摘要：在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下(簡(jiǎn)稱(chēng)“雙碳”目標(biāo))，中國(guó)能源系統(tǒng)將繼續(xù)加快清潔低碳轉(zhuǎn)型。核能具有生產(chǎn)過(guò)程不排放溫室氣體、全壽期碳排放量小、能量密度高、無(wú)間歇性等優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)規(guī)模替代化石能源助力能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。通過(guò)梳理中國(guó)能源系統(tǒng)現(xiàn)狀和核能發(fā)展基礎(chǔ)，總結(jié)多方研究給出的能源發(fā)展目標(biāo)，分析核能在發(fā)電、制氫、區(qū)域供熱、海水淡化等領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，量化分解出階段性發(fā)展子目標(biāo)并匹配相應(yīng)技術(shù)路線(xiàn)，總結(jié)提出核能行業(yè)發(fā)展路徑，指出下一步工作重點(diǎn)為重塑核能在能源系統(tǒng)中的定位、堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、堅(jiān)持與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展等，提出并討論安全和公眾接受性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等需要關(guān)注問(wèn)題，為推動(dòng)核能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供政策建議。
(來(lái)源：微信公眾號(hào)“中國(guó)電力”作者：王海洋)
引言
近年來(lái)全球極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到氣候問(wèn)題帶來(lái)的災(zāi)難性影響，也認(rèn)識(shí)到減排溫室氣體、應(yīng)對(duì)氣候變化的重要性和緊迫性。2015年，《巴黎協(xié)定》提出21世紀(jì)末全球溫升控制目標(biāo);同年，“氣候行動(dòng)”“清潔能源”等被聯(lián)合國(guó)列入17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。當(dāng)前能源生產(chǎn)貢獻(xiàn)了全球一半以上的溫室氣體排放，能源行業(yè)減排任務(wù)更加繁重，“去碳化”成為主要發(fā)展方向。
2020年9月以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記向國(guó)際社會(huì)鄭重宣示中國(guó)碳達(dá)峰新目標(biāo)、碳中和新愿景和中國(guó)國(guó)家自主貢獻(xiàn)的一系列新舉措。中國(guó)作為全球最大的發(fā)展中國(guó)家、全球第二大經(jīng)濟(jì)體、最大的出口國(guó)與能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，努力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，是化被動(dòng)為主動(dòng)，彰顯大國(guó)責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)膽?zhàn)略選擇。
美國(guó)、歐洲碳排放量分別在2000年左右和20世紀(jì)90年代初先后達(dá)峰，隨后維持平穩(wěn)波動(dòng)并呈緩慢下降趨勢(shì)，至2018年兩者二氧化碳排放量分別相當(dāng)峰值時(shí)期的約88%和63%[1]，他們均設(shè)定在2050年左右實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。從碳達(dá)峰到碳中和，美歐有50年以上的過(guò)渡期，而中國(guó)只有30年，目前距離碳達(dá)峰目標(biāo)已不足10年。中國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于中高速發(fā)展階段，還未完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化目標(biāo)，人口數(shù)量和能源消費(fèi)總量還在增長(zhǎng)，按期實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)和碳排放“雙達(dá)峰”是巨大挑戰(zhàn)。
數(shù)年來(lái)世界各國(guó)研究和實(shí)踐均證明，要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型，核能必不可少。其生產(chǎn)過(guò)程中不排放溫室氣體，全壽期碳排放量小，同時(shí)具有能量密度高、無(wú)間歇性、占地面積小、受自然條件約束少等優(yōu)點(diǎn)[2]。在雙碳目標(biāo)下，核能在發(fā)電、制氫、區(qū)域供熱、海水淡化等領(lǐng)域?qū)⒂懈喟l(fā)展機(jī)遇。下文將通過(guò)量化分析，總結(jié)提出核能發(fā)展路徑及有關(guān)建議，為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展政策制定提供參考。
