7月28日，國際能源署(IEA)和中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院聯(lián)合舉辦了國際能源署《Nuclear Power and Secure Energy Transitions》報告的中國發(fā)布會暨圓桌討論會，國際能源署、中國能源研究會、中核集團(tuán)戰(zhàn)略咨詢委、中廣核集團(tuán)戰(zhàn)略規(guī)劃部和中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院的多位領(lǐng)導(dǎo)和專家出席會議并充分交流了觀點(diǎn)。

《Nuclear Power and Secure Energy Transitions》(譯名《核電與保障能源轉(zhuǎn)型：從今日的挑戰(zhàn)到明日的清潔能源體系》)是國際能源署2022年最新發(fā)布的報告，著眼于如何利用核能解決當(dāng)今世界面臨的能源和氣候兩大挑戰(zhàn)。2021年，國際能源署發(fā)布了《2050年凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖》，關(guān)注能源結(jié)構(gòu)清潔低碳轉(zhuǎn)型;2022年以來，國際形勢風(fēng)云變幻，核能作為低碳能源的重要性再次受到各國重視，國際能源署也發(fā)布此報告聚焦核能。俄烏沖突引發(fā)的全球能源供應(yīng)危機(jī)，讓各國政府不得不重新審視本國的能源安全戰(zhàn)略，愈發(fā)重視立足于國內(nèi)以及多元化的能源供給。對許多國家而言，核能無疑是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳選擇之一。《Nuclear Power and Secure Energy Transitions》報告深入探討了核電作為低碳電源，在能源系統(tǒng)向以風(fēng)能、太陽能等可再生能源為主導(dǎo)的低碳轉(zhuǎn)型中可成為有力補(bǔ)充，從世界核電的發(fā)展現(xiàn)狀、核能在凈零排放中的作用、核能的競爭力以及小型模塊化反應(yīng)堆的作用與發(fā)展等四大方面闡述了核電在保障能源轉(zhuǎn)型中的地位與作用，同時對各國尤其是發(fā)達(dá)國家在核能投資的成本、業(yè)績、安全和廢物處理等方面所面臨的困難進(jìn)行了深入研究。

世界核電發(fā)展現(xiàn)狀

1.核能仍然是清潔電力的主要來源

核能可以助力能源部門更加快速、安全地減少化石燃料的使用。面對當(dāng)今全球能源危機(jī)，減少對進(jìn)口化石燃料的依賴已成為能源安全的首要任務(wù)。氣候危機(jī)問題也同樣嚴(yán)峻。要在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，就必須迅速徹底實(shí)現(xiàn)發(fā)電和供熱脫碳。

2020年，核電約占全球發(fā)電量的10%，是僅次于水電的第二大低排放電源，并且是發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的主要電力來源。雖然風(fēng)能與太陽能等可再生能源大幅增長，但核電發(fā)電量仍超過全球風(fēng)能與太陽能光伏發(fā)電量總和。截至2021年底，全世界有439個核電反應(yīng)堆在運(yùn)，遍布32個國家和地區(qū)，總裝機(jī)容量413吉瓦(GW)。

核電為緩解全球二氧化碳排放增長做出了重大貢獻(xiàn)。核電使全球每年排放量減少1.5吉噸(Gt)，天然氣需求減少1800億立方米。在1971~2020年間，核電使全球二氧化碳減排約66吉噸。若無核電，在此期間，發(fā)電產(chǎn)生的總排放量將增加近20%，與能源有關(guān)的總排放量將增加6%，有些國家(如韓國和加拿大)發(fā)電排放量將增加約50%。因此發(fā)展核電有利于實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。雖然風(fēng)能和太陽能光伏預(yù)計將成為取代化石燃料的主力，但這需要可調(diào)度電源作為補(bǔ)充。核電是當(dāng)今僅次于水電的第二大低排放電源，且具有可調(diào)度性和增長潛力，有利于在確保降低排放的同時實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全和多元化。

