核電生命周期溫室氣體排放核算邊界及方法初探

武翡翡 康晶 王彥 廉冰 楊潔 岳琪

摘 要：核能是低碳電力的重要來(lái)源，有助于實(shí)現(xiàn)“ 雙碳” 目標(biāo)。國(guó)家層面尚未建立統(tǒng)一規(guī)范的核電行業(yè)溫室氣體排放核算體系，核算邊界及方法研究有待進(jìn)一步完善。從溫室氣體排放核算的關(guān)鍵問(wèn)題出發(fā)，系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外核電溫室氣體排放核算邊界、方法的研究進(jìn)展，對(duì)比重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算標(biāo)準(zhǔn)與指南要求，提出了核電生命周期溫室氣體排放核算研究思路。從核算體系建立、影響因素研究、退役個(gè)案研究等方面提出未來(lái)研究展望，為我國(guó)建立統(tǒng)一規(guī)范的核電行業(yè)溫室氣體統(tǒng)計(jì)核算體系提供參考。

關(guān)鍵詞：核電生命周期;溫室氣體;核算邊界;核算方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TL75;TM623. 8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

為實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》確定的全球控溫目標(biāo)，各國(guó)溫室氣體排放應(yīng)盡快達(dá)到峰值，并促使全球在21 世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和[1] 。中國(guó)高度重視并積極應(yīng)對(duì)氣候變化，提出中國(guó)二氧化碳（CO2 ） 排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。電力行業(yè)是碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域，核能是低碳電力的重要來(lái)源[2-3] ，有助于實(shí)現(xiàn)“雙碳” 目標(biāo)。2021 年8 月，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)發(fā)布《核能技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)》，指出“核電在過(guò)去50 年間避免了約740 億噸CO2 排放，相當(dāng)于全球近兩年能源相關(guān)排放量”[4] 。與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，核能發(fā)電不直接消耗碳基燃料及產(chǎn)生大氣污染物，在運(yùn)行發(fā)電階段是“零排放”。但從整個(gè)生命周期來(lái)看，在核燃料開(kāi)采、提取、加工、使用和回收再利用、核電站建設(shè)和退役、設(shè)備生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)入A段會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放[5] 。因此，有必要基于生命周期理論開(kāi)展核電溫室氣體排放核算方法研究，可為論證核能低碳屬性、促進(jìn)我國(guó)核能有序發(fā)展提供方法支撐。

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)核電生命周期溫室氣體排放展開(kāi)了廣泛的研究[5-12] 。核電生命周期涉及鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮、燃料元件制造、乏燃料后處理、廢物處置以及核電站建設(shè)、運(yùn)行和退役等多個(gè)階段[10] ，系統(tǒng)完整的溫室氣體排放核算工作非常復(fù)雜。已有研究主要關(guān)注核燃料開(kāi)采、核電站建設(shè)、發(fā)電運(yùn)行階段，對(duì)乏燃料后處理、廢物處置、核電站退役等退役階段的核算研究相對(duì)較少[5，7，9-12] ，核算邊界不同導(dǎo)致核算結(jié)果差異明顯。如，穆獻(xiàn)中等[5] 以燃料加工、核電站建設(shè)和運(yùn)行發(fā)電階段為系統(tǒng)邊界，核能單位發(fā)電量的碳排放量為 3. 37 g CO2，eq / （kW·h）;韓梓豪等[12]以燃料開(kāi)采、燃料運(yùn)輸、設(shè)備生產(chǎn)、電廠建造、發(fā)電運(yùn)行、廢棄處理和電廠退役為系統(tǒng)邊界，核電全生命周期碳排放量為12. 19 g CO2，eq / （kW·h）。此外，主要關(guān)注核電產(chǎn)業(yè)鏈的空間邊界，對(duì)時(shí)間邊界關(guān)注相對(duì)較少[11] ;主要核算CO2 排放量，對(duì)其它溫室氣體類(lèi)型考慮較少[7-8] ?；谏芷谠u(píng)價(jià)的核算方法不同，核算結(jié)果也不同。Pomponi 和Hart[11] 采用過(guò)程分析、輸入輸出分析和混合分析的生命周期評(píng)價(jià)方法，核算出歐洲加壓反應(yīng)堆溫室氣體排放量分別在16. 55～17. 69、18. 82 ～ 35. 15和24. 61 ～ 32. 74 g CO2 / kWh 之間?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》指出，要“建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系，支持行業(yè)、企業(yè)依據(jù)自身特點(diǎn)開(kāi)展碳排放核算方法學(xué)研究”。目前，國(guó)家層面尚未公布統(tǒng)一規(guī)范的溫室氣體排放核算體系，核電行業(yè)溫室氣體排放核算工作有待進(jìn)一步完善，開(kāi)展核電生命周期溫室氣體排放核算邊界和方法研究具有一定意義。