1 “雙碳”目標(biāo)下中國(guó)能源發(fā)展目標(biāo)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，能源生產(chǎn)和消費(fèi)是二氧化碳排放的主要來(lái)源，貢獻(xiàn)了約70%的二氧化碳排放，其中煤炭和油氣消費(fèi)是主要來(lái)源[3-4]。
黨的十八大以來(lái)，中國(guó)加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，非化石能源在一次能源消費(fèi)中占比從2012年的約9%提高至2019年的15%，同期核能占比由0.8%提高到約2.2%[5]。2019年，中國(guó)碳排放強(qiáng)度比2005年下降48.1%，提前超額完成對(duì)外承諾目標(biāo)[6]。
2020年9月，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布中國(guó)的“雙碳”目標(biāo);12月，他在氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布，到2030年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)12億kW以上。
在雙碳目標(biāo)提出以后，多個(gè)專(zhuān)家和機(jī)構(gòu)以經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型等方面條件為約束，分析給出至2060年中國(guó)能源發(fā)展的若干階段性目標(biāo)(見(jiàn)表1)。
可以看出，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)過(guò)程中，中國(guó)能源結(jié)構(gòu)或?qū)⒃谝粋€(gè)較短的時(shí)期內(nèi)快速調(diào)整，碳排放和能源消費(fèi)先后“雙達(dá)峰”再逐步加速下降，電力消費(fèi)占比和非化石能源占比將不斷提升，對(duì)化石能源的依賴(lài)度將較快下降，這意味著非化石能源進(jìn)入快速發(fā)展機(jī)遇期。預(yù)計(jì)在低碳能源替代、區(qū)域多能互補(bǔ)、低碳能源多元化利用等方面將有更多發(fā)展機(jī)會(huì)。
2 中國(guó)核能行業(yè)發(fā)展機(jī)遇和目標(biāo)分析
人類(lèi)對(duì)核能的和平利用始于發(fā)電，這也是現(xiàn)今最主要的核能利用形式。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)有關(guān)報(bào)告分析，即使從全壽命周期來(lái)看，核能單位發(fā)電量的溫室氣體排放也是最小的[13](圖1)。
從能源效率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，能量梯級(jí)利用是更為高效的一種方式。2019年，全球共有79座核反應(yīng)堆(其中部分為多功能)用于海水淡化(10臺(tái))、區(qū)域供熱(56臺(tái))和工藝供熱(32臺(tái))，累計(jì)有750個(gè)反應(yīng)堆年的安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[14]。
隨著技術(shù)的發(fā)展，尤其是第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的逐漸成熟和應(yīng)用，核能更將超脫出僅僅提供電力的角色，在核能制氫、區(qū)域供熱、海水淡化等多種非電綜合利用領(lǐng)域發(fā)揮功能，起到減排降碳、確保能源安全的重要作用(見(jiàn)圖2)。
數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[15]
《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系作為中國(guó)“十四五”階段重點(diǎn)任務(wù)，“安全穩(wěn)妥推動(dòng)沿海核電建設(shè)”“非化石能源占能源消費(fèi)總量比重提高到20%左右”，“積極有序推進(jìn)沿海三代核電建設(shè)。推動(dòng)模塊式小型堆、60萬(wàn)kW級(jí)商用高溫氣冷堆、海上浮動(dòng)式核動(dòng)力平臺(tái)等先進(jìn)堆型示范……開(kāi)展山東海陽(yáng)等核能綜合利用示范”。這為中國(guó)核能行業(yè)近中期發(fā)展指明了方向。
2.1 發(fā)電
