淺析清潔能源系統(tǒng)型中的核電

清潔能源轉(zhuǎn)型中核電扮演重要角色

目前核電為電力生產(chǎn)做出了重大的貢獻(xiàn)，2018年全球10%的電力供應(yīng)來自核電。在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，核電在發(fā)電量中的占比達(dá)到18%，是最大的低碳電力來源。然而，近年來，核電在全球電力供應(yīng)中的占比持續(xù)下降。這是由發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體推動的，在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中，核電機(jī)組正在老化，新增的裝機(jī)已逐漸減少，二十世紀(jì)七十年代和八十年代建造的一批電廠已經(jīng)退役，這減緩了向清潔電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的速度。盡管太陽能和風(fēng)能增長令人印象深刻，但由于核能的減少，2018年清潔能源在總電力供應(yīng)中的占比僅為36%，與20年前相同。阻止這一下滑對于加快電力供應(yīng)脫碳化步伐至關(guān)重要。

2018年核電在各國發(fā)電量中的占比 

2018年發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體低碳電力情況（按來源劃分）

全世界清潔能源轉(zhuǎn)型將需要包括核電在內(nèi)的一系列技術(shù)。全球能源越來越多地以電力為基礎(chǔ)。這意味著，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)清潔的關(guān)鍵是將電力部門從最大的二氧化碳排放生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞紒碓?，從而減少運(yùn)輸、供暖和工業(yè)等領(lǐng)域的化石燃料排放。雖然預(yù)計可再生能源將繼續(xù)處于領(lǐng)先地位，但核能也可以與使用碳捕獲、利用和儲存（CCUS）的化石燃料一起發(fā)揮重要作用。在全球巨大的能源需求和二氧化碳排放量的情況下，各國應(yīng)設(shè)想核能在未來能源中的角色。要實(shí)現(xiàn)符合可持續(xù)性目標(biāo)—包括國際氣候目標(biāo)—的軌道，清潔電力的擴(kuò)張需要比目前快3倍。到2040年，全球85%的電力將需要來自清潔能源，而目前這一比例僅為36%。除了對效率和可再生能源的大規(guī)模投資外，到2040年，全球核電發(fā)電量還需要增加80%。

全球核電避免的CO2排放量（累計值）

核電站以多種方式為電力安全做出了貢獻(xiàn)。核電站有助于保持電網(wǎng)穩(wěn)定。在一定程度上，它們可以根據(jù)需求和供給的變化調(diào)整運(yùn)營。隨著風(fēng)能和太陽能光伏（PV）等間歇性可再生能源的占比上升，對此類服務(wù)的需求也將增加。核電站可以通過減少對進(jìn)口燃料的依賴，減少可再生能源發(fā)電引起的季節(jié)性波動影響，并加強(qiáng)能源安全。

延長核電站的壽命是使能源轉(zhuǎn)型回到正軌的關(guān)鍵

在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，政策和監(jiān)管的決定對老化反應(yīng)堆的命運(yùn)仍然至關(guān)重要。他們的核電站的平均服役時間為35年。歐盟和美國擁有最大的現(xiàn)役核電站（超過100GW），這些核電站也是最老的：歐盟的反應(yīng)堆平均服役時間達(dá)到35年，而美國則達(dá)到39年。在大多數(shù)情況下，最初設(shè)計的服役年限為40年。到2025年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體目前約四分之一的核電裝機(jī)將被關(guān)閉—這主要原因是減少核能“角色”出現(xiàn)的政策導(dǎo)致的。剩余裝機(jī)的命運(yùn)取決于未來幾年有關(guān)延長運(yùn)營時間的決定。例如，在美國，約有90座反應(yīng)堆擁有60年的運(yùn)營許可證，但有其中的幾個反應(yīng)堆已經(jīng)提前退役，更多的反應(yīng)堆面臨退役風(fēng)險。在歐洲、日本和其他發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，核電站壽命的延長也面臨著不確定的前景。

