核能是全球重要的清洁低碳安全高效的能源形式，在全球清洁能源转型、保障能源安全、碳中和目标实现、解决气候变化问题中发挥着不可或缺的作用。自20世纪中期人类和平利用核能以来，核能一直在推动全球经济社会发展方面扮演着重要角色，预计在未来核能将会发挥更广泛和更重要的价值。

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世界核能发电的发展简史

1942年12月，美籍意大利犹太人弗米在美国芝加哥大学建造了世界上第一座核裂变反应堆。

1951年，美国原子能委员会在爱达荷州钠冷快中子增殖实验堆1号首次利用核能发电。  1954年，原苏联建成了世界上第一座功率为5MW的商用核电厂，向工业电网并网发电；

第一座商业化气冷核电站于1956年在英国西北的CalderHall开始运行。

第一代核电厂（GEN-Ⅰ）是早期的原型堆核电厂，发展于1950-1960年代。使用天然铀为燃料，石墨或重水作为慢化剂，受技术限制，普遍功率较低、经济性和安全性不足，验证了核能发电的技术可行性。

第二代核电厂（GEN-Ⅱ）发展于1960-1990年代，在第一代基础上开发建设的300MW以上的大型商用核电厂。大多建于1970年代石油危机期间，具有较为安全、技术成熟、经济型竞争力强的特点。1979年，美国三里岛核事故后，第三代反应堆技术开始发展。

第三代核电厂（GEN-Ⅲ）主要是满足更高的安全性指标的先进核电厂，采用标准化和最优化设计，降低事故概率，增加安全装置冗余度，代表反应堆AP1000、欧洲压水堆EPR、华龙一号等。

目前，中国核电前沿技术主要围绕第三代核反应堆技术自主研发核第四代核反应堆的模块化、大型化和商业化展开。“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的三代核电技术，满足全球最新核安全标准，是我国核电创新发展的重大标志性成果，单台机组电功率120万千瓦，正在运行的机组一共4台，国内2台（福建福清核电），国外2台（巴基斯坦卡拉奇核电站）。

核电设施被认为是许多发展中国家的一个不可行的解决方案，其电力系统通常很小，没有能力容纳大容量的机组。2016年，全球首个小型堆“玲龙一号”通过国际原子能机构安全审查，其特点是小型化、模块化、一体化、非能动，电功率只有12.5万千瓦，除了发电，玲龙一号还能满足多种需求，如城市供热、海水淡化、石油开采、工业蒸汽等，甚至用于航母动力。

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全球核能产业发展回顾

全球核能发展整体情况

截至2022年底，全球在33个国家和地区共运行422台核电机组，总装机容量37831.4万千瓦。全球在18个国家在建57台核电机组，总装机容量5885.8万千瓦。预计2022年全球发电量将达到2.7万亿千瓦时，在全球电力结构中的占比约为9.6%。自1954年，全球首台核电机组奥布宁斯克并网以来，全球核电机组总共积累了19393堆·年的运行经验。

2022年全球核电机组数量和总装机容量稳定增加

相比2021年，2022年全球并网核电机组总数量增加1台，总装机容量增加402.9万千瓦。相比于2021年，2022年全球核电机组数量增加1台而全球核电装机容量大幅增加402.9万千瓦，原因在于2022年全球首次并网的核电机组主要是装机容量为百万千瓦级及以上的三代核电技术，而永久停堆的核电机组主要是装机容量低于百万千瓦的早期的二代核电技术，大多是装机容量为中型的二代核电技术。

三代核电技术已经成为全球主流并网的核电技术

2022年，全球有6台核电机组实现首次并网，总装机容量为788.9万千瓦，其中5台核电机组采用了第三代核电技术。这6台机组分别是我国福清6号机组和红沿河6号机组、巴基斯坦卡拉奇3号机组、芬兰奥尔基洛托3号机组、韩国新蔚珍1号机组和阿联酋巴拉卡3号机组。除了红沿河6号机组采用具有第三代核电技术特征的技术外，其他5台机组都采用了标准的第三代核电技术。鉴于以后全球开工建设的核电机组主要采用第三代核电技术和更先进的技术，这些技术将成为未来全球核电界的主流技术。

早期建设的二代核电技术将陆续退出现役运行

2022年，全球有5台核电机组永久停堆，总装机容量为386万千瓦，分别是英国欣克利角B核电站1-2号机组、亨特斯顿B核电站2号机组，比利时多伊尔核电站3号机组和美国帕利塞兹核电站。美国帕利塞斯核电站只有一台核电机组。二代核电技术随着设计寿命和延寿乃至二次延寿的到期，将会陆续退出运行，根据美国、法国、德国、俄罗斯等具有永久停堆核电机组的经验，二代核电退出运行的规律大致是先退出中小型核电机组，再退出百万千瓦核电机组。

2022年全球开工的核电机组全部为三代核电机组

2022年，全球有8台核电机组实现核岛浇筑第一罐混凝土，正式开工建设，全部采用第三代核电技术，总装机容量863.7万千瓦。2022年新开工的8台机组分别是我国田湾8号机组、徐大堡4号机组、三门3号机组、海阳3号机组和陆丰5号机组，土耳其阿库尤4号机组，埃及埃尔达巴1号和2号机组。第三代核电技术作为全球当前技术成熟度最高、可大规模商业部署的核电技术，相关技术已经实现了批量化建设，如我国的华龙一号技术、韩国的APR-1400技术和俄罗斯的VVER-1200技术等。第三代核电技术将成为全球未来一段时间内开工建设的主要技术。

