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        智庫叢書特別推介丨關于碳達峰碳中和目標下我國核能發展的有關建議
        時間:2023年03月14日 來源:《智庫叢書》第五卷 點擊量: 分享:

        編者按:

        《中國核能行業智庫叢書(第五卷)》已完成出版發行,這是一本發產業先聲的智慧文萃,是行業專家們從不同角度、不同深度對產業前途命運進行思考的思想文庫。自2023年3月起,協會微信公眾號將精選大部分文章與廣大讀者共享。本期推出的是“特別推薦”板塊文章《關于碳達峰碳中和目標下我國核能發展的有關建議》。

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        黃  峰

        課題首席專家

        教授級高級工程師。中國核能行業協會專家委員會政策研究組組長,中國國際工程咨詢有限公司專家學術委員會副主任



        《關于碳達峰碳中和目標下我國核能發展的有關建議》


        文章摘要

        實現碳達峰碳中和目標是黨中央做出的重大戰略決策。當前,我國正處于探索碳達峰碳中和實現路徑的關鍵時期。中國核能行業協會聯合電力規劃設計總院以及行業內外院士、資深專家,對我國能源、電力及核電市場需求情況,核能在雙碳目標中的作用、發展現狀以及面臨的制約與挑戰等,開展了定量分析和深度研究,并提出了有關建議。

        一、核能是清潔低碳安全高效的優質能源,將在我國碳達峰碳中和目標中發揮不可或缺的重要作用

        核能曾在歐美等發達國家碳達峰過程中發揮了重要作用,碳中和背景下核能的發展正在被重新重視。核能具有生產過程不排放溫室氣體、全壽期碳排放量小、能量密度高等優點。根據國際能源署的研究表明,核能目前仍是世界發達經濟體最大的低碳能源,在過去的半個世紀中核能貢獻了一半的低碳電力,支持全社會降低了二氧化碳的排放。近期,為進一步強化氣候目標,歐盟將核能納入了《歐盟可持續金融分類法案》,法國、荷蘭等政府明確提出了繼續發展核電,日本福島核事故后也陸續重啟核電,美國、俄羅斯及英國則從未放棄核電的建設。這些情況表明, 發達國家及核大國對核能的碳減排作用正在重新重視。

        核能是我國實現碳達峰碳中和目標的重要戰略選擇。與歐美等發達國家相比,我國碳減排任務更加艱巨。當前我國碳排放總量大、減碳時間緊,經濟社會發展仍處于對能源需求持續增長的階段,既要控排放又要保經濟增長。能源系統的碳減排是實現碳達峰碳中和的關鍵,而核能在碳減排過程中所發揮的作用是無可替代的,與燃煤發電相比,每百萬千瓦核電機組每年可等效減排二氧化碳 600 萬噸以上。中共中央、國務院《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和國務院《關于印發 2030 年前碳達峰行動方案的通知》中均明確指出,“積極安全有序發展核電、積極穩妥開展核能供熱”。

        核能將在保障國家能源安全和電力供應方面發揮更加重要作用。核能利用在能源體系中有著獨特的優勢:一是天然鈾能量密度大,易于長期儲存,具有準國內資源屬性,在國際政治經濟形勢日益復雜的情況下,有助于提高我國能源安全的保障能力;二是在能源綠色低碳轉型的大背景下,核電作為高效穩定、不受自然條件制約、可較大規模建設的基礎性低碳能源,可以在保障經濟社會發展對能源與電力需求方面發揮更重要的作用。

        核電是新型電力系統安全穩定運行的重要支撐性電源。為實現“雙碳”目標, 我國將持續提高非化石能源消費比重,推動新型電力系統的構建,在此過程中將面臨著高比例新能源消納、大規模新能源發電接入電力系統的安全穩定等問題。核電可用率高,適于承擔電網的基本負荷及負荷跟蹤,能有效替代同等容量的煤電, 為風電、太陽能發電等新能源消納提供支撐;同時核電還可以提供電力系統安全穩定運行所必需的轉動慣量,提高電力系統阻尼,加強系統在擾動后的恢復能力,提升電力系統運行的安全性和可靠性。