2.發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的市場主導(dǎo)地位日漸式微

發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體已失去市場領(lǐng)先地位。盡管發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體擁有的核電裝機(jī)容量占全球總量的近70%，但反應(yīng)堆正逐漸老化，面臨運(yùn)行許可證到期等延壽問題。美國迄今已對國內(nèi)93座在運(yùn)反應(yīng)堆中的88座發(fā)布了延壽計劃，40年運(yùn)行許可證批準(zhǔn)延期20年，其中有11座還申請了再延長20年，延長后壽命達(dá)到80年。法國為符合安全要求的電廠制定了一項(xiàng)10年滾動延期方案，匈牙利、芬蘭、捷克和英國的電廠最近也延長了20年。總體而言，延期方案讓到2020年本應(yīng)關(guān)閉的總核電裝機(jī)容量中的四分之一左右推遲關(guān)閉，到2030年這一比例將上升到近40%。這些國家的新核電項(xiàng)目成本高、建設(shè)周期長、電力市場和政策環(huán)境不景氣，相關(guān)投資相對停滯，且新項(xiàng)目預(yù)算和進(jìn)度都與預(yù)期目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。

俄羅斯和中國開始占據(jù)市場主導(dǎo)地位。2017年后新建的反應(yīng)堆共有31個，其中17個由俄羅斯設(shè)計，10個由中國設(shè)計，歐洲和韓國各占2個。俄羅斯在出口市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，14臺機(jī)組分別出口土耳其、印度、中國、孟加拉國和伊朗;中國設(shè)計的10臺機(jī)組都由中國建造。但俄烏沖突或影響俄核電出口前景，如芬蘭以延誤風(fēng)險增加為由取消了2013年與俄羅斯國家原子能公司簽署的建廠合同。

2010年以來，新增核電裝機(jī)容量67.6吉瓦，其中大部分增量在中國。中國目前在建裝機(jī)容量為16.1吉瓦，韓國5.6吉瓦，土耳其4.4吉瓦，印度4.2吉瓦，俄羅斯3.8吉瓦，英國3.3吉瓦，其他國家合計16.6吉瓦。

3.核電發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

一是凈零承諾讓各國再度關(guān)注核電潛能。目前已有70多個國家(能源相關(guān)溫室氣體排放量占全球四分之三)承諾將排放量減至凈零，計劃投資核電的國家越來越多。例如美國、英國、法國、中國、波蘭和印度近期宣布的能源戰(zhàn)略中就考慮讓核電發(fā)揮重要作用。美國在全球積極投資先進(jìn)反應(yīng)堆項(xiàng)目;法國2022年宣布計劃從2028年開始新建6座大型反應(yīng)堆，在2050年前可以選擇再建造8座，并承諾在2030年前投入10億歐元開發(fā)創(chuàng)新堆。中國計劃繼續(xù)保持目前的核反應(yīng)堆建造速度，以確保在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。新當(dāng)選的韓國總統(tǒng)承諾支持延長現(xiàn)有核電站壽命和重啟兩個廠區(qū)的建設(shè)，并計劃到2030年利用韓國技術(shù)在海外建造10座核電廠。

二是對能源安全的關(guān)注為重振核能創(chuàng)造了機(jī)會。能源安全問題以及近期能源價格飆升，突顯出非化石能源和國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)多元化的重要性。俄烏沖突加劇了全球燃料市場的緊張局面，同時刺激電價上漲。核能可作為風(fēng)能和太陽能等波動性可再生能源的有力支撐，提供了大規(guī)模減少對化石燃料依賴的機(jī)會，有助于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多元化。比利時和韓國最近減少了逐步淘汰現(xiàn)有核電站的計劃，其中韓國電力部門將每年節(jié)約50億~70億立方的天然氣使用量。英國的國家能源安全戰(zhàn)略中有8座大型反應(yīng)堆新建計劃。日本加快重啟已通過安全核準(zhǔn)的核反應(yīng)堆，由此可以夠釋放出歐洲或亞洲其他市場急需的液化天然氣庫存。

