碳中和背景下核能低碳經(jīng)濟(jì)得到重視

□李林蔚 孫小凱 袁 帥

2021年以來(lái)，多國(guó)核工業(yè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布《核能對(duì)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的貢獻(xiàn)》強(qiáng)調(diào)核能為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)作出的貢獻(xiàn)。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的新版《核技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)》、經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)向二十國(guó)集團(tuán)提交的《碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的核能》報(bào)告、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)最新版《國(guó)際核電狀況與前景》報(bào)告、世界核協(xié)會(huì)最新《世界核電廠運(yùn)行報(bào)告》及法國(guó)電網(wǎng)公司《未來(lái)能源2050》研究都呼吁發(fā)展核能。

一、核能在減少二氧化碳排放方面發(fā)揮關(guān)鍵性作用

聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)發(fā)布新版《核技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)》，指出核能是低碳電力和熱力的重要來(lái)源，有助于實(shí)現(xiàn)碳中和、緩解氣候變化。核電在避免二氧化碳排放、實(shí)現(xiàn)碳中和方面能夠發(fā)揮重要作用，如果將核能排除在外，2015年《巴黎協(xié)定》中設(shè)定的氣候目標(biāo)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在過(guò)去的50年間，核電使全球碳排放量減少了74Gt，相當(dāng)于減少了近兩年的全球與能源相關(guān)的碳排放量。核電在減少碳排放量方面的作用僅次于水電。目前，核電占?xì)W洲經(jīng)委會(huì)成員國(guó)總發(fā)電量的20%，占低碳發(fā)電量的43%。核能為經(jīng)委會(huì)許多國(guó)家提供低碳電力，目前有20個(gè)成員國(guó)擁有在運(yùn)核電機(jī)組，15個(gè)成員國(guó)正在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)新的核電機(jī)組，7個(gè)成員國(guó)正在制定首個(gè)核電建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃。許多成員國(guó)已明確表示，核能將在未來(lái)減少本國(guó)碳排放方面發(fā)揮重要作用。核電是所有發(fā)電技術(shù)中對(duì)環(huán)境影響最小的一種，其對(duì)環(huán)境的影響遠(yuǎn)低于化石燃料。

經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)(OECD/NEA)強(qiáng)調(diào)核能低碳作用。2021年9月23日，經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)向二十國(guó)集團(tuán)提交了《碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的核能》報(bào)告。核能是有競(jìng)爭(zhēng)力的、可靠且可持續(xù)的能源，在許多國(guó)家發(fā)揮了重要作用。在取代煤炭和天然氣發(fā)電方面，核電的碳減排量最高，約是水電的2倍，太陽(yáng)能發(fā)電的3倍(如圖1所示)。報(bào)告強(qiáng)調(diào)，在脫碳方面，核電在未來(lái)幾十年內(nèi)將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

圖1 每年每百萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量帶來(lái)碳減排量

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)最新版《國(guó)際核電狀況與前景》報(bào)告強(qiáng)調(diào)核能在緩解氣候變化中的作用，預(yù)測(cè)高情景下，到2050年，新建核電達(dá)到50,000萬(wàn)千瓦，核電裝機(jī)容量將增加到71,500萬(wàn)千瓦。

二、核能將降低綠色低碳轉(zhuǎn)型成本

10月25日，法國(guó)電網(wǎng)公司的研究成果《未來(lái)能源2050》，分析研究了法國(guó)2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的6種主要方案，其中，最佳解決方案及成本最低是在2050年之前新建14座EPR2反應(yīng)堆并適當(dāng)新建相當(dāng)容量的小型核反應(yīng)堆，同時(shí)加大對(duì)可再生能源的投資。根據(jù)分析結(jié)果，即使新建核電站的平均發(fā)電成本高于可再生能源，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，至少40GW核電站的方案比100%可再生能源方案更能降低成本。隨著核電裝機(jī)容量增加，總成本有所降低，而且用于運(yùn)輸、配送可再生能源的彈性成本會(huì)降低。

圖2 碳中和目標(biāo)下不同轉(zhuǎn)型方案年化成本

三、核能多用途利用在碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重要作用

作為碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的組成部分，核能在未來(lái)低碳能源系統(tǒng)中的作用并不局限于基荷電力。核能還可用于制氫、工業(yè)供熱、區(qū)域供暖、海水淡化、合成燃料和化工產(chǎn)品生產(chǎn)、冷卻和制冷以及熱電聯(lián)產(chǎn)。

《碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的核能》中指出，核能多用途利用能推動(dòng)相關(guān)行業(yè)脫碳，而且具有一定的經(jīng)濟(jì)性，如核電廠與氫電解槽耦合能夠以高容量因子運(yùn)行，從而提升低碳?xì)涞某杀靖?jìng)爭(zhēng)力。但是，各國(guó)在制訂核相關(guān)政策時(shí)經(jīng)常會(huì)忽視核能多用途利用，制訂脫碳政策時(shí)必須將核能的高溫非電力應(yīng)用(如核能制氫)和低溫非電力應(yīng)用(如為石油冶煉和鋼鐵制造等工業(yè)供熱)納入考慮范疇。建議支持核熱電聯(lián)產(chǎn)示范工程，優(yōu)先發(fā)展核能制氫，將核能在電力以外的應(yīng)用納入脫碳途徑。

四、發(fā)展核能是降低化石能源依賴、與可再生能源協(xié)同的客觀需求

COP26會(huì)議宣布新的全球清潔能源轉(zhuǎn)型聲明，承諾主要經(jīng)濟(jì)體到2030年，其他國(guó)家到2040年結(jié)束煤炭投資、擴(kuò)大清潔能源規(guī)模、實(shí)現(xiàn)公正轉(zhuǎn)型并逐步淘汰煤炭。