反應(yīng)堆建設(shè)啟動和核能在總發(fā)電量中的占比

選定國家或地區(qū)核電裝機(jī)的運(yùn)營時間

經(jīng)濟(jì)因素也在發(fā)揮作用。對于核電站，壽命延長相較新建要便宜得多，通常與其他發(fā)電技術(shù)（包括新的風(fēng)能和太陽能項目）相比具有成本競爭力。然而，它們?nèi)匀恍枰罅客顿Y來更換和翻新使電廠能夠繼續(xù)安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件。低電力批發(fā)價格和碳價，加上關(guān)于冷卻反應(yīng)堆用水的新規(guī)定，使得美國的一些核電站經(jīng)濟(jì)上無法“存活”。此外，市場和監(jiān)管制度往往懲罰核電，因?yàn)樗鼪]有為核電作為清潔能源的價值定價，也沒有為核電安全做出貢獻(xiàn)。因此，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的大多數(shù)核電站都有可能過早關(guān)閉。

截止2019年5月核電裝機(jī)容量（按國家劃分）

投資發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體新核項目的障礙是巨大的

建造新核電站的計劃將極大地影響實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的機(jī)會。防止核電站過早退役并使其取得更長的延期減少了增加可再生能源的需要。但如果沒有新的建設(shè)，核電只能為向更清潔的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型提供暫時的支持。

新核電站建設(shè)的最大障礙是調(diào)動投資。建造新核電站的計劃或?qū)⒚媾R著與其他發(fā)電技術(shù)相競爭，以及大型核項目需要數(shù)十億美元前期投資的擔(dān)憂。在引入有競爭力的批發(fā)市場的國家，這些疑慮尤其強(qiáng)烈。

核能技術(shù)本性所產(chǎn)生的一些特有的挑戰(zhàn)可能會阻礙投資的進(jìn)行。主要的阻礙包括投資規(guī)模大、籌備時間長；施工問題、延誤和成本超支的風(fēng)險；以及未來政策或電力系統(tǒng)本身發(fā)生變化的可能性。在芬蘭、法國和美國的在建先進(jìn)反應(yīng)堆的工程中存在長期拖延。事實(shí)證明，它們的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最初的預(yù)期，抑制了投資者對新項目的興趣。相反，盡管韓國計劃減少對核電的依賴，但是該國在按時和按預(yù)算完成新項目建設(shè)方面的記錄要好得多。

在建核電站情況（按所有權(quán)和地區(qū)劃分）

如果沒有核投資，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源系統(tǒng)將要困難得多

發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)有核電站和新核電站投資的崩潰將對排放、成本和能源安全產(chǎn)生影響。如果發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體沒有進(jìn)一步投資，延長現(xiàn)有核電站的運(yùn)行壽命或開發(fā)新項目，到2040年，這些國家的核電裝機(jī)將下降約三分之二。在各國政府目前的政策雄心下，雖然可再生能源投資將繼續(xù)增長，但天然氣發(fā)電以及少量的煤電裝機(jī)將在取代核能方面發(fā)揮重要作用。對于各國的電力安全，這將進(jìn)一步提高天然氣的重要性。到2040年，累計二氧化碳排放量或?qū)⒃黾?0億噸，對于數(shù)值已經(jīng)相當(dāng)大的排放目標(biāo)來說，將增加更大的困難。隨著新裝機(jī)和配套電網(wǎng)建設(shè)以抵消即將退役的核電站的發(fā)展，投資需求或?qū)⒃黾?00億美元。

