全球核能发展加速,未来能否实现“能源乌托邦”?

核能知了 2023-03-29
3298 字丨阅读本文需 8 分钟

“能源乌托邦”一词描述了一种假设的、可持续的世界状态,即能源是清洁的、负担得起的和可获得的。

尽管在实现能源乌托邦的道路上面临挑战,但如果世界投资于能够满足我们日益增长的能源需求的清洁、可靠的技术,那么这样的状态是可以实现的,而核能就是这样一种技术。

01

核能发展加速

从20世纪到21世纪,核能的普及率波动很大。

从20世纪40年代开始,欧洲核能的早期使用者就将裂变反应堆作为丰富清洁能源的来源,认为核能可以推动经济增长繁荣。

但随着公众舆论的变化和投资的逐渐减少,到21世纪初,核能在许多国家的能源组合中所占的比例比最初预测的要低。

现在,随着全球能源市场的高度动荡和国际能源依赖成为一个重大挑战,核能在整个欧洲的公众和政府眼中正在复兴。

最近在英国,前能源部长克里斯·斯基德摩尔(Chris Skidmore)发表了期待已久的《零排放任务审查》,正如报告所表明的那样,核能将在能源生产脱碳和实现净零排放方面发挥越来越重要的作用。

现在人们真正相信,要在2050年前实现我们的集体气候目标,我们需要核能,而且没有令人信服的替代方案可以应对这一挑战的规模。

今天,围绕着核工业的重新增长和正在改变核能发展态势的新技术,核工业发展势头确实令人兴奋。

法国和英国等国复兴的核能产业的长期组成仍有待争夺。

在短期内,大型核电站将继续成为稳定的一部分,但小型模块化反应堆(SMR)等新兴技术,以及未来几年的最终核聚变,在提供无碳能源方面具有巨大潜力。

在不久的将来,核工业的主要任务是确保其在支持净零转型和提供能源安全方面尽可能可行和高效。

02

核能5大优势

高可靠性

核电站全天候运行,是最可靠的可持续能源。核能发电在一天、一周和一年中保持全天候稳定。与此同时,每天的太阳能发电高峰出现在下午,此时电力需求通常较低,而风力发电取决于风速。随着全球可变太阳能和风能的使用增加,核能为清洁电网提供了稳定可靠的基本电源。

清洁电力

核反应堆使用裂变来发电,而不会产生任何温室气体(GHG)排放。因此,从生命周期来看,核能是最清洁的能源,以发电厂在其使用寿命内每千兆瓦时产生的二氧化碳当量排放量来衡量。典型核电站的生命周期排放量比煤炭低273倍,比天然气低163倍。此外,核能的资源密集度相对较低,供应链排放量比风能和太阳能发电厂低。

稳定的可承受性

尽管建造核电站可能很昂贵,但从长远来看,它们具有成本竞争力。大多数核电站的初始寿命约为40年,之后可以继续运行,并获得批准延长寿命。延长寿命的核电站是美国最便宜的电力来源,92个反应堆中有88个已获得延长20年的批准。此外,根据世界核协会的数据,与天然气发电厂相比,核电站相对不太容易受到燃料价格波动的影响,因此发电成本稳定。

能源效率

核能的高能源投资回报率(EROI)体现了其卓越的效率。EROI测量在发电厂的使用寿命内,每投资一个发电厂,就有多少单位的能源被回收。根据Weissbach等人2018年的一项研究,核能的EROI为75个机组,在一定程度上成为最高效的能源,水电以35个机组位居第二。

可持续创新

新的、先进的反应堆设计绕过了传统核电站面临的许多困难,使核能更容易获得。小型模块化反应堆(SMR)比传统反应堆小得多,并且是模块化的,这意味着它们的部件可以在不同的位置运输和组装。微型反应堆比SMR小,设计用于在偏远和小型市场地区提供电力。在紧急情况下,它们也可以作为备用电源。这些反应堆设计提供了几个优点,包括较低的初始资本成本、可移植性和增强的可扩展性。

03

我国核能发展

核电规模和布局不能适应“双碳”目标及经济社会转型发展全局的需要。2021 年核电在我国发电量中占比仅为 4.8%,明显低于当前世界平均水平(10%),与世界发达国家水平(OECD,18%)相比仍有较大差距。我国核电布局不均衡, 在运和在建核电机组全部分布在沿海地区,随着区域协调发展战略的深化实施以及内陆地区降碳压力加大,其非化石能源缺口将进一步增大,现有核电布局将无法满足内陆地区经济社会发展和电力系统安全运行的需要。

天然铀保障、乏燃料管理及放射性废物处置等核燃料循环前后端能力亟需加强。我国建立了“三位一体”的铀资源开发保障体系和天然铀产品储备体系,坚持核燃料闭式循环发展战略,正在统筹安排推进乏燃料贮存、运输、后处理与高放废物地质处置等项目实施。双碳目标下,随着核电规模的发展,天然铀的需求量以及乏燃料、放射性废物的产生量将持续增加。按照 2035 年在运压水堆装机规模达到 1.5 亿千瓦估算,天然铀年需求量将达到近 3 万吨,乏燃料年产生量约 0.3 万吨。尽快提升天然铀资源掌控和储备能力,形成大型商用乏燃料后处理能力,推动压水堆核燃料闭式循环迫在眉睫。