《國(guó)際核電狀況與前景》認(rèn)為核電在供應(yīng)安全、可靠性和可預(yù)測(cè)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。2021年2月的北美大停電表明了擁有彈性能源系統(tǒng)的重要性。由于全球變暖，發(fā)生極端天氣事件的頻率會(huì)增加，強(qiáng)度也會(huì)越來(lái)越大。核電廠的設(shè)計(jì)可以在極端天氣條件下安全有效地運(yùn)行，造成的發(fā)電損失相對(duì)有限?！妒澜绾穗姀S運(yùn)行報(bào)告》指出，核電能夠提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而推進(jìn)太陽(yáng)能和風(fēng)能等間歇性可再生能源的部署。法國(guó)《未來(lái)能源2050》也表明核能與可再生能源協(xié)同的能源體系能夠最有效實(shí)現(xiàn)碳中和，50%核能與50%可再生能源組合的方案的彈性成本相對(duì)較低。

五、融資影響核能未來(lái)地位

所有報(bào)告都提出，融資是影響核能未來(lái)發(fā)展最大的因素。作為高度資本密集型項(xiàng)目，新建核電所需資金量大，受利率變化、建設(shè)工期以及其他一些不確定因素影響。

法國(guó)《未來(lái)能源2050》強(qiáng)調(diào)，控制電力系統(tǒng)的全部成本，基本上直接取決于投資融資的條件。新建核反應(yīng)堆是具有資本密集度高、建造時(shí)間長(zhǎng)和使用壽命長(zhǎng)的資產(chǎn)。近年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)表明，如果沒(méi)有強(qiáng)有力的公共支持，無(wú)論是以差價(jià)合同還是直接公共投資的形式，反應(yīng)堆都無(wú)法發(fā)展。只要核能受益于與其他低碳技術(shù)一致的融資條件，其經(jīng)濟(jì)性就能得到保證。因此，核能競(jìng)爭(zhēng)力在很大程度上取決于其融資成本。不利的融資條件，例如缺乏公共支持或難以獲得歐洲資金將增加核能生產(chǎn)的總體成本，從而對(duì)電力系統(tǒng)的總成本產(chǎn)生影響。如果新核能的融資成本高于可再生能源的3%，則新反應(yīng)堆方案的成本將等同于“100%可再生能源”方案。

《碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的核能》呼吁出臺(tái)具體的扶持政策幫助新建核電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)低成本融資，將核能納入可持續(xù)融資倡議。

六、小堆得到關(guān)注

小堆前期投入相比大堆低，預(yù)計(jì)在未來(lái)十年的成功示范將吸引更多國(guó)家。小型模塊化反應(yīng)堆目前大多數(shù)正在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，可以利用體積小的優(yōu)勢(shì)，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。微堆由于其靈活性，未來(lái)可能會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。私人投資對(duì)小堆技術(shù)的開(kāi)發(fā)、示范和部署越來(lái)越感興趣。

小型模塊堆的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力體現(xiàn)在高度模塊化，降低建設(shè)成本和縮短建設(shè)工期，以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。小堆技術(shù)仍需要滿足幾個(gè)條件以達(dá)到商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力：一是首堆的安全運(yùn)行；二是有競(jìng)爭(zhēng)力的成本；三是可行的融資方案；四是完善的許可證審評(píng)路徑。微型反應(yīng)堆功率范圍在1MW到20MW之間，可為工業(yè)偏遠(yuǎn)地區(qū)或離網(wǎng)地區(qū)供電，提供電力彈性，作為柴油的替代品，部署在小型模塊堆都不適合的市場(chǎng)。

七、科技創(chuàng)新是促進(jìn)核能發(fā)展的又一重要因素

核電的技術(shù)創(chuàng)新使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，同時(shí)也使核能可以與其他的低碳能源進(jìn)行整合，如間歇性可再生能源和采用碳捕集體和封存(CCS)技術(shù)的化石燃料。技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在冷卻劑材料、核燃料循環(huán)系統(tǒng)等方面。

冷卻劑材料方面，以水為冷卻劑的反應(yīng)堆技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前在全球市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。水冷堆主要分為壓水堆、沸水堆和重水堆三種類(lèi)型，其中壓水堆是當(dāng)前全球最為常見(jiàn)的核動(dòng)力反應(yīng)堆。許多國(guó)家正在積極研發(fā)使用液體金屬、氣體等其他冷卻劑的先進(jìn)反應(yīng)堆，主要為六種第四代堆。

核燃料循環(huán)方面，一是推進(jìn)快堆研發(fā)，建設(shè)閉式燃料循環(huán)設(shè)施，快堆最高可將天然鈾的利用率提高近60倍，快堆的商業(yè)化和廣泛的應(yīng)用將會(huì)對(duì)鈾開(kāi)采需求和放射性廢物管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。二是開(kāi)發(fā)先進(jìn)核燃料，提高現(xiàn)有反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。三是從乏燃料中提取有價(jià)值的放射性同位素。

此外，碳中和路徑研究過(guò)程中強(qiáng)調(diào)，核電廠延壽是成本最低的發(fā)電方式之一，推進(jìn)現(xiàn)有核電廠延壽運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型。但是核電站壽命有限，核電站退役是未來(lái)能源研究必須考慮的因素之一。能源轉(zhuǎn)型可能會(huì)導(dǎo)致銅、鋰、鈷、鎳、錳等資源供應(yīng)緊張，但是天然鈾儲(chǔ)備足以確保法國(guó)核電站幾十年的供應(yīng)。