核電全生命周期的溫室氣體低排放可以與風電、水電媲美，因此是實現雙碳不可或缺的力量。
文 | 屈凡玉
中國核能電力股份有限公司戰略投資部主任 李言瑞
中核戰略規劃研究總院規劃所副研究員 楊 彬
中國核能電力股份有限公司戰略投資部高工
黨的二十大報告和國家“十四五”規劃都明確提出積極安全有序發展核電，為“雙碳”目標下我國核能發展指明了方向。核電作為清潔低碳安全高效穩定可大規模發展的綠色低碳能源，在推動綠色發展和助力“雙碳”目標實現方面發揮重要的作用。文章介紹了全球和我國能源電力情況、我國核電發展現狀、核能在支撐“雙碳”目標實現可以發揮的作用，最后給出相關結論。
全球和我國能源電力現狀
全球和我國能源現狀
目前，全球和我國還是以煤、石油、天然氣為主。根據BP(英國石油公司)數據，2021年全球一次能源消費量為595.15艾焦。按照燃料類型劃分，煤炭為160.10艾焦、石油為184.21艾焦、天然氣為145.35艾焦、核能為25.31艾焦、水電為40.26艾焦、非水可再生能源為39.9艾焦。煤炭、石油、天然氣的消費占總能源消費的82.3%，核電、水電和非水可再生能源占比為17.7%。全球一次能源人均年消費為75.6吉焦/人，全球二氧化碳排放量為33884.1百萬噸。
我國大陸一次能源消費更是以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主。2021年，我國一次能源消費總量為157.65艾焦。按照燃料類型劃分，煤炭為86.17艾焦、石油為30.60艾焦、天然氣為13.63艾焦、核電為3.68艾焦、水電為12.25艾焦、非水可再生能源為11.32艾焦。
煤炭、石油、天然氣等化石能源的消費量占一次能源消費總量的82.7%，核電、水電、非水可再生能源占比為17.3%。2021年，我國一次能源人均消費為109.1吉焦/人，我國二氧化碳排放量為10523.0百萬噸。
在一次能源消費中，我國清潔能源消費總量要低于全球清潔能源消費總量6.5個百分點，而碳排放接近全球的1/3。
全球和我國電力現狀
2021年，全球總發電量為28466.3太瓦時，其中我國大陸為8534.3太瓦時，占全球總發電量的約30%。美國發電量為4406.4太瓦時，占全球總發電量的15.5%。印度為1714.8太瓦時、占比為6%，俄羅斯發電量為1157.1太瓦時、占比為4.1%，日本為1019.7太瓦時、占比為3.6%，巴西為654.4太瓦時、占比為2.3%，加拿大為641.0太瓦時，占比為2.3%。韓國為600.4太瓦時、占比為2.1%，德國584.5太瓦時，占比為2.1%，法國為547.2太瓦時、占比為1.9%，英國為309.9太瓦時、占比為1.1%。
按照電源形式分類，全球重油發電為720.3太瓦時，天然氣發電為6518.5太瓦時，燃煤發電為10244.0太瓦時，核電為2800.3太瓦時，水電為4273.8太瓦時，可再生能源發電為3657.2太瓦時，其他電源形式為252.2太瓦時。在全球電力系統中，煤炭、天然氣、重油等化石燃料的發電量占比最大，為61.42%。化石燃料中石油主要以交通運輸使用為主。
全球和我國核電發展情況
根據IAEA統計，截至2021年底，全球在運核電機組442臺，總裝機容量39417.7萬千瓦，分布在全球32個國家和地區。2021年，全球核電發電量為2800.3太瓦時，占全球總發電量的9.8%。其中，在各個國家電力結構中，法國核電占比最大，達到69%。
我國核電發電量為407.5太瓦時，位居世界第二，僅次于美國，但是在我國電力結構中的占比僅為5%，在全球32個有核電的國家中，我國核電占比僅排在第27位。
我國核電發展現狀
核電區域分布及裝機情況
我國核電分布在沿海8個省份，在運核電機組54臺，總裝機容量5577.774萬千瓦。在建機組21臺，總裝機容量2350.6萬千瓦。已核準待開工機組4臺，總裝機容量490.1萬千瓦，在建和核準機組總計2840.7萬千瓦。
