比確保了核電廠運營總成本的相對穩(wěn)定，便于核電在能源低碳化決策中脫穎而出。

從核電的消費端來看，我國核電上網(wǎng)電價具備經(jīng)濟競爭力。從2013年6月起，核電依據(jù)社會平均成本由國家核定上網(wǎng)電價，并且對核定價格高于煤電上網(wǎng)電價（含脫硫、脫硝加價，下同）的地區(qū)新建核電廠全部執(zhí)行煤電電價。以核電大省廣東為例，大亞灣核電廠和嶺澳核電廠的上網(wǎng)電價均低于0.5 元/（kW·h），分別為0.420元/（kW·h）和0.429元/（kW·h），而當?shù)孛摿蛎撓跞济簷C組的標桿上網(wǎng)電價為0.529元/（kW·h），核電電價具備明顯優(yōu)勢。不僅限于廣東省，我國核電上網(wǎng)電價在能源需求較大的東部沿海地區(qū)和華中部分地區(qū)均具備比煤電標桿上網(wǎng)電價更強的經(jīng)濟競爭優(yōu)勢，在減少碳排放的同時可以降低社會用電成本，有助于滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求。

3.3 發(fā)展核電是全球減碳行動的大勢所趨

據(jù)IAEA的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2021年，全球在役核電機組達到449 臺，實際裝機容量為 3.93億kW［8］。盡管在2011年福島核事故發(fā)生后世界上一部分國家在核電發(fā)展上發(fā)生了決策顧慮，德國甚至曾一度計劃在21世紀20年代關停全部核電廠，但是核能由于其能量密度較高、清潔低碳且邊際成本低而被認為是可以大規(guī)模替代化石能源并且有較高市場競爭力的低碳能源。在可再生能源受制于技術與自然條件限制而難以快速發(fā)展至充分取代化石能源時，技術相對成熟且能夠在短時間內完成建設投產(chǎn)的核電便成為實現(xiàn)雙碳目標的必要選擇。相關數(shù)據(jù)顯示，自2012年以來國際核電發(fā)電量總體保持增長趨勢。

從核電裝機規(guī)模較大的核電大國來分析，美國核管會在增加其國內小堆審批數(shù)量的同時促使美國政府出臺了《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》，以期在保持美國核電產(chǎn)業(yè)國際影響力的同時加快核電技術的進步與創(chuàng)新，客觀上推動了核電在減碳進程中的作用。隨著核電技術進展與碳中和目標期限日益緊迫，美國各地方政府也在逐步尋求核電的解禁與發(fā)展，如西弗吉尼亞州于不久前解除了其長達30年的核禁令，為其能源脫碳化轉型奠定了基礎。

日本作為福島核事故的直接受害國，其國內核電由于公信力受到重創(chuàng)而一度發(fā)展低迷，但鑒于核電在能源替代與能源安全保障方面的優(yōu)勢，日本原委會在其《核能白皮書》中提出了逐步恢復核電總體占比至20%的建議。

在歐洲，核電貢獻了超過50%的低碳能源裝機容量。法國雖然在2014年宣布放緩核電的發(fā)展步伐并降低能源體系中核電的占有率，但由于減碳目標的要求和能源短缺的限制，其國內能源體系依然以核能為基石，且在進行模塊化小堆和新一代核電技術的進一步研究。

在我國，核電發(fā)展具備特有的后發(fā)優(yōu)勢。盡管核電在我國能源體系中的占比不高，但是這在一定程度上是由于我國經(jīng)濟社會發(fā)展所需能源體量巨大以及核電發(fā)展起步較晚所造成的。據(jù)相關統(tǒng)計，截至2021年一季度末，我國核電在建機組裝機容量近2000萬kW，位列世界第一，發(fā)展勢頭頗佳。在核電安全性方面，通過對比三代核電安全技術與我國在役二代改進型核電廠的安全指標（見表2），發(fā)現(xiàn)我國二代改進型核電廠的堆芯損壞頻率（core damage frequency，CDF）和放射性早期大量釋放頻率（large early release frequency，LERF）指標已經(jīng)接近三代核電的安全技術水平要求［9］。

表2 CDF和LERF安全指標［9］Table 2 Safety index of CDF and LERF

同時，由于我國核電發(fā)展起步較晚的后發(fā)優(yōu)勢，在核電廠的建造與運行過程中得以不斷改進安全措施，使得我國核電運行WANO指標（用量化方式表征核電廠在核安全、發(fā)電管理、維修優(yōu)化、設備可靠性和工業(yè)安全等方面的綜合情況）和業(yè)績普遍處于國際前列，可以滿足核電安全穩(wěn)定快速發(fā)展的需求。

4 結論與建議

（1） 國際上對于減碳目標較為緊迫的要求決定了我國核電發(fā)展的必要性，技術體系相對成熟的核電應當成為我國高碳排放能源快速替代的重要抓手。

（2） 我國相對落后的能源結構可依賴能源密度較高的核電謀求進一步轉型，緩解能源供給側的碳排放壓力，穩(wěn)妥實現(xiàn)由高碳排放能源向清潔能源的過渡。

（3） 核電鮮明的經(jīng)濟優(yōu)勢使得其具備快速高效發(fā)展的可行性。建議進一步推進新型核電建設，在東南沿海地區(qū)核電發(fā)展逐漸飽和的情況下，加快內陸核電廠選址安全論證，為核電的進一步發(fā)展奠定基礎。

（4） 我國需順應國際發(fā)展潮流，深入推進高溫氣冷堆和模塊化小堆等先進堆型研究以提升核電技術水平，使其成為突破能源需求與低碳目標之間矛盾制約、保障能源安全的可行 手段［10］。

（5） 建議盡快完善核安全相關法律法規(guī)，實現(xiàn)對現(xiàn)役核電更加嚴格的制度化管理，切實滿足公眾對核電安全的期望，為核電發(fā)展與減碳目標的達成掃清障礙，從而有效兌現(xiàn)我國在國際減碳目標中的承諾并提高國際威望［11］。