三是核電發(fā)展面臨政策導(dǎo)向及經(jīng)濟(jì)性等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。首先，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體面臨建造成本增加和交貨期延長的問題。歐洲和美國最近的核電廠建造項(xiàng)目一再拖延，成本嚴(yán)重超支。如美國佐治亞州的沃格特勒核電站3、4號機(jī)組，預(yù)計成本從4300美元/千瓦增加到近9000美元/千瓦，工期由4年拖延到9年。加大核能投資將取決于風(fēng)險的管理和分配，包括項(xiàng)目風(fēng)險、政治風(fēng)險、監(jiān)管風(fēng)險、營運(yùn)風(fēng)險以及市場或價格風(fēng)險等，沒有政府的參與很難吸引私營部門融資。其次，對核能保障電力系統(tǒng)安全和低排放作用的補(bǔ)償力度尚且不足，沒有容量機(jī)制對可調(diào)度基荷作用的支持，使得營運(yùn)者無法獲得可調(diào)度容量收入;大多數(shù)電力市場也未就核電的低碳屬性給予足額補(bǔ)償，在許多國家，生產(chǎn)和投資稅收抵免和上網(wǎng)電價等清潔能源補(bǔ)貼或其他支持機(jī)制內(nèi)未加入核能。最后，部分國家因?qū)税踩c廢物管理等方面的關(guān)切而對發(fā)展核電尚有顧慮。這些都是全球核電未來發(fā)展將面臨的挑戰(zhàn)。

核能在實(shí)現(xiàn)凈零排放中的作用

1. 核電對全球凈零排放不可或缺

報告基于國際能源署2021年發(fā)布的《2050年凈零排放方案》(Net Zero Emissions by 2050 Scenario)，進(jìn)一步探討核能在實(shí)現(xiàn)凈零排放過程中的作用。該方案中對核電等發(fā)電方案的預(yù)測基于國際能源署長期能源建模框架內(nèi)的經(jīng)濟(jì)分析，包括每種燃料、每項(xiàng)技術(shù)和每個區(qū)域的成本預(yù)測，以確定到2050年實(shí)現(xiàn)所有行業(yè)凈零排放最具成本效益途徑。

核電對整個電力系統(tǒng)的可靠性和充裕性做出重要貢獻(xiàn)。大多數(shù)國家的核電廠可用性系數(shù)通常在90%以上。由于絕大多數(shù)核電裝機(jī)容量都取決于系統(tǒng)的充裕性，因此核電對系統(tǒng)可靠性和充裕性的貢獻(xiàn)通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在總發(fā)電裝機(jī)容量中的份額。2021~2050年期間，凈零排放方案中核電在總可調(diào)度電力裝機(jī)容量中所占的份額(衡量其對系統(tǒng)充裕性的貢獻(xiàn))穩(wěn)定在8%左右。長期以來，可調(diào)度電力來源一直是確保系統(tǒng)充裕性的主要手段。目前，化石燃料占可調(diào)度裝機(jī)容量的絕大部分，但到2030年，凈零排放方案下的化石燃料占比將減少四分之一，之后會急劇下降。長期以來，水電和核電一直是低排放可調(diào)度裝機(jī)容量的主要組成部分。未來各種形式的儲能也將大規(guī)模擴(kuò)展，電池、氫氣和氨氣在燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠的新興市場中將扮演越來越重要的角色，采用利用與封存(CCUS)技術(shù)的化石燃料也將成為系統(tǒng)充裕性作出貢獻(xiàn)方面。

核電有助于滿足凈零排放方案中迅速增長的電力系統(tǒng)靈活性需求。隨著波動性可再生能源在發(fā)電中所占份額的增加，電力系統(tǒng)的靈活性——系統(tǒng)以可靠且經(jīng)濟(jì)高效的方式管理供需可變性和不確定性的能力——正日益成為電力安全的核心。為了確保電力系統(tǒng)的瞬時穩(wěn)定性以及長期供電安全，在不同的時間段(每分鐘、每小時和每個季節(jié))，電力系統(tǒng)都需要保持靈活性。根據(jù)凈零排放方案，2020~2050年，在全球電力系統(tǒng)中，每小時的靈活性需求將平均增長3倍——是總電力需求的2倍。在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中，每小時靈活性的份額將從目前的約2%上升至2050年的5%。在法國，核電滿足了大部分發(fā)電需求，靈活性納入到了反應(yīng)堆的設(shè)計中，使得一些發(fā)電廠可以在短時間內(nèi)快速增加和減少產(chǎn)量，以負(fù)荷跟蹤的模式運(yùn)行，從而保證電力供應(yīng)和需求保持一致。核電對系統(tǒng)靈活性的支持可以通過創(chuàng)新進(jìn)一步提升。包括小型模塊堆在內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)有可能促使核反應(yīng)堆更易改變其輸出，轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱和氫而非電力，或者在發(fā)電的同時產(chǎn)生熱和氫。各方正通過清潔能源部長級會議等渠道作出努力，讓決策者和規(guī)劃者了解靈活性更高的核電所產(chǎn)生的潛在成本效益。