從具有核電的省份來看，核電在當地電力結構中的占比已經達到發達國家水平，如福建、海南的核電發電量在其電力結構中占比將達到1/3，廣東、遼寧、浙江等三省的核電發電量也將近20%。
核電年運行小時數情況
我國核電年利用小時數可以達到7000小時以上。相比間歇性的光伏發電、水電和風電，核電可以作為穩定的基荷電源。2021年，我國核電機組平均利用小時數為7802小時，相比每年8760小時，平均年負荷因子約90%。可以看作是運行325天，每年僅僅40天沒有運行。同期，風電運行小時數為2232小時，相當于全年25%時間內出力，即全年僅運行93天，相當于272天沒有運行。而光伏發電全面利用小時數更低，僅為1281小時，相當于全年15%的時間內出力，即全年僅運行53天，312天處于停運狀態。
風電、光伏發電的可利用小時數少，在其大規模建設并網時，需要注意電網的調節性能，而核電是穩定可靠的基荷電源。
我國在運和在建核電機組的堆型
我國核電機組堆型以壓水堆為主，也建設了少量的重水堆、高溫氣冷堆、鈉冷快堆等。我國在運的54臺核電機組中，51臺屬于壓水堆，2臺重水堆、1臺高溫氣冷堆。在建的核電機組中，包括2臺鈉冷快堆，其他的機組全部采用壓水堆技術。
我國玲龍一號小堆采用一體化的ACP100技術，目前正在海南昌江核電站建設，這是全球為數不多的幾個在建小堆項目，代表著我國小堆技術走在世界前列。
我國正在有序推進以高溫氣冷堆和鈉冷快堆為代表的第四代核能系統建設。高溫氣冷堆核電站示范工程得到國家重大科技專項的支持，目前已經并網發電。我國鈉冷快堆實驗堆得到了國家863計劃支持，于2010年建成。2臺60萬千瓦的示范快堆工程正在福建霞浦核電站按進度建設。
我國聚變堆正在追隨世界前沿技術的步伐，建成了東方超環EAST和換流器二號M裝置(HL-2M)，成為世界磁約束聚變重要實驗裝置，并獲得創紀錄的實驗結果。
核能綜合利用情況
商用核電機組的綜合利用在國外有成熟的經驗。截至2020年底，在全球32個國家總計442臺在運核電機組中，有11個國家69臺機組除核能發電外，還實現了包括區域供暖、工業供熱、海水淡化等其中一項或兩項的綜合利用。
我國也在積極推動核能綜合利用。山東海陽建設首個“零碳”供暖城市。海陽核電供熱一期工程供熱面積70萬平方米，被國家能源局命名為“國家能源核能供熱商用示范工程”。海陽核電供熱二期工程，供熱面積450萬平方米，覆蓋整個海陽市，為20萬居民供熱。三期900MW遠距離跨區域核能供熱工程正在按計劃穩步推進，計劃于2023年底供暖季投運，屆時供熱面積可達3000萬平方米，可滿足約100萬人口的取暖需求。
在核電新發展模式上，秦山核電與海鹽縣正在探索打造“零碳未來城”。2021年，浙江海鹽核能供熱示范工程(一階段)項目建成投產，成為我國南方地區首個核能供熱項目，并順利實現首個供熱季安全清潔供熱。2022年，為更好助力“雙碳”目標，浙江海鹽核能供熱示范工程(二階段)工業供熱項目于7月15日正式開工建設，探索更加清潔、高效的工業熱能替代方案，將對熱力需求企業減排降碳、改善環境、發展社會經濟作出重要貢獻，開啟企地互惠共贏、零碳發展的新篇章。
田灣核電蒸汽供能項目是我國首個工業園區核能供汽工程，該工程預計將在2023年底正式完工。屆時，零碳排放的清潔蒸汽將從田灣核電站源源不斷地輸向江蘇連云港徐圩新區石化基地，每年供汽量將達480萬噸，可等效減排二氧化碳107萬噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸，相當于新增植樹造林面積2900公頃。未來隨著碳核算的逐步展開，田灣核電蒸汽供能項目還可以為石化基地每年節省碳排放指標70多萬噸。
2022年11月遼寧紅沿河核電站核能供暖示范項目正式供熱，規劃供熱面積24.24平方米，替代所在區域的原有12個燃煤鍋爐房。
高溫氣冷堆示范工程出口溫度為750℃，后續建設的反應堆出口溫度可以達到800—1000℃，從而使發電效率可以大于40%，為多用途熱利用提供了條件。近期注重于高溫氣冷堆在發電、工業熱應用、海水淡化、區域靈活供熱/供電領域等領域研發，中長期注重于高溫裂解水制氫、交通運輸和鋼鐵冶煉等領域研發。