        二、我國始終堅持安全發展核能,核電安全運行及技術水平進入世界先進行列,核能已具備為實現“雙碳”目標做出更大貢獻的基礎和條件

        我國高度重視核安全,建立了嚴格的核安全監管體系,在運核電安全總體水平居世界先進行列。長期以來,我國核與輻射安全保持良好安全業績,核設施未發生過國際核與放射事件分級表 2 級及以上的運行事件,輻射環境質量良好。近五年, 國際上衡量核電安全運行水平的重要指標——世界核電營運者協會(WANO)性  能指標顯示,我國核電運行指標 80% 處于中值以上,70% 達先進值,綜合指數與美國相當,優于法國等。

        我國始終致力采用最先進的技術、最嚴格的安全標準發展核電。我國在核電廠設計、建造和運行方面較好地吸收了國際成熟經驗,在建核電項目全部采用安全性更高、防范措施更完善的第三代或具有第四代特征的先進核電技術,從設計源頭著力規避各種可能的風險,實際消除核電廠大量放射性物質釋放。在核電廠外部災害防護設計上,考慮所有可能導致放射性釋放風險的外部事件,包括外部人為事件和外部自然事件(地震、海嘯、洪水、暴雨等),并考慮適當的措施和充足的裕量以保護電廠來自特定超設計基準外部事件的襲擊?!盁o需永久遷居、核電廠周邊地區無需緊急撤離、有限的人員庇護、無需長期的食品消費限制”的目標業已實現。我國已形成了完整的核電研發設計、制造建造和運營維護等全產業鏈體系,躋身于世界核電大國的行列。截至 2021 年年底,我國商運核電機組共 51 臺,總裝機容量 5327.5 萬千瓦;在建核電機組 20 臺,總裝機容量 2143 萬千瓦。我國已研發形成了具有自主知識產權的第三代壓水堆“華龍一號”“國和一號”,具有第四代特征的高溫氣冷堆、快堆,以及多用途小型模塊化反應堆;形成了每年 8 ~ 10臺/ 套大型壓水堆主設備制造能力,具備了相應的批量化工程建造能力;建立了較為完整、自主的核燃料循環產業鏈,核燃料生產與供應能力滿足核電發展的需要;已完成初可研階段的核電廠址總規劃容量超過 4 億千瓦,其中沿海廠址超過 2 億千瓦,內陸廠址接近 2 億千瓦。

        三、“雙碳”目標下我國能源、電力及核電市場需求分析

        我國能源消費總量仍將持續增長,預計 2035 年前后達峰,能源消費主體將由化石能源向非化石能源轉變。預計到 2030 年,我國一次能源需求將由 2021 年的52.4億噸標煤增長至 60.0 億噸標煤;2035 年達到峰值,約 61.0 億噸標煤。到 2030年,非化石能源消費比重將達到 25% 左右;到 2060 年,非化石能源消費比重將達到 80% 以上。

        電力在終端能源中的消費占比將持續提高,全社會用電量將在較長時間內保持穩定增長。結合我國經濟社會發展、產業轉型升級、新型城鎮化、電氣化水平提升等綜合研判,預計 2030 年全社會用電量將達到 11.5 萬億千瓦時左右;2060 年,全社會用電量將達到 16 萬億千瓦時左右,較 2021 年全社會用電量增長約一倍。

        在構建新型電力系統的過程中,各類電源品種在電力系統中的作用和地位也將發生深刻變化和重大調整。煤電將逐漸由主體電源轉變為支撐性、調節性電源, 風電和太陽能發電占比將不斷提高,電力系統將向適應大規模高比例新能源方向演進。初步分析,預計到 2030 年和 2060 年我國風電和太陽能發電等新能源總裝機規模,將分別達到約 16.5 億千瓦、53 億~ 58.5 億千瓦。此外,綜合考慮其他低碳電源品種的資源稟賦和發展潛力,以及考慮風光電源波動性和間歇性所需的調節能力,預計 2060 年,我國水電(含抽水蓄能)、氣電和生物質發電的裝機規模,將分別達到 8.5 億千瓦、3.0 億千瓦、1.0 億千瓦左右。

