核能可為全球凈零排放作出重大貢獻(xiàn)

國際能源署（IEA）2022年6月30日發(fā)布《核能與能源安全轉(zhuǎn)型》報(bào)告。報(bào)告首先分析了核能發(fā)展趨勢及其面臨的挑戰(zhàn)，隨后指出核能可為全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放目標(biāo)作出重大貢獻(xiàn)，并為更好地利用核能提出了一系列政策建議。

1 核能發(fā)展概況

報(bào)告指出，核能是僅次于水電的第二大清潔電力來源，發(fā)展至今已為全球減排作出重大貢獻(xiàn)，未來可以幫助各國減少電力結(jié)構(gòu)對化石燃料的依賴，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。

1.1 核能對全球減排貢獻(xiàn)突出

2020 年，核能發(fā)電量約占全球發(fā)電量的10%，超過了風(fēng)能和太陽能的總發(fā)電量，是僅次于水電的第二大清潔電力來源。截至2021 年底，全球32 個國家運(yùn)營著439 臺核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為4.13 億千瓦。核能為減緩全球碳排放量上升速度作出了重要貢獻(xiàn)，1971—2020 年期間使全球碳排放量減少約660億噸。

1.2 核能市場主導(dǎo)地位正由發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體轉(zhuǎn)向中俄

目前，全球約70%的核電機(jī)組位于發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，但市場的主導(dǎo)地位已逐漸向中國和俄羅斯轉(zhuǎn)移：2017年后啟動建設(shè)的31臺核電機(jī)組中，27臺采用中國和俄羅斯的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。全球核電裝機(jī)容量增長速度在20 世紀(jì)80 年代達(dá)到頂峰，隨后放緩。近年核電裝機(jī)容量的增加主要由中俄的投資推動。

圖1 2020年全球清潔能源發(fā)電量

過去20 年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體對核能的投資逐漸縮減，這主要是由于核電建設(shè)項(xiàng)目投資大、建設(shè)周期長、市場及政策環(huán)境不利、西方國家近期的核電建設(shè)項(xiàng)目均發(fā)生嚴(yán)重的拖期超概，以及福島核事故造成部分國家的公眾對核能缺乏信心。此外，大多數(shù)國家電力市場沒有認(rèn)識到核能發(fā)電的清潔性和靈活性價值，導(dǎo)致新核電廠的經(jīng)濟(jì)競爭力不足。未來幾年，由于許多核電廠的運(yùn)行許可證即將到期，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體可能會出現(xiàn)大量核電廠關(guān)閉的情況。但延長核電廠運(yùn)行壽期可緩解這一局面，例如美國93 臺在運(yùn)核電機(jī)組中的11臺已申請將運(yùn)行壽期延長至80年。

1.3 凈零排放目標(biāo)促使各國發(fā)展核能

近年來，已有70 多個國家承諾實(shí)現(xiàn)凈零排放，覆蓋了全球排放量的76%。這促使許多國家開始考慮能源結(jié)構(gòu)的清潔低碳轉(zhuǎn)型。例如法國計(jì)劃從2028 年開始陸續(xù)啟動6 臺大型核電機(jī)組建設(shè)，未來還可能啟動二期8 臺機(jī)組建設(shè)，目標(biāo)是到2050 年新建2500 萬千瓦核電裝機(jī)容量；英國設(shè)定了到2050年將核電裝機(jī)容量增至2400萬千瓦的目標(biāo)，是現(xiàn)有水平（685 萬千瓦）的近4倍；比利時已放棄2022年底棄核的目標(biāo)，準(zhǔn)備將2 臺核電機(jī)組延壽10 年至2035 年；韓國新政府已決定延長核電機(jī)組運(yùn)行壽期并重啟2 臺核電機(jī)組的建設(shè)，同時爭取在2030 年前向海外出口10臺核電機(jī)組。

1.4 能源供應(yīng)危機(jī)使核能重獲關(guān)注

俄烏沖突加劇了全球能源危機(jī)，化石燃料價格大幅上漲，電價也隨之上漲，在主要依賴天然氣發(fā)電的地區(qū)尤為突出，這促使許多國家尤其是歐洲國家高度重視能源安全問題。這些國家開始調(diào)整能源發(fā)展戰(zhàn)略，準(zhǔn)備尋求能源獨(dú)立，擺脫對俄能源依賴。核能可以增加能源結(jié)構(gòu)多樣性，并幫助減少對化石燃料的依賴，因此成為各國政府重要選項(xiàng)之一。