核能基础研究、先进技术研发有待尽快加强。受限于国家整体工业水平及相关专业基础能力,当前我国核电仍有部分关键设备、关键软件还存在短板和弱项。立足长远发展,在先进核能技术研发方面有待尽快加强。特别是,快中子增殖反应堆可以大幅度提高铀资源利用率、焚烧次锕系核素,减少长寿命高放废物。我国已开展钠冷快堆示范工程建设,正在研发更先进的一体化快堆核能系统,但距离商业化规模化应用仍有较大的差距,在快堆金属燃料元件、全锕系循环的反应堆堆芯设计、干法后处理技术等方面的研发需要尽快开展,这是突破核能发展铀资源瓶颈的重要技术发展方向。

核能综合利用的碳减排效益有待进一步发挥。在大堆综合利用方面,我国山东海阳核电厂、秦山核电厂已率先开展核能供暖,并积极开展海水淡化等综合利用。小型模块化反应堆由于具有更好的安全性和灵活性,在开展多用途利用方面被寄予厚望,但由于缺乏相关法规标准体系、导则和用户要求等顶层要求指导文件,导致项目选址、建设等工作程序,以及核安全要求和评审原则只能参考大型核电厂,严重增加了项目开发难度和成本,制约了小堆的发展。

核能项目厂址开发保护和公众沟通面临挑战。由于项目开发周期长,部分核电厂址的保护工作面临人力和经济成本增加、地方政府调整规划导致厂址另作他用、厂址开发利用跨行政区域协调困难等问题。相关配套核设施选址及开发利用邻避效应突出,广东江门核燃料工业园区、江苏连云港核燃料循环项目等因公众沟通不足、宣传不到位、处理不当等原因被迫停建。

核能相关法律法规、政策制度有待尽快完善。我国核法律体系尚不完善,作为核领域顶层法律的《原子能法》长期缺位,放射性废物管理、核事故损害赔偿及核电管理等涉核领域的法律法规体系有待尽快完善。在“双碳”政策体系方面,我国建设了全国碳排放权交易市场、绿色电力交易试点,配套了相关金融支持政策, 但均未将核能纳入其中,核能的低碳属性及类似可再生清洁能源属性尚未得到国家政策层面的明确和认可。尤其随着电力市场化改革的深入以及用户对绿电消费需求的增长,核电在电力市场营销中已开始遭受不公平待遇。

04

我国核能发展建议

1.适当加大核电建设规模,进一步明确各阶段发展目标。充分利用现有产业能力,每年稳定核准开工 8 ~ 10 台百万千瓦级核电机组,争取到 2035 年我国核电发电量占比达到 10%,达到当前世界平均水平,到 2060 年进一步提高我国核电发电量占比,达到当前发达经济体平均水平。

2.统筹电力系统转型发展和电力系统规划,优化核电建设布局,因地制宜推进核电和风电光伏等各类电源的协同发展。在积极开发沿海核电的同时,适时启动开展其他地区核电项目的前期准备和工程建设工作,探索不同地区核风光协调发展的适宜路线。其中,华中地区首批三个核电项目前期准备工作充分,建议在“十四五”期间尽快启动。

3.加强基础研究、战略性技术研发攻关,提升核燃料循环前后端能力,确保核能安全可持续发展。集中国内优势科研力量,开展基础性重大关键技术研究、软件开发,补齐行业短板,保障产业链安全;进一步健全天然铀供应保障体系,加大国内铀资源勘查开发和开放力度;按照核燃料闭式循环、“热堆、快堆、聚变堆”三步走战略,加快推进乏燃料后处理科技攻关、一体化闭式循环快堆等战略性先进核能技术研发,解决铀资源供应瓶颈及放射性废物环境制约问题。

4.创新推进核能综合利用技术,充分发挥核能减排优势。将核电建设与城市及大型工业园区供热、供汽、供冷等统筹规划,积极推动运行核电机组实施集中供热与海水淡化;研究启动多用途小型堆城市清洁供暖及工业园区综合利用及燃煤供热替代示范项目。

5.尽快完善涉核法律法规体系。进一步做好涉核领域法律法规体系顶层设计,建立相关协调机制;推动原子能法尽快出台,核损害赔偿法、放射性废物管理法等列入立法计划;研究出台核电管理条例,制定并颁布核电厂址保护相关法规;研究制定适应小型模块化反应堆发展的相关法规标准。

6.推动核电、核能参与绿电和碳市场交易。在国家“双碳”政策层面,结合国内绿电交易试点和碳市场建设,组织制订和论证核电、核能碳零排放认证方案,将核电纳入绿电交易机制体系,推动核能参与碳排放权交易。

文章来源: 嘿嘿能源heypower,电力能源圈, 核电文摘

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