在核電減少的情況下實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型是可能的，但需要付出非凡的努力。政策制定者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)必須找到辦法，創(chuàng)造條件，刺激對其他清潔能源技術(shù)的必要投資。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體將面臨相當(dāng)大的低碳電力短缺。風(fēng)能和太陽能光伏將是被要求取代核能的主要來源，它們的增長速度需要以前所未有的速度加快。在過去20年中，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的風(fēng)能和太陽能光伏裝機(jī)增加了約580GW。但在未來20年，為了抵消核電裝機(jī)下降而需要建設(shè)的風(fēng)能和太陽能光伏裝機(jī)是過去20年的5倍。要實(shí)現(xiàn)這一增長，就需要克服各種非市場障礙，如公眾和社會對項目本身的接受，以及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)擴(kuò)張。與此同時，核電可以幫助緩解可再生能源一體化的技術(shù)困難，降低電力系統(tǒng)改造的成本。

隨著核電的消失，電力系統(tǒng)靈活性或?qū)⑾陆怠５窒@種影響的備選辦法包括建設(shè)新的天然氣發(fā)電廠、增加儲能裝機(jī)（如抽水蓄能、電池或氫氣等化學(xué)技術(shù)）和需求側(cè)措施（鼓勵消費(fèi)者對價格信號的響應(yīng)）。增加與鄰近系統(tǒng)的互聯(lián)也將提供額外的靈活性，但當(dāng)一個區(qū)域的所有系統(tǒng)都有非常高的風(fēng)能和太陽能光伏占比時，其有效性就會下降。

用更多的可再生能源來抵消更少的核電，成本會更高

將核能排除在方案之外，會導(dǎo)致消費(fèi)者電價上漲。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的核電裝機(jī)急劇下降將意味著其他形式的發(fā)電和電網(wǎng)需求大幅增加。2018~2040年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電力部門將需要約1.6萬億美元的額外投資。盡管最近風(fēng)能和太陽能成本有所下降，但增加新的可再生能源裝機(jī)需要的資本投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過延長現(xiàn)有核反應(yīng)堆的壽命。需要擴(kuò)展輸電網(wǎng)以連接新工廠和升級現(xiàn)有線路以處理額外的電力輸出也會增加成本。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體所需的額外投資不會被業(yè)務(wù)費(fèi)用的節(jié)省所抵消，因?yàn)楹穗娙剂铣杀竞艿?，運(yùn)營和維護(hù)占電力供應(yīng)費(fèi)用總額的一小部分。如果不廣泛延長壽命或開展新的項目，整個發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電力供應(yīng)成本平均將高出近800億美元/年。

核電站壽命延長的平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）

需要強(qiáng)有力的政策支持，以確保對現(xiàn)有和新核電站的投資

一直保留使用核能選擇的國家需要改革其政策，以確保在公平競爭的環(huán)境中競爭。它們還需要解決延長壽命和新能力方面的投資障礙。重點(diǎn)應(yīng)放在以重視包括核電在內(nèi)的低碳技術(shù)的清潔能源和能源安全屬性的方式設(shè)計電力市場上。

鑒于項目的高成本，以及一些國家最近不利的經(jīng)驗(yàn)，確保對新核電站的投資將需要更具侵入性的政策干預(yù)。投資政策需要通過長期合同、價格保障和國家直接投資相結(jié)合的方式克服融資障礙。

人們對適合私人投資的先進(jìn)核技術(shù)（如小型模塊化反應(yīng)堆）的興趣越來越大。這項技術(shù)仍處于開發(fā)階段。各國政府有理由通過為研究和發(fā)展提供資金、為風(fēng)險投資建立公私合作關(guān)系，以促進(jìn)這一目標(biāo)。反應(yīng)堆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化對于小型模塊化反應(yīng)堆規(guī)模經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

需要在核技術(shù)的運(yùn)作和發(fā)展方面繼續(xù)開展活動，以保持技能和專門知識。最近發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的核部署速度相對緩慢，這意味著目前存在失去人力資本和技術(shù)訣竅的風(fēng)險。保持人的技能和工業(yè)專門知識應(yīng)成為旨在繼續(xù)依賴核電的國家的優(yōu)先事項。

翻譯＆編輯：Mirakuru＠ERR能研微訊團(tuán)隊