減少核電會增加實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的難度且成本更高。凈零排放方案中悲觀核電情景討論了不加快核電建設(shè)和延長壽命的影響。在這種情況下，總發(fā)電量中的核電占比將從2020年的10%下降到2050年的3%。由此形成的缺口將由太陽能和風(fēng)能填補(bǔ)，這會促進(jìn)前沿領(lǐng)域大比例采用波動性可再生能源。儲能以及采取碳捕集、CCUS技術(shù)的化石燃料電廠需求將會隨之增加。此情景將導(dǎo)致降碳總成本提高，清潔能源供應(yīng)鏈面臨額外壓力，天然氣和煤炭市場價格增加等后果。到2050年，累計投資將需增加5000多億美元，消費(fèi)者電費(fèi)增加近6000億美元，包括電力技術(shù)的額外投資成本、支持額外可再生能源的電網(wǎng)擴(kuò)建成本以及煤炭和天然氣的額外燃料成本。每減少1吉瓦的核電裝機(jī)容量，就需要從其他來源額外增加3.5吉瓦的容量，并對發(fā)電技術(shù)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等造成更大壓力。

2. 新核電建設(shè)在本世紀(jì)30年代將達(dá)到新高

凈零排放方案預(yù)測全球核電裝機(jī)容量到2050年幾乎翻番，從2022年初的413吉瓦增加到2050年812吉瓦，新建核電廠超過正逐步退役的現(xiàn)有核電廠數(shù)量。其中發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體核電增長態(tài)勢強(qiáng)勁，新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的核電裝機(jī)容量增長更快，約占全球增長量的90%;中國在核電裝機(jī)容量上全球領(lǐng)先，預(yù)計將在2030年前超過美國和歐盟，到2050年擁有全球三分之一的核電設(shè)施。

隨著世界各地新一輪核電廠建設(shè)浪潮的開始，核能工業(yè)在凈零排放方案下將進(jìn)入一個新的增長時期。從2021~2050年，全球?qū)⑿略?40吉瓦的核電裝機(jī)容量。到本世紀(jì)30年代，平均每年將有超過27吉瓦的容量投入使用，超過20世紀(jì)80年代上一波建設(shè)浪潮的平均水平。中國在新核電建設(shè)方面仍將處于全球領(lǐng)先地位。截至2021年，中國連續(xù)9年每年新增的核電裝機(jī)容量位列世界第一，而且預(yù)計這一趨勢將持續(xù)下去。到2040年，中國在凈零排放方案下平均每年將新建9吉瓦的核電裝機(jī)容量，占世界總?cè)萘康?0%，而其他新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體加起來每年將新增8吉瓦的容量。

核能行業(yè)的重心向中國及其他新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的轉(zhuǎn)移，對核電技術(shù)和貿(mào)易具有重要意義。中國目前的核電發(fā)展主要集中在大型反應(yīng)堆和國內(nèi)設(shè)計上，包括成功商運(yùn)的“華龍一號”。此外，中國也在開發(fā)高溫氣冷堆，以此取代燃煤電廠和熱電廠，實(shí)現(xiàn)核能熱電聯(lián)產(chǎn)。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體對核能的新推動是基于新的國內(nèi)設(shè)計，包括歐洲的歐洲壓水堆以及歐洲和美國的小型模塊堆。中國以外的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體在核電建設(shè)方面的迅速擴(kuò)張依賴于從中國、歐洲和美國引入核電技術(shù)，引發(fā)了技術(shù)提供者間的競爭。在新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，能源的可負(fù)擔(dān)性仍將至關(guān)重要，這為先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計的開發(fā)商提供了強(qiáng)大動力，以縮短建造時間并最大限度地降低成本。

