全球核能發展的現狀與趨勢

田慧芳

2021年8月19日航拍的日本福島第一核電站。

2021年9月以來，全球能源價格飆升，一場能源危機席卷而來，至今仍未完全緩解。當前，全球能源格局處于深度調整中，傳統的化石能源逐漸被清潔低碳能源取代，而核能在構建現代能源體系、保護生態環境、應對氣候變化、實現碳中和目標、促進科技進步、提高國家綜合實力和保障能源安全等方面均可以發揮重要作用。但核能的潛在風險也真實存在，切爾諾貝利和福島核事故留在人們心里的陰影難以消除。究竟應該如何看待核能發展在現代能源體系中的作用？

早在氣候變化被提上全球議事日程之前，核能就已經顯示出其在實現可持續能源轉型方面的積極作用。核能最主要的應用是核能發電。歷史上，核電的發展大致經過了驗證示范、高速發展、滯緩發展和緩慢恢復四個階段。

1951年美國首次利用核能發電。1954年，蘇聯的第一座核電廠開始向電網送電，隨后核電在全球范圍內出現高速發展。根據英國石油公司（BP）的報告，在2011年福島核事故爆發前的2010年，世界核電發電總量為27672.25億千瓦。美國是世界最大的核電發電國，2010年占世界核電總量的30.7%;法國和日本分居世界第二和第三位，2010年分別占世界核電總量的15.5%和10.6%。

2011年日本福島核電站事故爆發后，世界核電工業遭遇沉重打擊。2012年，全球核電發電量出現了有史以來最大規模的下滑。全世界對核電安全性的審視再度興起，全球核電工業進入滯緩發展階段，直到2013年后世界核能產量才出現緩慢回升的趨勢。但截至目前，全球核能消費量仍低于2010年的水平。根據國際能源署（IEA）最新發布的《2021年全球能源回顧》報告，由于2020年疫情導致全球電力需求下降，再加上核電機組大修臨時停堆和部分機組永久關閉，2020年全球核能發電量為25530億千瓦，比2019年下降了約4%，降幅最大的是日本（-33%）、歐盟（-11%）和美國（-2%）。核電對全球電力供應的貢獻從1996年的峰值17.5%降至2020年的10.1%。盡管近年來核電工業發展速度放緩，但IEA預測，核電仍將是發達國家最大的低碳電力來源，2021年將出現微增。2021年，全球核電容量最大的十個國家依次是美國（91.5吉瓦，1吉瓦=100萬千瓦）、法國（61.3吉瓦）、中國（50.8吉瓦）、日本（31.7吉瓦）、俄羅斯（29.6吉瓦）、韓國（24.5吉瓦）、加拿大（13.6吉瓦）、烏克蘭（13.1吉瓦）、英國（8.9吉瓦）和西班牙（7.1吉瓦）。

從國家層面來看，核能在各國能源供給中所扮演的角色呈現巨大差異，各國在核能發展政策方面也各有區別。多數經濟體，如美國、加拿大、中國、俄羅斯、印度、阿根廷、巴西、埃及、芬蘭、匈牙利、波蘭、沙特、英國和烏茲別克斯坦等對核能發展持樂觀態度。但也有不少發達經濟體，如法國、德國、西班牙、比利時、瑞士等計劃逐步降低核電份額或堅持淘汰核能。

美國是目前世界上核能發電量最多的國家，有93座核反應堆，占全球核能發電量總量的24%，核電占美國清潔電力的50%以上。美國政府一直支持核電發展。2020年美國啟動了先進反應堆示范計劃（ARDP），打算提供總額1.6億美元的初始資金，支持建造兩座可在五至七年內投入運行的示范先進反應堆。2021年美國基礎設施法案對先進核反應堆示范項目投資和清潔電力標準的規定，也將更有效激發美國現有核工業的潛力。此外，小型模塊化反應堆（SMR）設計認證也在進行中。美國還宣布了一項2500萬美元的“核期貨一攬子計劃”，旨在推動現代核能發電和創新發展，并與其他國家建立伙伴關系，以支持美國實現核能發展目標。

截至2020年底，中國大陸運行核電機組共49臺。盡管2020年核電僅占中國電力的5%，但中國已經僅次于美國和法國，成為世界第三大核能生產國。中國目前在建的核反應堆有18座，計劃建設的有39座。中國“十四五”規劃明確提出核電運行裝機容量要達到70吉瓦，并加大自主技術研發推廣力度，目前“華龍一號”“國和一號”、高溫氣冷堆等都是中國擁有自主知識產權的核電型號。2021年1月“華龍一號”5號機組已正式投入運行。

俄羅斯作為能源出口大國，核能出口一直是俄羅斯的國家戰略，這一戰略在福島核事故發生后也從未間斷。其核能技術，包括三代反應堆（VVER）、小型模塊化反應堆（SMR）以及浮動堆，都處于世界領先水平。2021年，俄羅斯批準了建造浮動SMR船隊的計劃，為俄羅斯遠東地區的采掘業提供動力。截至2020年底，核能在俄羅斯能源結構中占比為20.28%，俄羅斯的目標是在2045年前將核電在俄羅斯能源結構中的占比提高到25%。