截至2021年一季度末，全球在運(yùn)行核電機(jī)組444臺(tái)，裝機(jī)容量3.94億kW;在建核電機(jī)組53臺(tái)，裝機(jī)容量0.57億kW。2019年全球核能發(fā)電量占比約10.4%，在非化石能源中發(fā)電量占比約27.8%[5]。在經(jīng)濟(jì)總量排名靠前國(guó)家中，發(fā)達(dá)國(guó)家核能占一次能源消費(fèi)比例多年保持在4%~9%(見(jiàn)圖3，除法國(guó)占比高達(dá)約40%，德國(guó)決定棄核后核能占比明顯下降，日本受福島核事故影響核能占比下降以外)。截至2018年，這些國(guó)家的核電發(fā)電量占非化石能源發(fā)電量比例高達(dá)34%~52%[16]。
法國(guó)核電能耗占比多年保持在40%左右，不再在圖中展示。
雖然近十幾年來(lái)以風(fēng)電、光伏為代表的新能源快速發(fā)展，同時(shí)受2011年福島核事故影響，部分國(guó)家調(diào)整了核電政策，但統(tǒng)計(jì)表明，除中國(guó)外，福島核事故前后年均開(kāi)工新建核電機(jī)組數(shù)量相差甚微，可見(jiàn)其受重視程度并未減弱[17]。目前，全球有19個(gè)國(guó)家正在新建核電機(jī)組，約有30個(gè)國(guó)家正在考慮、計(jì)劃或啟動(dòng)核能項(xiàng)目，另有約20個(gè)國(guó)家在某種程度上表達(dá)了意愿[18]。
截至2021年一季度末，中國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組49臺(tái)，裝機(jī)容量約5100萬(wàn)kW;核準(zhǔn)在建核電機(jī)組17臺(tái)，裝機(jī)容量近2000萬(wàn)kW，在運(yùn)、在建機(jī)組數(shù)量分別居世界第三和第一。雖然近年來(lái)中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快，但根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)核能一次能源消費(fèi)占比僅約2%，發(fā)電量占比約4.7%，發(fā)電量在非化石能源中占比約14%，均遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家和世界平均水平，未來(lái)發(fā)展空間很大。
按照表1給出目標(biāo)，2030年，中國(guó)一次能源需求總量達(dá)峰，約55億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中非化石能源占比25%，約14億t標(biāo)煤，電力需求11萬(wàn)億~13萬(wàn)億kW·h。2050年，一次能源需求總量有所下降，電力需求和非化石能源需求仍將保持增長(zhǎng)，這意味著電力結(jié)構(gòu)需持續(xù)優(yōu)化;按一次能源消費(fèi)總量45億t標(biāo)煤計(jì)算，其中非化石能源消費(fèi)約31.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，電力需求超過(guò)16萬(wàn)億kW·h。
保守假設(shè)2030、2050年核電發(fā)電量占總發(fā)電量比例分別為8%、20%(分別接近目前全球核電發(fā)電量平均占比和達(dá)到有核電發(fā)達(dá)國(guó)家的核電占比水平，見(jiàn)圖4)，即分別為0.96萬(wàn)億和3.20萬(wàn)億kW·h，保守按照年利用小時(shí)數(shù)7800 h計(jì)算，裝機(jī)規(guī)模分別達(dá)約1.23億和4.10億kW。按照典型三代自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核電機(jī)型華龍一號(hào)、國(guó)和一號(hào)單臺(tái)功率分別為120萬(wàn)kW、150萬(wàn)kW，核電建設(shè)周期為5年考慮，2020—2025年、2026—2045年分別年均開(kāi)工建設(shè)7~8臺(tái)、10~12臺(tái)百萬(wàn)kW級(jí)三代壓水堆機(jī)組。
考慮到核電發(fā)展現(xiàn)狀及各方面基礎(chǔ)條件，設(shè)定目標(biāo)是較為現(xiàn)實(shí)的，以中國(guó)現(xiàn)有能力完全可以實(shí)現(xiàn)。此外，未來(lái)高溫氣冷堆、鈉冷快堆、模塊式小堆等先進(jìn)核能技術(shù)與非電應(yīng)用將逐步成熟商用，核能規(guī)模提升仍有潛力。
2.2 制氫
氫能是具有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉矗瑫r(shí)還是鋼鐵、化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要原料或還原劑。全球多個(gè)國(guó)家，特別是美國(guó)、日本、法國(guó)、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，已制定氫能發(fā)展計(jì)劃并開(kāi)展有關(guān)工作。