因此，在“雙碳”背景下，本文基于核電生命周期各階段的材料和能源消耗特征，從溫室氣體排放核算的關(guān)鍵問(wèn)題出發(fā)，系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外核電生命周期溫室氣體排放的核算邊界、核算氣體類(lèi)型及核算方法的研究進(jìn)展，對(duì)比重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算標(biāo)準(zhǔn)與指南要求，提出了適用于核電生命周期的溫室氣體排放核算研究思路，進(jìn)而提出未來(lái)研究展望與啟示，為我國(guó)建立統(tǒng)一規(guī)范的核電行業(yè)溫室氣體統(tǒng)計(jì)核算體系提供參考。

1 溫室氣體排放核算關(guān)鍵問(wèn)題分析

1. 1 核算邊界

根據(jù)ISO 14064、GB / T 24040 等生命周期分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13-14] ，國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)的核電生命周期分為燃料周期和電廠周期[12] 。如圖1 所示，燃料周期包括核燃料循環(huán)前端、核電站運(yùn)行和核燃料循環(huán)后端階段;電廠周期包括核電站建設(shè)、運(yùn)行和退役階段[15] 。核燃料循環(huán)前端包括鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮和燃料元件制造階段;核燃料循環(huán)后端包括乏燃料后處理和廢物處置子階段。其中，鈾礦采冶可細(xì)分為鈾礦開(kāi)采、冶煉和純化階段。

核算邊界是影響溫室氣體核算結(jié)果的重要因素。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報(bào)告通則》（簡(jiǎn)稱(chēng)《通則》），應(yīng)明確溫室氣體排放邊界與涉及的時(shí)間范圍[16] 。如圖1 所示，從系統(tǒng)邊界看，核電生命周期涵蓋鈾礦開(kāi)采、鈾轉(zhuǎn)化濃縮、燃料元件制造、乏燃料后處理、廢物處置以及核電站建設(shè)、運(yùn)行和退役等多個(gè)階段。從時(shí)間邊界看，溫室氣體核算應(yīng)包括建設(shè)、運(yùn)行和退役階段，涉及運(yùn)輸過(guò)程[12] 。針對(duì)復(fù)雜的核電生命周期系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外尚未有明確的溫室氣體排放核算邊界。本研究擬根據(jù)“統(tǒng)計(jì)主要因素，忽略次要因素”原則，結(jié)合數(shù)據(jù)可獲取性和碳排放可計(jì)算性，從系統(tǒng)和時(shí)間邊界對(duì)核算邊界進(jìn)行初步界定。

1. 2 核算氣體類(lèi)型

《京都議定書(shū)》規(guī)定了聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約管控的溫室氣體，包括CO2 、甲烷（CH4 ）、氧化亞氮（ N2 O）、氫氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。2012 年《京都議定書(shū)多哈修正案》將三氟化氮納入管控范圍。通常采用全球可變暖因子將其它溫室氣體轉(zhuǎn)化為 CO2 當(dāng)量，以歸一化CO2 當(dāng)量表示不同種類(lèi)溫室氣體的溫室效應(yīng)[17] 。由于核電生命周期涉及多個(gè)階段，各階段排放的溫室氣體類(lèi)型不盡相同。在核算邊界內(nèi)，根據(jù)工藝過(guò)程確定各階段溫室氣體排放類(lèi)型，是核電生命周期溫室氣體排放核算的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

1. 3 核算方法

碳排放核算主要基于測(cè)量和計(jì)算兩種方式。從碳排放核算方法看，主要有排放因子法、質(zhì)量平衡法和實(shí)測(cè)法。排放因子法適用于較為宏觀的核算層面，活動(dòng)數(shù)據(jù)和排放因子是關(guān)鍵。碳質(zhì)量平衡法適用于具體工藝流程的碳排放量計(jì)算。生命周期評(píng)價(jià)是核電鏈溫室氣體排放核算的基本理論。耦合生命周期評(píng)價(jià)與排放因子法、質(zhì)量平衡法以及實(shí)測(cè)法進(jìn)行核電全生命周期溫室氣體排放核算，多種核算方法對(duì)比分析可提高核算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可解釋性。

