實現(xiàn)“雙碳”：核能的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

文／于俊崇 鐘明君

隨著國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，國內(nèi)傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)越來越不能滿足國家發(fā)展和人民生活的需要。要求進(jìn)行能源供給側(cè)與消費側(cè)、體制與機(jī)制革命，以及加強(qiáng)國際合作，建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，使中國在實現(xiàn)“雙碳”過程中，構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，推動我國走上高質(zhì)量發(fā)展軌道。習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上向世界莊嚴(yán)承諾，為應(yīng)對全球氣候變化，中國人民共和國二氧化碳排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和。在已制定的“十四五”國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展綱要中，也明確要求“落實2030年前碳達(dá)峰行動方案”“錨定努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，采取更加有力的政策和措施”，彰顯了我國走綠色低碳發(fā)展道路的堅強(qiáng)信念和堅定決心。

實現(xiàn)“雙碳”是我國向世界宣布的公開承諾

專家指出，節(jié)能增效是支撐碳達(dá)峰、碳中和最核心的因素。目前我國在節(jié)能增效方面落實舉措尚有巨大潛力。以2005年到2015年為例，中國通過節(jié)能，累計減少消費1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放3.6億噸，但能耗仍是世界平均水平的1.4～1.5倍。

我國地域遼闊，人口眾多，國民經(jīng)濟(jì)規(guī)模如此龐大，既有技術(shù)革新、革命的潛力，更有每一個人“處處事事節(jié)約”的潛力。如果每一個人從大處著眼，小處著手，養(yǎng)成節(jié)能好習(xí)慣，一年一人節(jié)省一度電，全國就是一個2萬kW小電站的全年發(fā)電量；一人一天節(jié)約一粒米，14億人口就是2300多斤，更重要的是節(jié)約從耕種、栽培、澆水、化肥、農(nóng)藥到收割所需的能源。但僅依靠“技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能增效”來實現(xiàn)“雙碳”，無論是進(jìn)度還是力度都難以滿足要求。另外，無論是技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造，還是培育人們尊重自然和節(jié)約的素養(yǎng)，所有這些都不能拈手就來，需要能力和時間兩方面的積累與培養(yǎng)。

實現(xiàn)“雙碳”到目前為止還沒有拿來即成的措施取代燃煤實現(xiàn)“雙碳”，也沒有“成熟可用的技術(shù)”拿來解決實現(xiàn)“雙碳”過程中所有的技術(shù)問題。但在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)“雙碳”是我國向世界宣布的公開承諾，只能提前決不能延期。在這種前有“阻截”（技術(shù)難點），后有“追兵”（限期完成）的情況下，要想取得勝利（實現(xiàn)“雙碳”），不僅要有勇（苦干）而且要有謀（創(chuàng)新），即只有通過創(chuàng)新——技術(shù)創(chuàng)新和機(jī)制創(chuàng)新，也就是習(xí)總書記倡導(dǎo)的“實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略”和能源革命五點要求：消費革命、供給革命、技術(shù)革命、體制革命和全方位加強(qiáng)國際合作。

在當(dāng)今形勢下，實施創(chuàng)新戰(zhàn)略顯得特別重要。我們國家“以市場換技術(shù)”“拿錢買技術(shù)”等方法，以獲得先進(jìn)國家二流甚至三流技術(shù)時，過去他們感到有利可圖，還是愿意的。但當(dāng)我們從“跟跑”到“并跑”，再到局部（或個別）“領(lǐng)跑”的時候，人家不干了。不僅得不到他們的技術(shù)，還處處打壓我們。西方國家的所作所為，大家都親歷了。怎么辦？只有走自己的路。必須自己摸索，自己創(chuàng)造、發(fā)明。

核能，難得的歷史機(jī)遇期

在其他能源為實現(xiàn)“雙碳”尚需技術(shù)攻關(guān)的情況下，核能較其他清潔能源具有獨特滿足“雙碳”需求的發(fā)展優(yōu)勢：

首先，能量密度特別大，1kgu-235裂變能相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

其次，技術(shù)成熟、綠色環(huán)保、供熱穩(wěn)定，是以可再生能源為基礎(chǔ)新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定電源；實現(xiàn)碳中和以后仍是滿足生產(chǎn)、生活需要的優(yōu)選輔助電源。