根據(jù)氫能行業(yè)有關(guān)研究報(bào)告，2018年，中國(guó)氫氣產(chǎn)量約2100萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2030年氫氣需求將達(dá)到3500萬(wàn)t，2050年接近6000萬(wàn)t，主要用于交通運(yùn)輸、工業(yè)領(lǐng)域、建筑及其他領(lǐng)域。中國(guó)政府部門(mén)已于2020年出臺(tái)有關(guān)文件提出加快新能源發(fā)展，加快制氫加氫設(shè)施建設(shè)。目前，已有一批制氫和產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)一體化產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目獲批[19]。
在雙碳目標(biāo)約束下，低碳、零碳制氫工藝成為關(guān)注焦點(diǎn)。核能制氫主要可采用傳統(tǒng)電解水工藝、高溫蒸汽電解制氫和硫碘循環(huán)工藝制氫3類(lèi)，有關(guān)研究最早始于20世紀(jì)60年代。采用傳統(tǒng)電解水工藝只需要核電廠(chǎng)所產(chǎn)生的電，要與現(xiàn)有成熟技術(shù)抗衡，電力成本應(yīng)足夠低。高溫蒸汽電解通過(guò)固體氧化物電解池，在至少600 ℃高溫下制氫，比低溫工藝耗能更少、效率更高(超過(guò)40%)[20];高溫氣冷堆出口溫度800~950 ℃，恰好具備這樣同時(shí)供電、供高溫蒸汽的能力，具有較好的發(fā)展前景。硫碘循環(huán)工藝也屬于熱化學(xué)工藝，該工藝流程需要硫酸、氫碘酸、碘以及這些物料的混合物參與，對(duì)材料抗腐蝕性能要求很高，其中硫酸在400 ℃下沸騰蒸發(fā)是腐蝕最嚴(yán)重的工藝步驟;考慮到材料耐久性問(wèn)題，該工藝尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
以高溫氣冷堆為例，經(jīng)估算，一臺(tái)60萬(wàn)kW高溫氣冷堆機(jī)組可滿(mǎn)足180萬(wàn)t鋼產(chǎn)能對(duì)氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，對(duì)應(yīng)于每年可減少能源消費(fèi)約100萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排約300萬(wàn)t二氧化碳。目前，位于山東石島灣的高溫氣冷堆示范電站即將裝料，計(jì)劃2021年底投入商業(yè)運(yùn)行;60萬(wàn)kW高溫堆項(xiàng)目正在積極推進(jìn)。
根據(jù)前文所述預(yù)測(cè)目標(biāo)，保守假設(shè)2030、2050年分別有4%、10%(即同年核電發(fā)電量占比的一半)制氫產(chǎn)能由核能提供，按照某核能制氫示范裝置效率計(jì)算，相當(dāng)于分別約750萬(wàn)kW和3200萬(wàn)kW熱功率。相比于煤制氫，減少二氧化碳排放分別達(dá)0.15億t/年和0.60億t/年。
2.3 區(qū)域供熱
核能區(qū)域供熱是十分具有發(fā)展前景的方向。全球許多國(guó)家，特別是歐洲國(guó)家已有約50年商業(yè)化的居民核能供熱實(shí)踐。早在1954年，前蘇聯(lián)應(yīng)用熱功率為10 MW的實(shí)驗(yàn)供熱堆型，發(fā)展了核能供熱技術(shù);隨后幾十年間，以前蘇聯(lián)為代表的一批歐洲國(guó)家陸續(xù)將運(yùn)行的商用核反應(yīng)堆用于供熱[21]。
國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年，中國(guó)城市集中供熱面積92.51億m2，比2011年幾乎翻一番，2012—2019供熱面積年均增速超過(guò)8%，供熱總量也在以超過(guò)4%的年增速增長(zhǎng)。隨著中國(guó)鄉(xiāng)村振興與新型城鎮(zhèn)化建設(shè)推進(jìn)，還會(huì)有更多集中供熱需求。
2017年印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017—2021年)》提出，到2021年北方地區(qū)清潔取暖率達(dá)到70%;對(duì)“2+26”重點(diǎn)城市，2021年城區(qū)全部實(shí)現(xiàn)清潔取暖，縣城和城鄉(xiāng)結(jié)合部清潔取暖率達(dá)到80%以上，農(nóng)村地區(qū)清潔取暖率60%以上;研究探索核能供熱，推動(dòng)現(xiàn)役核電機(jī)組向周邊供熱，安全發(fā)展低溫泳池堆供暖示范。
中國(guó)于1959年開(kāi)始建造49-2泳池式輕水反應(yīng)堆;1989年，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)出熱功率5 MW的供熱堆型NHR-5，采用“一體化全功率自然循環(huán)”模式，具有固有安全性。近年來(lái)，清華大學(xué)、中核集團(tuán)等單位又分別開(kāi)發(fā)出NHR200-II低溫供熱堆、“燕龍”泳池式低溫供熱堆等堆型，為核能供熱技術(shù)推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。2019年11月，山東海陽(yáng)核能供熱項(xiàng)目首次正式商用，抽取少量AP1000機(jī)組常規(guī)島蒸汽為70萬(wàn)m2住宅供熱。“開(kāi)展山東海陽(yáng)等核能綜合利用示范”也被寫(xiě)入“十四五”規(guī)劃綱要。隨著后續(xù)項(xiàng)目建成，最終海陽(yáng)核電站可達(dá)到超過(guò)2億m2的供熱能力，供熱半徑達(dá)100 km，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約662萬(wàn)t。