2 核電生命周期溫室氣體排放核算研究進(jìn)展

核電生命周期溫室氣體排放核算，本質(zhì)上是對(duì)各階段材料（如水泥、碳鋼、不銹鋼、有色金屬、化學(xué)品）和能源（如電、煤）消耗產(chǎn)生的直接或間接溫室氣體排放進(jìn)行核算[11-12] 。依據(jù)核電生命周期主要階段的工藝過(guò)程、材料和能源消耗分析，重點(diǎn)闡述文獻(xiàn)中核電生命周期溫室氣體排放核算邊界、核算氣體類(lèi)型和核算方法研究進(jìn)展。

2. 1 材料和能源消耗分析

如圖1 所示，核電生命周期涵蓋鈾礦開(kāi)采、鈾轉(zhuǎn)化濃縮、燃料元件制造、乏燃料后處理、廢物處置以及核電站建設(shè)、運(yùn)行和退役等階段。核燃料循環(huán)前端包括鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮和燃料元件制造階段，主要工藝過(guò)程為：對(duì)鈾礦石進(jìn)行開(kāi)采及精選，送至前處理廠，將其粉碎磨成粉末，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)萃取，純化得到黃餅;經(jīng)鈾轉(zhuǎn)化濃縮廠，將鈾的氧化物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，濃縮235 U;經(jīng)化工冶金工藝得到UO2 粉末，再經(jīng)壓制，燒結(jié)和磨削得到UO2 陶瓷芯塊，填充獲得核燃料棒[5，11] 。核燃料循環(huán)后端包括乏燃料后處理和廢物處置子階段。乏燃料后處理階段工藝過(guò)程為：回收乏燃料中未反應(yīng)的235 U 和新增殖的239 Pu 等易裂變材料，并將其送回反應(yīng)堆循環(huán)利用[9] 。電廠退役階段對(duì)放射性沾污部件進(jìn)行去污處理，經(jīng)安全封閉期降低短壽命放射性核素活度，再進(jìn)行正式退役;對(duì)非放射性組件進(jìn)行拆解和循環(huán)利用[12] 。

依據(jù)上述工藝過(guò)程，按照建設(shè)、運(yùn)行和退役的時(shí)間周期，對(duì)主要階段的材料和能源消耗及歸一化碳排放量進(jìn)行分析。建設(shè)階段包括基礎(chǔ)工程建設(shè)和主要設(shè)備生產(chǎn)，鈾礦廠、鈾濃縮廠、核燃料元件廠、核電站、乏燃料處理廠等工程建設(shè)需要消耗大量的建材和能源，是碳排放的主要環(huán)節(jié);核電生命周期涉及眾多設(shè)備，設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程需消耗較多鋼材和電力等，碳排放不應(yīng)忽視。如，大亞灣核電站建設(shè)期間主要消耗混凝土、水泥、碳鋼、不銹鋼、銅、鋁等，建材消耗碳排放為0. 45 g CO2，eq / （kW·h）[9] ;反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備生產(chǎn)碳排放為0. 01 g CO2，eq / （kW·h）[12] 。核電站運(yùn)行期間主要涉及外購(gòu)電力消耗。如，大亞灣燃煤購(gòu)電碳排放高達(dá)1. 96 g CO2，eq / （kW·h）[9] ，電廠運(yùn)行碳排放降至0. 69 g CO2，eq / （kW·h）[12] 。鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮運(yùn)行期間及乏燃料后處理退役期間，除電力和少量建材消耗外，還消耗硝酸、硫酸、液氮等化學(xué)品。由于硝酸用量較大且會(huì)產(chǎn)生N2 O，有學(xué)者將硝酸用量及碳排放納入核算范圍。如，我國(guó)國(guó)產(chǎn)堆型核電站碳排放核算中，鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮及乏燃料后處理階段硝酸消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放量為0. 83 g CO2，eq / （kW·h），占運(yùn)行階段溫室氣體排放量（4. 99 g CO2，eq / （ kW·h）） 的17%[7] 。建設(shè)、運(yùn)行和退役階段涉及物料、產(chǎn)品、設(shè)備等的運(yùn)輸，包括鈾礦石、鈾濃縮物、鈾化合物、新燃料元件、乏燃料組件等。由于核燃料能量密度高，運(yùn)輸過(guò)程溫室氣體排放較少，對(duì)核電生命周期的溫室氣體排放貢獻(xiàn)很小[9] ?？傮w上看，已有研究主要關(guān)注建設(shè)階段的建材和能源消耗、運(yùn)行階段的能源消耗，對(duì)乏燃料后處理、廢物處置等退役階段的建材和能源消耗，以及各階段化學(xué)品等其它材料消耗研究相對(duì)較少。