再次，減排效果顯著。一座百萬kW核電廠可替代300～360萬噸標(biāo)煤，可減少600萬噸左右二氧化碳，40萬噸左右煙塵、灰渣排放。

黨和國家為發(fā)展“雙碳”，對發(fā)展核電寄予期望和鼓勵。習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中提到加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系時，強(qiáng)調(diào)“積極有序發(fā)展核電”。李克強(qiáng)總理在十三屆人大四次會議上指出2021年重點工作時，強(qiáng)調(diào)“在確保安全前提下積極有序發(fā)展核電”；在最近向二十三屆太平洋地區(qū)能源大會致賀文中，又一次表示“中國政府堅定支持在確保絕對安全前提下積極有序發(fā)展核電”。

專家預(yù)測，為了實現(xiàn)“雙碳”，到2035年可能需要2億kW核電，到2050年則需3.35億kW，而目前（2021年）僅5560萬kW，按建設(shè)周期5年計，每年必須投產(chǎn)12～15臺百萬kW級機(jī)組。總之，核能需要大發(fā)展。

核能發(fā)展將受到其他能源技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)

我國清潔可再生能源資源豐富，是未來高峰能耗的2.7倍，隨著一系列“卡脖子”技術(shù)的突破，將對核能產(chǎn)生極大挑戰(zhàn)。

首先是新能源技術(shù)快速發(fā)展前景的挑戰(zhàn)。“儲能”技術(shù)發(fā)展很快，鈉電池、鈣鈦礦電池出現(xiàn)較鋰電池不僅充電時間快，而且使用壽命長、安全性高、穩(wěn)定性好。大容量儲能技術(shù)也有很大發(fā)展，熔鹽儲能、電磁儲能、壓縮空氣儲能等都有很大發(fā)展，儲能電站已建10余座，最大容量已達(dá)30萬kW。

電網(wǎng)的挑戰(zhàn)。適合穩(wěn)定性差的電源傳輸?shù)娜嵝噪娋W(wǎng)技術(shù)已投入使用，如張家口到北京、蘇北到上海等。適合家庭分散的“分布式智能電網(wǎng)”也已由南方電網(wǎng)研制成功，在貴州六盤水投入使用。

價格的挑戰(zhàn)。光伏、風(fēng)電初投資分別為3000～4600元/kW和2400～5500元/kW；上網(wǎng)電價國家于2022年始已全部停止補(bǔ)貼，風(fēng)電為0.29～0.47元/度，光伏為0.35～0.49元/度，現(xiàn)已低于煤的上網(wǎng)電價；據(jù)報道，有些地方風(fēng)電價格已降到0.10元/度，太陽能0.15～0.20元/度。核電機(jī)組造價12000～18000元/kW，國家規(guī)定上網(wǎng)電價0.438元/度，現(xiàn)在有些地方降為0.3～0.4元/度。

制造時間的挑戰(zhàn)。中國風(fēng)光電發(fā)展速度和設(shè)備制造能力領(lǐng)先全世界。2021年可再生能源增長占全球總增長46%，為134GW；歐盟為47GW，英國為36.2GW。全球使用的太陽能電池約2/3來自中國，太陽能晶片市場占有率高達(dá)95%左右；全球十大太陽能組件制造廠七家在中國；十大風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商七家在中國。一座百萬kW風(fēng)電廠制造時間僅要36天；百萬kW光伏電廠制造時間約兩個月。一臺百萬kW核電機(jī)組制造周期約60個月，國內(nèi)年生產(chǎn)能力僅6～8臺機(jī)組。

光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率的挑戰(zhàn)。目前我國的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)26.5%（鈣鈦礦太陽能電池），居世界第一位；而2000年當(dāng)時鈣鈦礦薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率最高值為16.7%，20世紀(jì)70年代，非晶硅轉(zhuǎn)換效率僅10%。

風(fēng)電機(jī)組發(fā)電能力的挑戰(zhàn)。一根風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力，近幾年幾乎提高10倍，從過去的0.8MW到現(xiàn)在的最大7.5MW，現(xiàn)在陸地單機(jī)容量10MW級、海上單機(jī)容量16MW級在我國也已下線。