        基于初步的電力和電量需求平衡分析,未來我國核電需維持一定的建設速度與規模。為滿足我國電力需求增長和能源綠色低碳轉型的需要,預計 2030 年和2035 年的核電發電量應分別占全國發電量的7%和10%,和目前全球10%的平均水平相當,對應的核電裝機應分別達到 1.1 億千瓦、1.5 億千瓦以上,相應減排二氧化碳約6.7億噸、9.2億噸。展望2060年,為實現碳中和目標,我國非化石能源發電量比重應達到85%左右,在各類電源裝機達到上述預期規模,風電、太陽能發電等新能源總裝機達到58.5億千瓦的高發展目標下,全國仍將存在2.8萬億千瓦時左右的非化石發電量缺口。按這一情景分析,為滿足這部分非化石能源發電量缺口,并進一步考慮電力需求增速仍將維持略高于電量增長的長期趨勢,2060年我國核電裝機規模需要達到4.0億千瓦(以核電平均利用小時數7000小時,煤電機組作為調節及備用容量測算),發電量占比約17.5%,接近目前全球發達國家平均水平,貢獻二氧化碳減排20億噸。

        通過開展綜合利用,核能還可以為碳達峰碳中和目標下的經濟社會低碳轉型提供更加多元化解決方案。我國北方地區城鄉總取暖面積約 202 億平方米(截至2021 年年初),其中燃煤取暖面積約 131 億平方米。保守假設 2060 年有 20% 燃煤供熱需求由核能提供,按照供熱量 50 瓦 / 平方米測算,相當于減少二氧化碳排放約 2.2 億噸 / 年。此外,核能還可以在制冷、制氫、工業用汽、海水淡化、核動力民用船舶、同位素生產等領域發揮新的作用。綜合考慮核電及核能綜合利用,預計2060 年我國核能碳減排貢獻度將達到 1/4 左右。

        四、對照實現碳達峰碳中和目標,我國核能面臨著滯后于減排需求與未來發展的挑戰

        核電規模和布局不能適應“雙碳”目標及經濟社會轉型發展全局的需要。2021 年核電在我國發電量中占比僅為 4.8%,明顯低于當前世界平均水平(10%),與世界發達國家水平(OECD,18%)相比仍有較大差距。我國核電布局不均衡, 在運和在建核電機組全部分布在沿海地區,隨著區域協調發展戰略的深化實施以及內陸地區降碳壓力加大,其非化石能源缺口將進一步增大,現有核電布局將無法滿足內陸地區經濟社會發展和電力系統安全運行的需要。

        天然鈾保障、乏燃料管理及放射性廢物處置等核燃料循環前后端能力亟需加強。我國建立了“三位一體”的鈾資源開發保障體系和天然鈾產品儲備體系,堅持核燃料閉式循環發展戰略,正在統籌安排推進乏燃料貯存、運輸、后處理與高放廢物地質處置等項目實施。雙碳目標下,隨著核電規模的發展,天然鈾的需求量以及乏燃料、放射性廢物的產生量將持續增加。按照 2035 年在運壓水堆裝機規模達到 1.5 億千瓦估算,天然鈾年需求量將達到近 3 萬噸,乏燃料年產生量約 0.3 萬噸。盡快提升天然鈾資源掌控和儲備能力,形成大型商用乏燃料后處理能力,推動壓水堆核燃料閉式循環迫在眉睫。

        核能基礎研究、先進技術研發有待盡快加強。受限于國家整體工業水平及相關專業基礎能力,當前我國核電仍有部分關鍵設備、關鍵軟件還存在短板和弱項。立足長遠發展,在先進核能技術研發方面有待盡快加強。特別是,快中子增殖反應堆可以大幅度提高鈾資源利用率、焚燒次錒系核素,減少長壽命高放廢物。我國已開展鈉冷快堆示范工程建設,正在研發更先進的一體化快堆核能系統,但距離商業化規?;瘧萌杂休^大的差距,在快堆金屬燃料元件、全錒系循環的反應堆堆芯設計、干法后處理技術等方面的研發需要盡快開展,這是突破核能發展鈾資源瓶頸的重要技術發展方向。