2. 2 核算邊界

2. 2. 1 標(biāo)準(zhǔn)和指南

國(guó)際上碳足跡準(zhǔn)則的發(fā)展以生命周期評(píng)估準(zhǔn)則為基礎(chǔ)。核算產(chǎn)品碳足跡的標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO14067《溫室氣體—產(chǎn)品的碳排放量—量化的要求和指南》，以及PAS 2050《商品和服務(wù)在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評(píng)價(jià)規(guī)范》。我國(guó)建立了國(guó)家、地方、企業(yè)三級(jí)溫室氣體排放核算體系，實(shí)行重點(diǎn)企業(yè)報(bào)送溫室氣體排放和能源消費(fèi)數(shù)據(jù)制度。根據(jù)《通則》，工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算邊界為生產(chǎn)系統(tǒng)，包括燃料燃燒排放、過(guò)程排放、購(gòu)入的電力、熱力產(chǎn)生的排放，輸出的電力、熱力產(chǎn)生的排放等。

截至目前，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)公布了24個(gè)行業(yè)的溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南，覆蓋了發(fā)電、鋼鐵、水泥等重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)，其中11 個(gè)已轉(zhuǎn)化成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。與《通則》一致，《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求 第1 部分：發(fā)電企業(yè)》明確核算邊界為生產(chǎn)系統(tǒng)，包括化石燃料燃燒、脫硫過(guò)程、企業(yè)凈購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的二氧化碳排放[18] 。

為促進(jìn)全國(guó)碳排放交易，2021 年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《企業(yè)溫室氣體排放核算與報(bào)告指南 發(fā)電設(shè)施》，適用范圍由發(fā)電企業(yè)擴(kuò)展為發(fā)電設(shè)施，核算邊界界定為發(fā)電設(shè)施，包括化石燃料燃燒和購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的二氧化碳排放[19] 。根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（ 試行）》，核算邊界為所有生產(chǎn)場(chǎng)所和設(shè)施[20] ?？傮w上看，已發(fā)布的行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算標(biāo)準(zhǔn)或指南均重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)系統(tǒng)或生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放，根據(jù)核算與報(bào)告需求對(duì)核算邊界進(jìn)行調(diào)整。目前，我國(guó)基于生命周期的溫室氣體排放核算相關(guān)指南尚未出臺(tái)。

2. 2. 2 研究文獻(xiàn)

表1 為近年來(lái)文獻(xiàn)中核電生命周期溫室氣體排放核算邊界和核算結(jié)果。結(jié)合圖1 核電生命周期階段劃分，可以看出，核燃料循環(huán)前端的基礎(chǔ)工程建設(shè)、核電站建設(shè)和運(yùn)行階段的建材和能源消耗產(chǎn)生的碳排放是核算重點(diǎn)。文獻(xiàn)[11]從工程建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程出發(fā)，分別核算了鈾礦采冶、轉(zhuǎn)化濃縮及元件制造階段的建材、能源和化學(xué)品消耗產(chǎn)生的碳排放。文獻(xiàn)[9]和[12]將主要設(shè)備生產(chǎn)的碳排放納入核算范圍。部分文獻(xiàn)核算邊界包括乏燃料后處理、廢物處置和核電站退役階段。

由于國(guó)內(nèi)外研究普遍缺乏對(duì)以上階段工程建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行的材料和能源消耗數(shù)據(jù)，廢物處置、退役方案等影響核算結(jié)果且不確定性大，核燃料循環(huán)后端和核電站退役階段的碳排放核算值數(shù)據(jù)范圍很大，占生命周期碳排放比例差異明顯。此外，運(yùn)輸環(huán)節(jié)的溫室氣體排放均未納入統(tǒng)計(jì)范疇，這是因?yàn)楹巳剂夏茉磸?qiáng)度高，鈾礦石、濃縮物、燃料元件、乏燃料組件等物料的運(yùn)輸過(guò)程對(duì)核電生命周期溫室氣體排放的貢獻(xiàn)很低，根據(jù)“ 統(tǒng)計(jì)主要因素，忽略次要因素”原則，予以忽略[12] 。