3.核電投資與成本

根據(jù)凈零排放方案，到2030年核電年投資將增加兩倍。2021~2050年間，凈零排放方案中的核投資重點(diǎn)逐漸從新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體轉(zhuǎn)移至發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中，平均每年投資近500億美元，約占全球總額的一半，這幾乎是21世紀(jì)10年代平均水平的4倍。相對于在全球裝機(jī)容量中的所占份額而言，這些國家的投資需求較高，這是因?yàn)榻ㄖ杀据^高，需要通過大量投資來延長現(xiàn)有反應(yīng)堆的壽命，并且需要通過建造新的反應(yīng)堆來抵消退役的反應(yīng)堆。后一個因素也解釋了發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的投資傾向于后幾十年的原因。到2050年，中國平均每年需要在核電上花費(fèi)近200億美元，幾乎是21世紀(jì)10年代平均水平的兩倍。其他新興市場及發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的投資平均每年增加兩倍，達(dá)到約250億美元。與發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體相比，到2035年，這些國家更需要投資。

新核反應(yīng)堆的成本在不同地區(qū)差異巨大。新核反應(yīng)堆的建造成本是決定競爭性可調(diào)度發(fā)電來源相對投資的一個重要因素，在全世界范圍內(nèi)差異巨大。凈零排放方案中假設(shè)了中國和印度能夠以最低成本(低于3000美元/千瓦)建造新的核電廠，且項(xiàng)目在5~7年內(nèi)完成。這意味著新建一個裝機(jī)容量為1.1吉瓦的大型反應(yīng)堆將耗資約30億美元(以2020年美元計)。在歐盟和美國，預(yù)計這一成本將大幅提高，但在未來30年內(nèi)，將逐步下降至4500美元/千瓦左右。若要降低這些成本，就需要核工業(yè)按時、按預(yù)算交付項(xiàng)目。通過采用一些經(jīng)過驗(yàn)證的方法可以降低后續(xù)投資的成本，包括在設(shè)計完成后再開始施工、后續(xù)機(jī)組采用相同設(shè)計以保證“同類第n個機(jī)組”的效率，以及在同一地點(diǎn)建造多個機(jī)組。也可以在選址過程中進(jìn)行創(chuàng)新，從而縮短漫長的施工前階段。

核電建設(shè)必須克服投資方面的經(jīng)濟(jì)障礙。除了公眾接受度等非經(jīng)濟(jì)障礙外，核工業(yè)還必須克服投資方面的幾個經(jīng)濟(jì)障礙，以實(shí)現(xiàn)凈零排放方案中所述的凈零目標(biāo)。相對于其他低排放能源成本是主要的經(jīng)濟(jì)障礙。以平準(zhǔn)化度電成本進(jìn)行衡量，太陽能光伏已經(jīng)成為大多數(shù)市場中最便宜的新能源，遠(yuǎn)低于新核電項(xiàng)目的成本。但相對于其他發(fā)電技術(shù)，核電的競爭力取決于其產(chǎn)量的價值及其生產(chǎn)成本。例如，在系統(tǒng)需求最高的時候，可用電力來源的能力有助于提高其能源價值，這可以通過在競爭市場中獲得的產(chǎn)量平均批發(fā)價格來衡量。同時，在不需要高產(chǎn)量的情況下，充裕的產(chǎn)量會降低能源價值。系統(tǒng)中特定技術(shù)的能源價值取決于需求模式、發(fā)電資源結(jié)構(gòu)、燃料和二氧化碳價格以及其他系統(tǒng)特定要素。隨著波動性可再生能源份額的增加，相對于系統(tǒng)平均值，核電的能源價值在這些市場中保持穩(wěn)定或有所增加，有利于增強(qiáng)可調(diào)度性。