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中国核能现代化发展的挑战

1、“双碳”战略下构建新型能源体系对核能发展战略的要求

“双碳”战略下构建新型能源体系对核电发展战略的要求包括以下方面。

1）核能应当在助力中国能源安全稳定供应方面发挥更重要的作用，以帮助中国在实现能源清洁低碳转型过程中，有效应对不断变化的国内外能源供应格局。例如随着“30·60双碳”阶段性目标的逐步实现，非化石能源装机将逐步成为主力能源，传统化石能源在做好转型兜底保障之外，反将因主要成为资源开发主体，角色从能源供给者部分转变为能源消费者；而其对规模化清洁能源的需求更大，如煤化工、石油勘探和开采、炼油中工艺重整等。而面向未来碳中和布局的CCS和CCUS等碳汇技术，要实现产业化即大规模碳捕集及封存，也将需要大量持续稳定的清洁、零碳能源供应。

2）充分认识到节能提效是“第一能源”，核能应当持续推进全产业转型升级，实现能效提升以对标国际先进水平。其方式不仅有余热利用等传统工业能效提高，还包括提供工业蒸汽、电气水热冷联供等综合性能源服务。

3）再电气化和氢能利用，是“两个构建”的发展重点。其中再电气化对应的将是以可再生能源占比逐渐提高的新型电力系统，核能应在其亟需的清洁低碳调峰电源、规模化高效储能和灵活的智能化复合能源系统等领域，投入更多人力、物力进行研发。而氢能作为新型能源利用形式，未来必将推动工业系统转型甚至重构传统工业体系，核能应及早进入和布局氢能产业，例如发展工艺实现规模化清洁制氢等。

4）在更长的时间尺度内，考虑化石资源枯竭和能源可持续发展的需求，核聚变和聚变-裂变混合堆技术将成为能源供应的最终解决方案，这也是全球能源行业基于长远发展的一大共识。

2、“双碳”战略下中国核能现代化发展的重点方向

基于上述对中国核能发展战略的几点要求，整理提出“双碳”战略下中国2035年核能现代化发展的重点需求及应对举措（表3）。

1）合理转变核能在能源体系中的定位，确保中国能源安全。

根据中国工程院、国家发展和改革委员会能源研究所、国网能源研究院、清华大学气候变化与可持续发展研究所等多家研究机构的预测，2035年中国核能发电装机规模预计可达1.2~1.5亿kW，到2060年前后，核能装机规模将有望提升到4亿kW以上。核能有潜力由过去战略性补充能源，逐渐转变为保障能源安全、确保电力系统稳定和供给清洁低碳电量的基础性能源和主力能源之一，从而为实现“双碳”战略目标发挥中坚作用。

2）协调推进核能消费利用方式的多样化，提升核能利用效率。

通过核能综合利用类项目如核能供热、供汽、热电联产等的新建或改扩建等，协调推进核能消费利用方式的多样化，持续放大核能的环境和社会效益，有效提升核能的能源利用效率，进一步拓宽核能在新型能源体系中发挥的作用。以海阳核电厂供热改造工程为例，据统计，供热工程一期投运后，海阳一期热效率由36.7%提高到37.2%；二期投运，热效率提升至39.94%；未来三期投运后，热效率将提升至55.9%。

3）主动适应新型电力系统和氢能利用要求。

核能应主动配合新能源占比逐渐提高的新型电力系统构建，研究提高机组的经济性和调节能力等，替代、扩展和增强传统煤电承担的基荷及调峰功能，配合化学和其他新型储能技术的推广应用，共同满足系统对灵活性资源和可靠备用资源的更高要求。根据《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》分阶段目标，核能应加快先进核反应堆（如高温气冷堆）与先进制氢工艺的耦合，为未来氢气大规模供应提供核能解决方案。

4）积极发展核燃料闭式循环及其全产业链，走好既定发展战略。

走好中国“热堆-快堆-聚变堆”三步走的既定发展战略。面向2035年，面对未来核电装机规模提升和废物量增加的可预见情况，当前应加快建设后处理厂、快堆及其全部配套产业，以实现核燃料闭式循环，配套制定相关政策以形成长效机制等措施，循序渐进的推进相关工作，最终实现乏燃料后处理和废物最终处理处置。

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面向2035年，中国核能产业现代化发展的路径建议

考虑到中国核能现代化发展的要求和方向等，以及面向未来的中国核能产业现代化的标志，本文提出了面向2035年，中国核能产业现代化发展的路径建议。

1）在保障能源安全方面，基于2035年初步建设实现核电强国的发展目标，积极统筹国家科技创新资源，形成强大的原始创新和集成创新能力，实现前沿领域引领核能发展，确保核科技水平位于世界领先地位；具有完整的全产业链能力，并且具有强大的自主保障和供应能力。

2）在促进能源转型方面，通过大力推进三代压水堆核电批量化建设等部署，使中国核电发电量在2035年前占比达到10%左右的发展目标；有效发挥燃料能量密度高、运行稳定可靠、换料周期长等优势，实现核能规模质量效益并举。

3）在核能综合利用方面，到2035年，形成具有强大竞争力的整体布局；具备完备的原子能法律法规体系，产业竞争力及发展模式得到社会广泛认可，在国际核能治理方面具有重要话语权。

4）在燃料闭式循环方面，到2035年，实现四代先进快堆的商用示范，并具备规模化推广的条件，规模化商用后处理厂稳步推进，初步形成了闭式核燃料循环可持续发展模式。

5）在构建2050年及更长远未来的发展格局上，应将主要目标放在：积极实现压水堆和快堆二元核电体系的协同发展、可控核聚变能够取得突破等方面，确保在更长的时间尺度内，核电装机规模和发电量仍能够持续提升，从而更好的保障和支撑中国“碳中和”战略目标的实现。

文章来源： 中核智库，科技导报，竹木电气