生命周期較長(zhǎng)的碳排放核算需考慮時(shí)間邊界，包括建設(shè)期、運(yùn)行期和退役期[21] 。核電生命周期包括燃料周期和電廠周期，兩者時(shí)間邊界存在區(qū)別，具體表現(xiàn)為鈾礦廠、鈾濃縮廠、核電站、廢物處置廠等核設(shè)施的建設(shè)期和服務(wù)年限不同。已有研究多以核電廠設(shè)計(jì)壽命為時(shí)間邊界進(jìn)行生命周期溫室氣體排放核算，與核燃料循環(huán)設(shè)施運(yùn)行期缺乏區(qū)別，使得時(shí)間邊界具有模糊性，這將會(huì)影響到核算結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，核電廠設(shè)計(jì)壽命與實(shí)際運(yùn)行壽命存在明顯差異。如，國(guó)際上輕水堆核電站設(shè)計(jì)壽命為40 年，但實(shí)際運(yùn)行壽命可延長(zhǎng)到80 年左右[12] ，延長(zhǎng)服務(wù)期限會(huì)大幅降低單位發(fā)電量碳排放量。因此，需要根據(jù)主要階段核設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)行壽命確定時(shí)間邊界，以提高核算結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性。

2. 3 核算氣體類(lèi)型

根據(jù)《通則》，燃料燃燒排放僅核算CO2 排放量，鋼鐵產(chǎn)品等隱含碳排放主要核算CO2 排放量，水泥回轉(zhuǎn)窯等生產(chǎn)過(guò)程排放需核算CO2 、CH4 和N2 O 排放量，購(gòu)入的電力與熱力產(chǎn)生的排放需核算CO2 和SF6 排放量，廢棄物處理處置過(guò)程排放需核算CO2 和CH4 排放量。雖然《通則》指出特定產(chǎn)品及工藝環(huán)節(jié)應(yīng)核算CO2 以外的溫室氣體類(lèi)型，但是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)行業(yè)溫室氣體排放核算主要統(tǒng)計(jì)CO2 排放。例如，根據(jù)《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南 發(fā)電設(shè)施》（2021 年修訂版），發(fā)電設(shè)施溫室氣體排放核算僅統(tǒng)計(jì)CO2 排放，包括化石燃料燃燒和購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的CO2 排放。同樣，核電生命周期溫室氣體排放研究也主要關(guān)注CO2 排放，僅文獻(xiàn)[7] 對(duì)N2 O 納入核算范圍。

根據(jù)核電生命周期邊界分析，溫室氣體類(lèi)別主要涉及CO2 、CH4 和N2 O。其中，鈾礦開(kāi)采及礦后活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生甲烷逃逸排放[25] ;鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮及乏燃料后處理退役期間會(huì)消耗硝酸、液氮等化學(xué)試劑，其所產(chǎn)生的N2 O 量不可忽略，已有學(xué)者納入核算范圍[7] 。根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》，工業(yè)廢水厭氧處理 CH4 排放是核算重點(diǎn)[20] 。此外，已有研究表明，非放射性固體廢物和廢水處理溫室氣體排放核算中，CH4 和N2 O 是核算重點(diǎn)[26] 。按照100 年時(shí)間周期的全球增暖潛勢(shì)，CH4 和N2 O可分別轉(zhuǎn)化為25 和298 倍的CO2 當(dāng)量，增溫效果遠(yuǎn)高于CO2 。因此，核電生命周期溫室氣體排放核算中，應(yīng)核算CO2 、CH4 和N2 O 等多種溫室氣體，考慮多種溫室氣體類(lèi)型的綜合增溫效果。