2 核能發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)

2.1 核能發(fā)展需要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理

作為資金、技術(shù)密集型項(xiàng)目，傳統(tǒng)核電建設(shè)項(xiàng)目投入大、周期長、風(fēng)險(xiǎn)高，投資方普遍持謹(jǐn)慎態(tài)度。吸引投資的關(guān)鍵在于風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)險(xiǎn)的合理分配。技術(shù)、運(yùn)營、監(jiān)管、市場及價格等項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)直接關(guān)系到資金成本，也影響著平準(zhǔn)化發(fā)電成本。在這方面，已有國家采用直接的財(cái)政支持、電力購買協(xié)議等融資機(jī)制來幫助降低風(fēng)險(xiǎn)，并使各利益相關(guān)方共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 核電建設(shè)項(xiàng)目需要降低造價、縮短建設(shè)周期

近年來，核電廠造價不斷上升，項(xiàng)目前期準(zhǔn)備時間長，給許多國家的核工業(yè)發(fā)展造成困擾。綜合全球總體情況，核電廠平均建設(shè)周期為7年，也有部分項(xiàng)目耗時15年以上。事實(shí)證明，擁有成熟建設(shè)計(jì)劃的國家能夠更快地完成建設(shè)。選址和各類取證通常也是拖慢項(xiàng)目進(jìn)度的重要因素。近年預(yù)算超支、項(xiàng)目拖期問題在歐美國家核電建設(shè)項(xiàng)目中尤為明顯，例如美國沃格特勒核電廠3 號和4 號機(jī)組原計(jì)劃造價為4300 美元/千瓦，耗時4 年完成，現(xiàn)已增長到9000 美元/千瓦，預(yù)計(jì)需要耗時9 年。歐洲壓水堆（EPR）建設(shè)項(xiàng)目也面臨同樣的問題。造成這一情況的原因包括建設(shè)初期反應(yīng)堆設(shè)計(jì)成熟度低、項(xiàng)目管理不到位、零部件供應(yīng)不及時等。

2.3 提升公眾信心需要保障核安全及廢物管理

一些國家的棄核政策主要源于公眾對安全問題的擔(dān)憂。在三里島、切爾諾貝利和福島這三起重大核事故發(fā)生后，許多國家公眾對核能的支持度有所減弱。繼續(xù)發(fā)展核能的國家應(yīng)加強(qiáng)核安全和應(yīng)急管理。從過往事故中汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)發(fā)現(xiàn)，事故的發(fā)生是可以預(yù)見和預(yù)防的，這需要提高監(jiān)管能力，即建立有效的監(jiān)管框架，健全核安全獨(dú)立監(jiān)管機(jī)制，確保核電廠安全運(yùn)行。在廢物管理方面，由于需要巨額投資且選址的政治決策難度大，目前很少有國家為乏燃料的循環(huán)使用或深層地質(zhì)處置庫建設(shè)制定了長期方案。乏燃料和其他放射性廢物的安全處置對于公眾接受核能也至關(guān)重要。

3 核能助力凈零排放

在國際能源署預(yù)計(jì)的2050年凈零排放情景中，能源部門的凈排放量在2020—2030 年間將下降約40%，然后到2050 年降至零。雖然可再生能源占主導(dǎo)地位，且在凈零排放情景中占電力供應(yīng)的近90%，但核能也將發(fā)揮重要作用。這需要各國政府盡快制定嚴(yán)格的政策措施，從多個方面推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的清潔低碳轉(zhuǎn)型。

3.1 核電廠延壽是以具有成本效益的方式實(shí)現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵

目前全球約2.6 億千瓦核電裝機(jī)容量（占核電總裝機(jī)容量的63%）已運(yùn)行超過30年時間，其役齡正在逐漸接近其獲得許可的初始運(yùn)行壽期。雖然其中約10%的機(jī)組在最近三年進(jìn)行了延壽，但如果沒有更多機(jī)組延壽，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的核電機(jī)組數(shù)量到2030 年將減少約1/3。在凈零排放情景中，這些核電機(jī)組中的一半以上將延長運(yùn)行壽期，以便將其他低碳技術(shù)電力裝機(jī)容量的建設(shè)需求減少近2 億千瓦。2030 年大部分核電機(jī)組延壽的造價為每千瓦500～1100美元，平準(zhǔn)化發(fā)電成本通常低于每千瓦時0.04美元，在大部分地區(qū)能與太陽能和風(fēng)能競爭。