大數據、智能化等新技術對核電發展的促進作用
中核集團積極響應和落實國家互聯網+和大數據等國家戰略，加快推進新技術應用和基礎能力提升，推動重點專項建設。一方面加快數字核工業建設，系統設計和部署實施了多個專項工程，加快推進信息化建設、數字化轉型和業務協同發展，推進數字鈾礦山、核燃料生產和元件制造智能化、數字核電、數據中心建設以及統建企業資源計劃等重點工程建設。另一方面，部分科研院所和優勢單位正在結合業務需求加快推進大數據平臺建設、云計算應用以及人工智能研究和應用專項，助推業務鏈條協同開放，強化牽引拉動效應。
核能助力“雙碳”目標實現
核電是清潔能源
核電是清潔的，不排放二氧化碳，不會污染環境。發展核電可以避免因燃燒化石燃料而排放的二氧化硫等污染物。一座百萬千瓦核電機組每年可以減少排放640萬噸二氧化碳、2.1萬噸二氧化硫。2021年，我國核電發電量等效減少燃煤1.2億噸，減少二氧化碳排放3.0億噸，減少二氧化硫排放98.24萬噸。
核電是全生命周期碳排放最少的電源品種。考慮到核燃料循環前后端，我國核電總的溫室氣體歸一化排放量為11.9gCO2/度電。而煤電鏈為1072.4gCO2/度電、水電鏈為0.81-12.8gCO2/度電、風電鏈為15.9-18.6gCO2/度電、光伏發電為56.3-89.9gCO2/度電。世界核協會發布報告也表明，核電全生命周期的溫室氣體排放可與風電、水電相媲美。
我國積極安全有序發展核電的政策
自雙碳目標提出以來，我國積極安全有序推動核電發展。為保障雙碳目標的實現，我國建立了自上而下的系列文件支持核電的發展。中共中央、國務院發布的《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》指出，在確保安全的前提下有序發展核電。國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》指出，積極安全有序發展核電。
合理確定核電站布局和開發時序，在確保安全的前提下有序發展核電，保持平穩建設節奏。積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，開展核能綜合利用示范。加大核電標準化、自主化力度，加快關鍵技術裝備攻關，培育高端核電裝備制造產業集群。實行最嚴格的安全標準和最嚴格的監管，持續提升核安全監管能力。黨的二十大報告指出，要積極安全有序發展核電，確保能源安全。
我國核電發展規模預測
根據國家“十四五規劃”，到2025年，我國在運核電裝機達到7000萬千瓦，在建3000萬千瓦。根據雙碳目標，預計2030年、2035年核電發展規模達到1.31億千瓦、1.69億千瓦，發電量占比達到10.0%、13.5%。2030年、2035年，核電以華東、南方地區為主，華東、南方區域核電裝機占全國比重占比分別為80%、77.5%。考慮到2050年非化石能源電量占比80%的約束下，核電與風電將對傳統化石能源形成明顯的替代關系。
我國核電廠址足以支撐核能可持續發展
核電建設對廠址自然條件要求十分苛刻，包括地震地址、工程地址、工程水源、水文氣象、人口分布、交通運輸、周圍環境等，都需要從安全可靠性、環境相容性、技術可行性、經濟合理性等方面進行評價。
我國已經在18個省份組織開展了核電選址論證工作，按照每臺機組120萬千萬容量測算，目前在運、在建和完成階段性論證工作廠址有4.42億千瓦，其中沿海廠址有2.36億千瓦，內陸廠址有2.06億千瓦。
目前，國內核電企業仍在積極推動核電項目選址工作，初步判斷，仍可能再增加超過1億千瓦的廠址資源。但從目前廠址資源來看，我國廠址資源就可以達到5.42億千瓦。考慮條件良好的煤電廠址也可以作為核電廠址，將進一步增大我國廠址資源。因此，核電廠址不會成為阻礙我國核電發展的問題。
我國核電技術研發和部署不斷取得新突破