煤的清潔利用的挑戰(zhàn)。我國有豐富的煤炭資源，被稱為我國能源的穩(wěn)壓器和壓艙石，近些年來，我國對煤的清潔利用取得不俗成績，除塵、脫硫、脫硝技術(shù)基本普及，CCUS示范技術(shù)已在多處電廠和水泥廠開展。大自然的碳匯能力恢復(fù)提升很快，森林覆蓋率從建國初的8.6%提升到目前的23.04%。清潔利用的煤資源必然是以新能源為基礎(chǔ)新型電力系統(tǒng)的優(yōu)先備選的保障能源，對核能形成強(qiáng)烈挑戰(zhàn)。

各種新技術(shù)的挑戰(zhàn)。還有一些原來看似異想天開的技術(shù)也已成為事實或已體現(xiàn)它的發(fā)展前景。如城市垃圾變?yōu)槌鞘小坝吞铩薄帮w機(jī)燃料”；新型鎂/海水燃料電池已完成三千米深海試驗；天地間溫差發(fā)電；太陽能直接裂解水產(chǎn)生氫氣；空氣電池、微生物燃料電池；二氧化碳各種直接利用技術(shù)（二氧化碳制葡萄糖、制化工原料、晶體材料、礦化發(fā)電等）；液態(tài)陽光；太陽能電池板夜間也能發(fā)電；二氧化碳和水、陽光產(chǎn)生航空燃油，光催化劑一步到位將硫化氫轉(zhuǎn)化為氫，等等。現(xiàn)在雖還處于開發(fā)階段，但幼小樹苗終會成長為參天大樹。所有這些技術(shù)必將成為能源行業(yè)的新興力量，都將會對核能構(gòu)成挑戰(zhàn)。

迎接挑戰(zhàn)，核能必須與時俱進(jìn)

在其他能源利用技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的情況下，核能的“初投資高”和“技術(shù)要求高”是難以克服的“缺點”，必須不斷發(fā)展新技術(shù)，以保證總體性能立于不敗之地。

用新技術(shù)改造二代加核電機(jī)組。我國有近50臺二代加機(jī)組，在實現(xiàn)“雙碳”以后大多仍要繼續(xù)運行，所以必須加強(qiáng)技術(shù)改造，以提高經(jīng)濟(jì)性。

積極有序發(fā)展三代核電。努力提高三代核電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，主要減少保守型，降低照價。

開發(fā)適用不同場合的小微核反應(yīng)堆。用于供汽供熱水，用于取代化工和民用的燃煤，以及用于制氫和熱解地下稠油等。

加大核能利用產(chǎn)業(yè)鏈中薄弱環(huán)節(jié)的技術(shù)研發(fā)。如三廢處理和乏燃料處置中的關(guān)鍵技術(shù)，以及還未自主的一些軟件及元器件等。

加大先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用。如長壽期燃料、耐事故燃料元件、高可靠性設(shè)備及健康管理、老化管理技術(shù)，數(shù)字化、信息化和智能化技術(shù)及應(yīng)用，非壓水型反應(yīng)堆及四代堆技術(shù)，等等。

在黨中央新發(fā)展理念的指引下，實現(xiàn)“雙碳”不僅僅是為了拯救地球氣候，也是我國高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求，不僅是一場能源領(lǐng)域的深刻變革，而且也是人類生態(tài)文明理念的一場革命，意義重大。

短期內(nèi)沒有一種能源能夠獨立取代煤炭實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。在實現(xiàn)“雙碳”過程中及其以后，需要每一種能源做貢獻(xiàn)，包括煤的清潔利用。

核能是人類不可或缺的能源，在實現(xiàn)“雙碳”過程中及碳中和之后，都是不可或缺的。每一種能源的應(yīng)用技術(shù)都在不斷發(fā)展，核能的安全性、經(jīng)濟(jì)性、方便可用性等技術(shù)也必須與時俱進(jìn)，否則在發(fā)電領(lǐng)域?qū)⒈黄渌茉慈〈皇遣豢赡艿摹?/p>

在實現(xiàn)“雙碳”過程中，每個人既是節(jié)能減排的變革者，又是建設(shè)生態(tài)文明的變革對象，變革不尊重自然的陳舊觀念，使我們每個人做到尊重自然、順應(yīng)自然、人與自然和諧共生，并要保護(hù)自然，并將這一理念內(nèi)化于心、外化于形，體現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ畹囊稽c一滴中。