在中國(guó)北方的核電基地中，海陽(yáng)核電、石島灣核電、紅沿河核電、徐大堡核電等均已(考慮)實(shí)施熱電聯(lián)供，進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造或設(shè)計(jì)，有望于2030年全部實(shí)施區(qū)域供熱，至2050年具備條件的核電基地均可進(jìn)行熱電聯(lián)供;對(duì)于小型低溫供熱堆各類(lèi)機(jī)型，可待項(xiàng)目成熟后盡快示范、商業(yè)推廣，十四五期間先行示范2~4個(gè)機(jī)型，此后逐步推廣。
當(dāng)前中國(guó)北方地區(qū)城鄉(xiāng)供熱面積總計(jì)約200億m2，保守假設(shè)2030、2050年分別有4%、10%供熱需求由核能提供，按照供熱量50 W/m2測(cè)算，分別相當(dāng)于0.4億kW和1億kW供熱功率。相比燃煤鍋爐供熱，分別減少二氧化碳排放約0.7億和1.7億t/年。
2.4 海水淡化
淡水資源不足是全球很多地區(qū)面臨的問(wèn)題。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，全球約20%人口無(wú)法獲得安全飲用水，而且這一比例還在增加。根據(jù)世界銀行測(cè)算，到2025年，將有超過(guò)10億人生活在缺水地區(qū)。根據(jù)中國(guó)水利部數(shù)據(jù)，2030年中國(guó)人均水資源量預(yù)計(jì)僅有1750m3;在充分考慮節(jié)水情況下，用水總量為7000億~8000億m3，要求供水能力比當(dāng)前增長(zhǎng)1300億~2300億m3。
考慮到海水資源量巨大，成本低廉，將海水淡化使用極具發(fā)展?jié)摿?。目前，大多?shù)海水淡化工藝使用化石燃料，因此也產(chǎn)生了大量碳排放。而利用核能淡化海水，占地少、水質(zhì)好、供給穩(wěn)定。前蘇聯(lián)于1973年開(kāi)始，利用核能技術(shù)(快增殖反應(yīng)堆)進(jìn)行海水淡化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益上皆可行。20世紀(jì)90年代以來(lái)，核能應(yīng)用于海水淡化技術(shù)得到了國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)和世界許多國(guó)家的廣泛重視。
目前較成熟方案是依托大型核電機(jī)組建設(shè)海水淡化廠(chǎng)，該方案已在中國(guó)紅沿河、寧德、三門(mén)、海陽(yáng)等多座核電廠(chǎng)采用;也可直接建設(shè)低溫供熱堆用于海水淡化，相關(guān)技術(shù)方案正在研究中。以紅沿河核電海水淡化廠(chǎng)為例，最大產(chǎn)水規(guī)模1.5萬(wàn)t/天，正常情況下1.3萬(wàn)t/天，該技術(shù)較為成熟，在許多地區(qū)具備進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能和商業(yè)化推廣的條件。
此外，隨著中國(guó)海防建設(shè)的需要，如何解決海島供水安全問(wèn)題已迫在眉睫。中國(guó)存在資源性缺水問(wèn)題的海島約占全國(guó)海島總數(shù)的91%，大多遠(yuǎn)離大陸、分散偏僻，無(wú)法引水，面積較小(500 m2~5km2的海島約占中國(guó)海島總數(shù)的98%)，開(kāi)發(fā)本地水資源的能力有限。淡水資源保障是中國(guó)大力發(fā)展海洋科技的后盾，鑒于此，對(duì)濱海核電海水淡化廠(chǎng)、浮動(dòng)堆海水淡化的需求預(yù)計(jì)將持續(xù)增加。
在國(guó)內(nèi)外一些海島地區(qū)，已有海上浮動(dòng)核電站的應(yīng)用實(shí)例。2020年5月，俄羅斯建成世界首座浮動(dòng)核電站“羅蒙諾索夫院士”并投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，由一艘駁船搭載2臺(tái)35 MW的KLT-40C核反應(yīng)堆，為其北極海岸的楚科特卡地區(qū)城市提供能源和淡水。
根據(jù)上文對(duì)用水能力增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)目標(biāo)，綜合考慮2050年人口變化、人均用水量增加和節(jié)水技術(shù)進(jìn)步多重因素作用，保守假設(shè)2030、2050年中國(guó)需水量分別為1300億和2300億m3，核能海水淡化占比分別為4%、10%(即同年核電發(fā)電量占比的一半)，按能耗4kW·h/m3測(cè)算，即2030、2050年新增核能淡化能力分別為52億和230億m3，相當(dāng)于270萬(wàn)kW和1180萬(wàn)kW核電裝機(jī)，分別減少二氧化碳排放約0.17億和0.74億t/年。