        核能綜合利用的碳減排效益有待進一步發揮。在大堆綜合利用方面,我國山東海陽核電廠、秦山核電廠已率先開展核能供暖,并積極開展海水淡化等綜合利用。小型模塊化反應堆由于具有更好的安全性和靈活性,在開展多用途利用方面被寄予厚望,但由于缺乏相關法規標準體系、導則和用戶要求等頂層要求指導文件,導致項目選址、建設等工作程序,以及核安全要求和評審原則只能參考大型核電廠,嚴重增加了項目開發難度和成本,制約了小堆的發展。

        核能項目廠址開發保護和公眾溝通面臨挑戰。由于項目開發周期長,部分核電廠址的保護工作面臨人力和經濟成本增加、地方政府調整規劃導致廠址另作他用、廠址開發利用跨行政區域協調困難等問題。相關配套核設施選址及開發利用鄰避效應突出,廣東江門核燃料工業園區、江蘇連云港核燃料循環項目等因公眾溝通不足、宣傳不到位、處理不當等原因被迫停建。

        核能相關法律法規、政策制度有待盡快完善。我國核法律體系尚不完善,作為核領域頂層法律的《原子能法》長期缺位,放射性廢物管理、核事故損害賠償及核電管理等涉核領域的法律法規體系有待盡快完善。在“雙碳”政策體系方面,我國建設了全國碳排放權交易市場、綠色電力交易試點,配套了相關金融支持政策, 但均未將核能納入其中,核能的低碳屬性及類似可再生清潔能源屬性尚未得到國家政策層面的明確和認可。尤其隨著電力市場化改革的深入以及用戶對綠電消費需求的增長,核電在電力市場營銷中已開始遭受不公平待遇。

        五、關于我國核能發展的建議

        1.適當加大核電建設規模,進一步明確各階段發展目標。充分利用現有產業能力,每年穩定核準開工 8 ~ 10 臺百萬千瓦級核電機組,爭取到 2035 年我國核電發電量占比達到 10%,達到當前世界平均水平,到 2060 年進一步提高我國核電發電量占比,達到當前發達經濟體平均水平。

        2.統籌電力系統轉型發展和電力系統規劃,優化核電建設布局,因地制宜推進核電和風電光伏等各類電源的協同發展。在積極開發沿海核電的同時,適時啟動開展其他地區核電項目的前期準備和工程建設工作,探索不同地區核風光協調發展的適宜路線。其中,華中地區首批三個核電項目前期準備工作充分,建議在“十四五”期間盡快啟動。

        3.加強基礎研究、戰略性技術研發攻關,提升核燃料循環前后端能力,確保核能安全可持續發展。集中國內優勢科研力量,開展基礎性重大關鍵技術研究、軟件開發,補齊行業短板,保障產業鏈安全;進一步健全天然鈾供應保障體系,加大國內鈾資源勘查開發和開放力度;按照核燃料閉式循環、“熱堆、快堆、聚變堆”三步走戰略,加快推進乏燃料后處理科技攻關、一體化閉式循環快堆等戰略性先進核能技術研發,解決鈾資源供應瓶頸及放射性廢物環境制約問題。

        4.創新推進核能綜合利用技術,充分發揮核能減排優勢。將核電建設與城市及大型工業園區供熱、供汽、供冷等統籌規劃,積極推動運行核電機組實施集中供熱與海水淡化;研究啟動多用途小型堆城市清潔供暖及工業園區綜合利用及燃煤供熱替代示范項目。

        5.盡快完善涉核法律法規體系。進一步做好涉核領域法律法規體系頂層設計,建立相關協調機制;推動原子能法盡快出臺,核損害賠償法、放射性廢物管理法等列入立法計劃;研究出臺核電管理條例,制定并頒布核電廠址保護相關法規;研究制定適應小型模塊化反應堆發展的相關法規標準。

        6.推動核電、核能參與綠電和碳市場交易。在國家“雙碳”政策層面,結合國內綠電交易試點和碳市場建設,組織制訂和論證核電、核能碳零排放認證方案,將核電納入綠電交易機制體系,推動核能參與碳排放權交易。

        注:本報告是中國核能行業協會重大問題聯合研究專項《碳達峰碳中和目標下我國核電發展研究》課題研究成果。課題組主要成員:黃峰,謝秋野,劉瑋,唐飛,湯振偉,張文俊,王黎東,周凌安,宋廣。

        (本文刊載結束)


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