圖2 2000—2050年全球能源行業(yè)二氧化碳排放量

3.2 核能將為在實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)過程中保障供應(yīng)安全發(fā)揮重要作用

在凈零排放情景中，全球核電裝機(jī)容量將從2022 年4.13 億千瓦增至2050 年8.12 億千瓦。在本世紀(jì)30年代，全球核電裝機(jī)容量將以每年2700萬千瓦的速度增加。即使如此，核發(fā)電量在全球總發(fā)電量中所占份額將會略微下降至8%。新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體增加的核電裝機(jī)容量將占總增量的90%以上。全球年度核電投資額將從本世紀(jì)10 年代的300 億美元增至30 年代的1000億美元，到2050年將保持在800億美元以上。

3.3 低核情景將增大凈零排放目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的難度和支出

國際能源署還評價了在低核情景（即核電建設(shè)未能加速且在運(yùn)機(jī)組未能延壽）中實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的情況。在這一情景中，核發(fā)電量在全球總發(fā)電量中所占份額將從2020年10%降至2050年3%，太陽能和風(fēng)能將填補(bǔ)相應(yīng)的電力供需缺口。為了保障電力供應(yīng)安全，全球需要建設(shè)更多的儲能設(shè)施以及配備了碳捕集、利用與封存（CCUS）設(shè)備的化石燃料發(fā)電廠。

這將造成三方面影響：第一，總支出提高，到2050 年需要增加5000 億美元投資，消費(fèi)者電力賬單平均每年增加約200 億美元；第二，清潔能源供應(yīng)鏈壓力增大，核電裝機(jī)容量每減少100萬千瓦，就需要其他類型的電力裝機(jī)容量增加350萬千瓦，這對電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高要求；第三，消費(fèi)者的電力賬單將易受天然氣和煤炭價格波動的影響。

4 推進(jìn)核能發(fā)展需要采取的措施

為了加速推進(jìn)核能發(fā)展，未來需要從市場機(jī)制、核工業(yè)自身能力建設(shè)和模塊化小堆商業(yè)化應(yīng)用三個方面采取措施。

4.1 市場機(jī)制

在風(fēng)能和太陽能占主導(dǎo)地位的清潔能源結(jié)構(gòu)中，必須擁有包括核能在內(nèi)的多樣化可調(diào)度電力裝機(jī)容量，以保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性、短期靈活性以及擁有足以滿足峰值用電需求的電力裝機(jī)容量。目前電力市場的價格體系沒有充分體現(xiàn)核電的兩大優(yōu)勢。

一是與燃煤發(fā)電相比，核電具有低碳屬性，因此核電的度電價格中應(yīng)包含清潔性價值。這一屬性可用碳價來量化，但近年的“區(qū)域溫室氣體倡議”碳配額拍賣價格僅為每噸13美元，遠(yuǎn)低于鼓勵深度脫碳所需的價格。

二是與風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源相比，核電廠可以根據(jù)電網(wǎng)需求調(diào)整運(yùn)行功率，使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此核電的度電價格中應(yīng)包含靈活性價值。

這兩大優(yōu)勢有助于增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性，降低碳排放，若在價格體系中不予以體現(xiàn)，將降低核電的市場競爭力。此外，由于核電項(xiàng)目具有投資額高、投資回報(bào)期長、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，對私營投資者的吸引力不大，核電建設(shè)項(xiàng)目長期以來主要由國家投資或擁有市場壟斷地位的投資者投資。未來各國應(yīng)為核電建設(shè)項(xiàng)目建立新的融資機(jī)制，例如英國最近批準(zhǔn)“受監(jiān)管的資產(chǎn)基礎(chǔ)”（RAB）融資模式。這一模式旨在通過讓消費(fèi)者預(yù)先支付能源賬單的方式來降低投資風(fēng)險(xiǎn)，吸引私營投資，進(jìn)而降低核電建設(shè)項(xiàng)目融資費(fèi)用和項(xiàng)目造價。

4.2 核工業(yè)能力建設(shè)

未來核工業(yè)還需在三方面加強(qiáng)能力建設(shè)。一是保障能夠按計(jì)劃按預(yù)算完成核電建設(shè)項(xiàng)目。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體到2030年需要將核電造價降至每千瓦5000 美元，目前的造價為每千瓦9000 美元（不包括融資費(fèi)用）。有許多成熟方法可供用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，包括在啟動建設(shè)前固化電廠設(shè)計(jì)、采用同一設(shè)計(jì)批量建設(shè)機(jī)組、在同一廠址建設(shè)多臺機(jī)組等。