2. 4 核算方法

根據(jù)《通則》，溫室氣體排放量核算主要有排放因子法、質(zhì)量平衡法和實(shí)測(cè)法。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)所發(fā)布的24 個(gè)行業(yè)的溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南中，溫室氣體排放量核算主要為排放因子法。例如，《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求 第1 部分：發(fā)電企業(yè)》《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》都采用排放因子法進(jìn)行核算。實(shí)測(cè)法基于排放源實(shí)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總得到碳排放量，分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和非現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。2020 年12 月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《全國(guó)碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》，明確采用實(shí)測(cè)法量化溫室氣體排放，指出“重點(diǎn)排放單位應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開(kāi)展化石燃料低位熱值和含碳量實(shí)測(cè)”。2021 年江蘇碳排放精準(zhǔn)計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電二氧化碳排放量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線核算?！渡鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)劃綱要（2020—2035 年）》提出遵循“核算為主、監(jiān)測(cè)為輔” 的原則，將溫室氣體監(jiān)測(cè)納入常規(guī)監(jiān)測(cè)體系統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，這為核算研究與實(shí)際監(jiān)測(cè)接軌提供了基礎(chǔ)。

生命周期評(píng)價(jià)方法包括過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)、投入產(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)和混合生命周期評(píng)價(jià)。目前，核電生命周期溫室氣體排放核算以經(jīng)典的過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)為主流方法，各階段碳排放核算以排放因子法應(yīng)用最為廣泛[12，27-28] 。排放因子法采用歸一排放標(biāo)準(zhǔn)分析模型，將材料和能源消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放量計(jì)算結(jié)果歸一化到單位發(fā)電量，即生產(chǎn)單位kWh 電量排放的溫室氣體，單位為g CO2，eq / （kW·h）。核電生命周期各階段材料和能源消耗水平及其排放因子是關(guān)鍵數(shù)據(jù)，也是碳排放核算結(jié)果誤差的主要來(lái)源?；谫|(zhì)量守恒法、能量守恒法的投入產(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)能夠區(qū)分各類(lèi)設(shè)施之間的差異?；谕度氘a(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)方法，Nian 等[24] 從能量投入產(chǎn)出和能量守恒角度出發(fā)，對(duì)核電溫室氣體排放進(jìn)行了核算，結(jié)果為22. 8 g CO2，eq / （kW·h），該值位于全球生命周期報(bào)告中位數(shù)的2. 5% 左右。Pomponi 和Hart[11]分別采用過(guò)程生命周期、投入產(chǎn)出生命周期和混合生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)歐洲壓水式反應(yīng)堆溫室氣體排放進(jìn)行核算。其中，投入產(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)法耦合了過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)和質(zhì)量平衡法，從碳元素質(zhì)量守恒以及投入產(chǎn)出過(guò)程出發(fā)進(jìn)行溫室氣體排放量核算。三種生命周期評(píng)價(jià)方法核算結(jié)果分別在16. 55 ～ 17. 69、18. 82 ～ 35. 15 和24. 61 ～32. 74 g CO2，eq / （kW·h）之間。由于各核算方法側(cè)重點(diǎn)不同，核算結(jié)果也不盡相同。因此，有必要綜合考慮核算對(duì)象特征、核算方法適用范圍以及數(shù)據(jù)可獲取性，選擇適宜的方法進(jìn)行核算，并對(duì)多種核算方法下的核算結(jié)果進(jìn)行比較分析，以提高核算結(jié)果的可靠性和可解釋性。

3 核電生命周期溫室氣體排放核算研究思路

3. 1 核算邊界

核算邊界包括空間和時(shí)間邊界。根據(jù)“統(tǒng)計(jì)主要因素，忽略次要因素”，核算邊界為核電生命周期主要階段，包括核燃料循環(huán)前端（鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮、燃料元件制造）和后端（乏燃料后處理、廢物處置），以及主要設(shè)備生產(chǎn)、核電站建設(shè)、運(yùn)行和退役階段的建材、能源和化學(xué)品消耗產(chǎn)生的直接或間接溫室氣體排放，不包括運(yùn)輸階段的溫室氣體排放。核燃料循環(huán)前端和后端的溫室氣體排放應(yīng)從工程建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行核算。為避免間接排放的邊界無(wú)限擴(kuò)大，綜合考慮核電廠、鈾礦廠、鈾濃縮廠等主要階段核設(shè)施的設(shè)計(jì)和運(yùn)行壽命，結(jié)合核燃料循環(huán)和電廠周期確定時(shí)間邊界。