雖然福島核事故對日本核電工業造成巨大影響，但日本已確認到2030年，要將核電在能源結構中的占比提高到20%～22%（2020年核能占比為4.3%），并強調核能在實現日本2050年氣候中和承諾方面的作用。

英國于2020年底發布了《能源白皮書》，《白皮書》強調了核能對于兌現英國2050年氣候中和承諾所起的作用。《白皮書》指出，到2024年英國還將至少再建一座核電站，并為SMR、先進反應堆以及核聚變反應堆提供支持，目標是到2050年將核容量增加到40吉瓦。

加拿大于2018年12月發布了SMR路線圖，隨后在2020年發布的SMR行動計劃中，詳細列出多種應用開發、演示和部署SMR的后續步驟。2021年3月，加拿大政府宣布為莫爾泰克斯能源（Moltex Energy）提供5600萬加元的資金，用于加拿大大西洋地區SMR的開發。目前加拿大安大略省的達林頓和布魯斯核電站正耗資260億加元進行翻新工程，以使核電站能夠在本世紀中葉之后繼續運行。2020年，核電占加拿大總發電量的15%左右。

印度和波蘭也都制定了自己的核能發展計劃。印度計劃到2030年建造21座新的核電站。2021年初，波蘭批準了一項面向2040年的能源政策，計劃開發6吉瓦～9吉瓦的核能作為多元化能源組合的一部分，以降低對煤炭和進口天然氣的嚴重依賴。波蘭的第一座核電站有望在2033年啟用，預計到2043年還會額外增加五座。

然而，核事故的陰影仍然在許多國家和民眾心里揮之不去，直接影響了政府的決策。福島核事故發生后，西班牙、德國、比利時和瑞士都先后宣布要放棄核能或減少對核能的依賴。2020年，法國在《中期能源規劃》和《長期脫碳戰略》中，強調了核能是法國能源戰略支柱，但同時也承諾將在2035年以前關閉14座核反應堆，把核電比例從2020年的70%多降到2035年的50%。

總的來看，當前核能的發展與其作用相比還有很大不足，潛力亟待挖掘。IEA預計，到2050年，在全球90%的可再生能源電力中，風力和光伏發電的份額占70%，其余的30%則需要由核能來提供。尤其核能和可再生能源相結合的混合能源系統可以顯著減少溫室氣體排放，其固有的高安全性和高效率的熱電聯產能力，可以滿足不同用戶的電力需要。除核電外，核能的非電力應用潛力巨大。SMR和先進四代堆技術能夠供應更高溫度的熱量，這使得核能技術可以滿足某些電力和供熱領域的生產要求，包括海水淡化、制氫、原油開采、石油化工、船舶運輸甚至是太空應用。因此，綜合考慮清潔低碳、經濟性、靈活性和能源安全等要素，核能將為全球過渡到凈零能源系統提供“必不可少的基礎”。

2021年12月14日，數名環保主義者在法國巴黎舉行抗議活動，譴責法國總統馬克龍將核能和化石能源納入歐盟綠色投資名單。

盡管希望多多，但核能的發展仍然受到很多因素的制約。一是高昂的成本。新建核電站的成本依然不斷上升。無論是二代還是三代機組，從前期工作到最后建成往往需要十年以上，建設投資巨大，且單位造價極高。同時，核電站的運營和維護成本高。核電站的運營成本占到總成本的30%，包括高要求的備品備件、核安全級供應商資質的維護、人員的終身培訓以及對高素質人才的需求等。二是核廢料的選址和處置帶來的對核安全的擔憂。切爾諾貝利和福島核事故發生后，公眾情緒發生了顯著變化，很多人抵觸發展和利用核能。這種抵觸情緒與繼續提供可靠和負擔得起的電力供應之間的平衡往往會對政治決策產生重要影響。盡管目前核廢料技術的進步和國際標準都已經將風險降至最低，但公眾對核事故的擔憂使核能成為一種最有爭議的能源。三是新型反應堆的研發時間和高額成本問題，再加上核電特有的核不擴散及敏感技術限制，增加了私人投資者的風險，這也在很大程度上限制了私人投資者參與項目的可能性，影響核電技術的創新與廣泛的商業化應用。

因此，充分發揮核電的綜合能源作用，優化其特性，并與其他能源形成有效配合互補，逐步小型化并降低成本將是核電未來的發展方向。這首先需要政府通過對核能的有效監管，實現核能的安全部署和利用，保護人類和環境免受電離輻射的潛在有害影響，從而增強民眾和投資者信心。其次，需要創造有力的政策環境，為更廣泛部署創造條件，包括促進核能投資的增加。根據IEA發布的《世界能源展望2021》，由于政策和市場存在不確定性，2020年核能投資為370億美元，比2019年減少了5%。此外，還應該推動更安全的核能技術的研究和廣泛應用，并在能源政策和融資方面采取科學主導和技術中立的方式，促進核能和可再生能源之間的可持續合作。