3 核能行業(yè)發(fā)展路徑及有關(guān)問(wèn)題建議
3.1 雙碳目標(biāo)下核能行業(yè)發(fā)展路徑
在雙碳目標(biāo)約束下，結(jié)合中國(guó)核能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和有關(guān)規(guī)劃、政策，本文梳理出未來(lái)核能技術(shù)較為具有發(fā)展前景的方向，并盡可能分階段給出量化目標(biāo)，見(jiàn)表2。
為抓住機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)新一輪高質(zhì)量發(fā)展，核能行業(yè)要堅(jiān)持以安全為前提，扎實(shí)推進(jìn)以下工作。
(1)要重塑核能在能源系統(tǒng)中的定位。在能源系統(tǒng)清潔轉(zhuǎn)型過(guò)程中，各類(lèi)能源品種的地位和作用都將轉(zhuǎn)化。核能一方面要擴(kuò)大電力占比，替代高碳排放能源品種承擔(dān)基荷角色，主動(dòng)與風(fēng)、光、蓄等能源品種互為補(bǔ)充、相互支撐;另一方面要積極改變自身，技術(shù)向著靈活化、智慧化方向發(fā)展，通過(guò)大中小裝機(jī)配合，地上、地下、水面等多重空間布局，抓住機(jī)會(huì)開(kāi)拓制氫、供熱等核能綜合利用領(lǐng)域市場(chǎng)，確立核能在清潔能源替代中的突出位置。
(2)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。雖然幾十年來(lái)，中國(guó)核能行業(yè)從小到大、從弱到強(qiáng)，積累了大量發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，取得了一定成績(jī)，但要在新的能源體系中發(fā)揮好作用，還需要不斷開(kāi)展科研創(chuàng)新，牢牢掌握核心技術(shù)。美國(guó)自20世紀(jì)80年代起，很少建設(shè)新的核電項(xiàng)目，但一直未停止新技術(shù)研發(fā)，始終保持強(qiáng)大的基礎(chǔ)研究能力。美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)值得學(xué)習(xí)，要進(jìn)一步優(yōu)化自主品牌核電技術(shù)的設(shè)計(jì)，提高經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)、核心部件和基礎(chǔ)材料仍需加大攻關(guān);小型堆研發(fā)要盡快走出“大堆小型化”的局限，探索實(shí)現(xiàn)固有安全、高度智能、極度簡(jiǎn)化、工廠(chǎng)預(yù)制、模塊配置等特性;對(duì)于第四代各種堆型應(yīng)分層次開(kāi)展研發(fā)示范工作，形成梯次推進(jìn)的技術(shù)布局;面向長(zhǎng)遠(yuǎn)，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性科技創(chuàng)新的投入，形成持續(xù)、穩(wěn)定的投入機(jī)制[17]。
(3)堅(jiān)持全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同推進(jìn)，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。核能行業(yè)在新領(lǐng)域探索發(fā)展過(guò)程中要充分考慮到扶植培育整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，打下扎實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)，營(yíng)造良好的市場(chǎng)環(huán)境，避免諸如核電越建越貴、關(guān)鍵技術(shù)部件受制于人的被動(dòng)局面。貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”五大發(fā)展理念，讓核能成為經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢(shì)，對(duì)社會(huì)有助益，發(fā)展成果可共享的綠色產(chǎn)業(yè)。同時(shí)要把握“雙循環(huán)”新發(fā)展格局，在全球新一輪核能發(fā)展中占據(jù)主動(dòng)地位。
3.2 需要關(guān)注問(wèn)題和建議