3. 2 核算氣體類(lèi)型

根據(jù)核電生命周期邊界劃分，核算各階段CO2 排放量。此外，需結(jié)合各階段工藝過(guò)程和溫室氣體排放特征，核算部分階段所產(chǎn)生的CH4 和N2 O 排放量。其中，鈾礦開(kāi)采階段需考慮CH4 逃逸排放，應(yīng)核算CO2 和CH4 排放量;鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮及乏燃料后處理退役期間需考慮硝酸、液氮等大量化學(xué)試劑消耗，應(yīng)核算CO2 和N2 O 排放量;廢物處置階段需核算CO2 、CH4 和N2 O 排放量。綜合各階段不同種類(lèi)溫室氣體排放量及全球增暖潛勢(shì)，進(jìn)行核電生命周期溫室氣體排放量核算。

3. 3 核算方法

基于排放因子法的過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)是核電生命周期溫室氣體排放核算的主要方法。其中，基于材料和能源消耗的活動(dòng)數(shù)據(jù)和排放因子是核算關(guān)鍵。這種自下而上的分析方法適用于企業(yè)溫室氣體排放核算，需要通過(guò)實(shí)地調(diào)查、監(jiān)測(cè)或二手統(tǒng)計(jì)資料等途徑收集核電生命周期各階段的材料和能源投入。由于核電鏈工藝過(guò)程的復(fù)雜性，基于質(zhì)量守恒法、能量守恒法的投入產(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)更適用于核電生命周期某特定階段溫室氣體排放核算?；跍y(cè)算的核算結(jié)果之間、測(cè)算與實(shí)測(cè)結(jié)果之間進(jìn)行比較分析，相互驗(yàn)證并解釋不同核算結(jié)果之間的異同，以提高核算結(jié)果的準(zhǔn)確性和解釋性。

4 研究展望與啟示

4. 1 建立統(tǒng)一規(guī)范的核電生命周期溫室氣體排放核算體系

針對(duì)核電生命周期各階段溫室氣體排放特點(diǎn)，明確核算時(shí)間和空間邊界以及核算氣體類(lèi)型，結(jié)合過(guò)程生命周期評(píng)價(jià)法和投入產(chǎn)出生命周期評(píng)價(jià)法，盡快建立統(tǒng)一規(guī)范的核電生命周期溫室氣體排放核算體系。針對(duì)鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化濃縮、燃料元件制造、核電站建設(shè)運(yùn)行、乏燃料后處理、廢物處置等主要階段，根據(jù)核電主力堆型、數(shù)據(jù)可獲取性以及溫室氣體排放可計(jì)算性，優(yōu)選適用于各階段的核算方法，包括基于過(guò)程的排放因子法、基于投入產(chǎn)出的質(zhì)量（或能量） 平衡法以及實(shí)測(cè)法，細(xì)化各主要階段的溫室氣體排放核算體系。在此過(guò)程中，要避免間接排放的邊界無(wú)限放大，以免核算成本與難度顯著增加。

4. 2 開(kāi)展核電生命周期各階段溫室氣體排放影響因素研究

除核算邊界、核算氣體類(lèi)型和核算方法外，核電站主力堆型、運(yùn)行壽命、工藝過(guò)程、技術(shù)和能耗水平都會(huì)影響到溫室氣體排放核算結(jié)果。由于核電生命周期涉及多個(gè)階段，遵循“統(tǒng)計(jì)主要因素，忽略次要因素”原則，針對(duì)主要階段識(shí)別關(guān)鍵影響因素，提高各階段溫室氣體排放認(rèn)知的基礎(chǔ)上，提高核電生命周期核算結(jié)果的科學(xué)性和客觀性。

4. 3 加強(qiáng)核燃料循環(huán)后端和核電站退役階段的個(gè)案研究

部分文獻(xiàn)核算邊界包括乏燃料后處理、廢物處置和核電站退役階段。由于國(guó)內(nèi)外研究普遍缺乏對(duì)以上階段的材料和能源消耗數(shù)據(jù)，廢物處置、退役方案實(shí)行一事一議，學(xué)術(shù)界對(duì)核電退役溫室氣體排放核算仍存在爭(zhēng)議。目前，以上階段的溫室氣體排放核算以類(lèi)比法和估值法為主，核算值以及其占生命周期溫室氣體排放比例差異明顯。因此，亟需加強(qiáng)核燃料循環(huán)后端和核電站退役階段的個(gè)案研究，以建立統(tǒng)一規(guī)范的核電生命周期溫室氣體排放核算體系。

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