二是進(jìn)一步降低造價和平準(zhǔn)化發(fā)電成本。未來，核電將面臨來自水電、配備CCUS的化石燃料電廠和生物質(zhì)能源等低碳排放可調(diào)度能源的競爭。與這些能源競爭，需要將核電造價降至每千瓦2000～3000美元，平均化發(fā)電成本降至每千瓦時0.04～0.08美元（包括核電廠退役和廢物處置費(fèi)用）。如果要與太陽能和風(fēng)能直接競爭，則需要將核電造價降至每千瓦2000美元以下，平準(zhǔn)化發(fā)電成本降至每千瓦時0.04～0.06美元。

三是抓住核能制氫和供熱的市場機(jī)遇。低碳制氫技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)凈零排放情景的關(guān)鍵支柱。相關(guān)投資將從目前的近乎零增至2040年的每年8000億美元。國際能源署凈零排放情景預(yù)計(jì)，配備了CCUS的天然氣制氫和可再生能源電解制氫是經(jīng)濟(jì)性最好的低碳制氫方案。如果要與這兩種方案競爭，需要將核電造價降至每千瓦1000～2000美元。如果能將核能制氫設(shè)施與氫的使用設(shè)施建在同一廠區(qū)，則可大幅提升核能制氫的經(jīng)濟(jì)競爭力，因?yàn)榭梢员苊鈿涞倪\(yùn)輸費(fèi)用。凈零排放情景預(yù)計(jì)，2050 年利用過剩的核電每年可生產(chǎn)2000萬噸氫。未來還可能實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，即核電廠在發(fā)電的同時，還用于區(qū)域供暖或?yàn)槠渌I(yè)應(yīng)用供熱。但要在這一領(lǐng)域具備競爭力，需要將核電造價降至每千瓦2000～3000美元。

4.3 模塊化小堆商業(yè)化應(yīng)用

模塊化小堆是現(xiàn)今最具潛力的新興核電技術(shù)之一。世界主要核電國家均在積極開展相關(guān)技術(shù)研發(fā)，迄今已推出超過70種模塊化小堆，涉及壓水堆、沸水堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、熱管堆、高溫氣冷堆等多種堆型，截至目前還沒有一種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化應(yīng)用。

模塊化小堆裝機(jī)容量通常小于30 萬千瓦，僅為傳統(tǒng)核反應(yīng)堆裝機(jī)容量的三分之一左右，具有多種優(yōu)勢。一是造價低、建設(shè)周期短、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)低，能夠提高社會認(rèn)可、吸引私營投資。模塊化小堆預(yù)先在工廠制造模塊，然后運(yùn)輸?shù)綇S址安裝，其造價比大型堆低，也降低了建設(shè)期間的項(xiàng)目管理風(fēng)險(xiǎn)。二是用途廣泛。模塊化小堆不僅可以用于發(fā)電，還可以供熱、制氫和海水淡化等。三是固有安全性高，低功率和小堆芯提高了非能動安全系統(tǒng)的有效性。

凈零排放情景預(yù)計(jì)，模塊化小堆技術(shù)面臨兩個重要的發(fā)展窗口。一是從現(xiàn)在到2040年，模塊化小堆能夠?yàn)殡娏Σ块T減排作出貢獻(xiàn)。但是，具體貢獻(xiàn)大小將在很大程度上取決于目前的投資決策，因?yàn)檫@將決定模塊化小堆能否在本世紀(jì)30 年代啟動大規(guī)模部署。預(yù)計(jì)早期部署的模塊化小堆將位于現(xiàn)有核電廠址。二是2040 年之后。如果在2030 年前作出投資決定，那么模塊化小堆將可能在2040 年之后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，不僅用于發(fā)電，還用于制氫和供熱等。

5 政策建議

為幫助相關(guān)國家推進(jìn)核能發(fā)展，報(bào)告提出了七條建議：

●一是延長核電廠運(yùn)行壽期；

●二是引導(dǎo)市場重視核能靈活性和清潔性價值，增強(qiáng)核能市場競爭力；

●三是創(chuàng)新融資機(jī)制，為核電建設(shè)項(xiàng)目提供支持；

●四是建立有效的安全監(jiān)管體系；

●五是建立放射性廢物處置方案；

●六是加快推進(jìn)模塊化小堆的開發(fā)和部署；

●七是根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度定期評價，使項(xiàng)目按時、按預(yù)算完成。