(1)安全和公眾接受性問(wèn)題。核安全是國(guó)家安全的重要組成部分，安全是核能行業(yè)發(fā)展的前提和生命線(xiàn)。2011年日本福島核事故發(fā)生后，世界各國(guó)汲取事故教訓(xùn)，積極采取措施提升安全性，重建發(fā)展信心。隨著中國(guó)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代，黨和國(guó)家對(duì)確保核安全的要求更嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)更高，人民群眾對(duì)核安全的關(guān)注更多、期待更高。只有解決安全性問(wèn)題，公眾對(duì)核能的接受度才能提高，行業(yè)發(fā)展才有更大空間。因此，面向雙碳目標(biāo)，核能行業(yè)要在可能影響安全與公眾接受性的環(huán)節(jié)下大力氣，為規(guī)模發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
(2)核能經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。據(jù)國(guó)際可再生能源際署統(tǒng)計(jì)，2010年以來(lái)，太陽(yáng)能光伏、聚光太陽(yáng)能電池儲(chǔ)能、陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電等新能源技術(shù)成本分別下降82%、47%、71%、38%和29%[22]，在三代核電安全性要求提高、新建項(xiàng)目成本不斷攀升的背景下，核能技術(shù)發(fā)展壓力很大。以核能制氫技術(shù)為例，現(xiàn)有技術(shù)電解1 m3氫氣需要5 kW·h電能，未來(lái)可以下降到2.8 kW·h;當(dāng)用電成本下降到0.15元/(kW·h)以下時(shí)，電解水制氫成本可以和既有供氫技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)[23]。目前國(guó)內(nèi)核電上網(wǎng)電價(jià)大多在0.4元/(kW·h)以上，因此如何通過(guò)技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新降低核電成本，成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
(3)在未來(lái)能源體系中的靈活性問(wèn)題。中國(guó)資源稟賦和用能負(fù)荷不均衡，加之新能源的時(shí)空不匹配，預(yù)計(jì)下一步新能源的波動(dòng)性和間歇性將給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)巨大影響。此外，根據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院預(yù)測(cè)，在用戶(hù)端將更加明顯地呈現(xiàn)夏季、冬日負(fù)荷“雙峰”特點(diǎn)。在傳統(tǒng)情況下，核電一般以帶基荷運(yùn)行為主，不參與電網(wǎng)調(diào)峰[24];在新的發(fā)展階段，核電靈活性不足問(wèn)題將顯現(xiàn)，或面臨更頻繁的調(diào)峰壓力。根據(jù)有關(guān)研究，隨著核電參與調(diào)峰深度的加深，電力系統(tǒng)運(yùn)行成本和單位發(fā)電量成本都將較顯著提高。廣泛開(kāi)發(fā)核能多功能利用或配備儲(chǔ)能，對(duì)于彌補(bǔ)核能調(diào)峰深度受限問(wèn)題、增加核能系統(tǒng)靈活性意義重大，還可能避免因大型核電機(jī)組頻繁參與調(diào)峰帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性和安全性挑戰(zhàn)。當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄能較為成熟，相比于化學(xué)儲(chǔ)能大多在0.6~0.8元/(kW·h)的度電成本，抽水蓄能度電成本較低(0.21~0.25元/(kW·h))[25]。下一步，探索核能參與“多能互補(bǔ)”電源基地，加強(qiáng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)[26]，是重要研究方向。
4 結(jié)語(yǔ)
在“雙碳”目標(biāo)下，中國(guó)能源系統(tǒng)將向著多元清潔方向發(fā)展。核能作為典型低碳能源品種，可在未來(lái)能源體系中超脫出僅僅提供電力的角色，助力能源清潔低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。本文結(jié)合中國(guó)能源系統(tǒng)現(xiàn)狀和核能發(fā)展基礎(chǔ)，分析核能在發(fā)電、制氫、區(qū)域供熱、海水淡化等領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，總結(jié)提出行業(yè)發(fā)展路徑，指出下一步核能行業(yè)工作重點(diǎn)為重塑其在能源系統(tǒng)中的定位、堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、堅(jiān)持與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展，同時(shí)應(yīng)關(guān)注安全和公眾接受性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等重要問(wèn)題，為有關(guān)政策制定提供參考。
評(píng)論