我國政府部門、核電企業、科研院所和高校積極推進核電技術研發。中核集團全面完成“龍騰2020”科技創新計劃，接續啟動“創新2030工程”，統籌推進產品開發工程、技術體系架構、基礎前沿探索“三條主線”，推動40余項示范工程(產品)建成和先導技術研發，推進初步實現核動力型譜化發展和核燃料閉式循環。
面向新時代，中核集團提出了建設先進核科技工業體系，打造世界一流企業集團，推動我國建成核強國的新時代“三位一體”奮斗目標。中核集團正在努力從跟跑、并跑向并跑、領跑轉變。
中國先進研究堆、中國實驗快堆等一大批核科技研發設施先后建成投用，自主核電燃料元件實現工業應用;自主三代核電“華龍一號”海內外示范工程全面建成，技術指標、建造工期、安全質量達到國際先進水平;全球首座陸上商用模塊式多用途小堆示范工程開工建設;高溫氣冷堆示范工程實現并網發電，快堆示范工程加快推進，第四代核電商業化應用邁出堅實步伐……中核集團技術進步快、發展活力強、發展勢頭好，已成為世界核科技領域最為朝氣蓬勃的企業之一。
我國已經構建“四位一體”鈾資源保障體系
面對我國鈾資源短缺的現實問題，我國核電企業加大國內鈾資源勘察開發力度、加強海外天然鈾開發、提高天然鈾產品和資源儲備能力、拓寬國際鈾資源貿易，形成了促進我國核電持續穩定發展的堅實保障，保障了我國天然鈾產業鏈、供應鏈的穩定、安全、可靠。此外，積極推進乏燃料循環利用，也可以在一定程度上緩解我國鈾資源供應壓力。替代原料的開發和利用，也將為鈾資源穩定供應掃清障礙，為核電可持續發展提供活水之源。
我國在積極推動核能綜合利用
我國高度重視推動核能綜合利用。國家多個政策文件指出，在北方城鎮加快推進熱電聯產集中供暖，加快工業余熱供暖規模化發展，積極穩妥推進核電余熱供暖;推動核能在清潔供暖、工業供熱、海水淡化等領域的綜合利用。
我國核電企業正在積極拓展核能多用途利用領域，充分對接核電站周邊市場需求，積極推進核電余熱供暖，推動在核電基地建設核能綜合利用示范項目。通過高溫氣冷堆技術給化工園區供給高參數的工業蒸汽，促進高溫氣冷堆和化工行業的耦合，中核集團正在推動示范項目建設，落地建成后將為化工行業帶來革命性的改變。核能綜合利用特別是在高耗能行業中的應用，將進一步凸顯核能的零碳價值。
隨著“雙碳”行動持續推進、能源安全戰略的深化落實，核能將在支撐中國“雙碳”目標實現過程中發揮不可或缺的作用，核能綜合利用將迎來重要發展機遇。
我國正在推進新技術在核電中的應用
我國核工業企業主動適應數字經濟的發展要求，持續推動核工業數字化建設，提升核工業的核心競爭力，推動我國核事業高質量發展。中核集團以數字技術應用推動產業鏈升級。系統規劃人工智能與核科技產業融合應用的頂層架構、技術路線和實施路徑，成立核工業機器人與智能裝備協同創新聯盟，有效推動中核集團產業鏈創新體系建設。
在數字核電領域，不斷迭代升級數字核電總體方案，逐步提升數字核電產業鏈智能化水平，促進產業協同發展。在核燃料智能生產領域，著力應用裝備智能化技術、數字孿生與仿真驗證技術，加速核燃料產業智能化升級。在數字鈾礦山領域，建立我國首個鈾礦山數字化基礎數據庫，構建中鈾礦冶云平臺，自主研發國內領先的數字鈾礦勘查系統并全面推廣應用，實現鈾礦勘查全流程數字化。
結論
強調2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和是黨中央作出的重大戰略決策，核能作為一種清潔能源，是低碳電力和熱能的重要來源，是雙碳進程中必不可少的一環。核能作為我國能源和電力統籌發展的戰略性保障，核能行業正處于并將長期處于發展的重要戰略機遇期。高質量發展核能，將不斷為社會經濟發展、能源結構優化、溫室氣體減排和“雙碳”目標實現等作出重要貢獻。
免責聲明：本網轉載自合作媒體、機構或其他網站的信息，登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其內容的真實性。本網所有信息僅供參考，不做交易和服務的根據。本網內容如有侵權或其它問題請及時告之，本網將及時修改或刪除。凡以任何方式登錄本網站或直接、間接使用本網站資料者，視為自愿接受本網站聲明的約束。
