“碳達峰、碳中和”背景下能源發展趨勢與核能定位研判

荊春寧，高　力，馬佳鵬，吳宇翔，羅一博，孫　濤

“碳達峰、碳中和”背景下能源發展趨勢與核能定位研判

荊春寧，高力*，馬佳鵬，吳宇翔，羅一博，孫濤

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

21世紀以來，溫室效應正越發嚴重地影響著人類的生活。2021年兩會，“碳達峰、碳中和”首次被寫入政府工作報告。從“雙碳”戰略目標與實現路徑、電力行業碳中和路徑與風險分析及核電發展定位等多維度對雙碳背景下能源發展趨勢與核能定位進行研判。肯定了核電在以新能源為主體的新型電力系統中扮演的角色，明確了核電在我國清潔低碳、安全高效的能源體系中的地位和作用，為政府及能源行業的發展規劃提供參考。

碳達峰；碳中和；能源；核能

1　對碳達峰、碳中和目標的認識

1.1　氣候變暖日趨嚴重，碳減排刻不容緩

近一個世紀，海平面上升、極端氣象頻發、全球氣候變暖等一系列現象表明溫室效應正越發嚴重地影響著人類的生存?！吨袊鴼夂蜃兓{皮書（2020）》數據表明：一、全球溫室氣體平均濃度持續上升，2018年主要溫室氣體二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）的全球平均濃度均創下新高；二、全球氣溫升高明顯，2019年全球平均溫度較工業化前水平高出約1.1 ℃，20世紀80年代以來，每個連續十年都比前一個十年更暖；三、全球平均海平面呈加速上升趨勢，上升速率從1901—1990年的1.4 mm/年，增加至1993—2019年的3.2 mm/年。中國是全球氣候變化的敏感區之一，20世紀90年代中期以來，極端高溫事件和極端降雨日數明顯增多。同時，氣候變化對地球造成了廣泛而深刻的影響，災害性氣候事件頻發、物種滅絕加速、水資源分布失衡、生態系統脆弱性增加、疾病傳播加劇，嚴重威脅著人類的生存和發展。

1.2　全球碳排放增加，中國成碳排放大國

發達國家基本已經歷碳達峰，中國碳排放仍在“爬坡”[1]。2015年哈佛中國碳排放報告顯示，2007年開始中國碳排放總量超過美國成為全球第一（見圖1）。

圖1　中國碳排放量居世界第一（百萬噸CO2）

我國煤炭資源豐富、油氣儲量不足、清潔能源資源豐富，形成了以煤炭為基礎，電力為中心，油氣與清潔能源全面發展的能源供應體系。從資源利用上，煤炭等化石燃料的使用是碳排放的主要原因。英國BP石油公司2019年統計數據顯示，中國93%的碳排放來自于化石燃料，其中68%來自于固體燃料，23%來自于液體燃料，9%來自于氣體燃料。IEA統計結果顯示，2018年中國89%左右的碳排放來自于電力熱力生產（51%）、工業生產（28%）及交通運輸（10%）部門。

1.3　氣候變化問題演進過程

《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC，以下簡稱《公約》）是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放、應對全球氣候變暖的國際公約?！豆s》在1992年的里約熱內盧聯合國環境與發展大會上制定，旨在控制二氧化碳、甲烷和其他溫室氣體排放，將溫室氣體的濃度控制在使氣候系統免遭破壞的水平上。目前批準《公約》的國家已多達190多個?！豆s》要求發達國家限制自身溫室氣體的排放，并向發展中國家提供資金幫助其履行公約義務；發展中國家不承擔具有法律約束力的控排義務。

《京都議定書》（以下簡稱《議定書》）是《公約》框架下的補充條款，是全球唯一自上而下且具有法律約束力的溫室氣體減排條約。1997年12月在日本京都聯合國氣候變化框架公約參加國三次會議上討論確定了《議定書》的第一承諾期，首次以法律文件的形式規定了締約方國家（主要為發達國家）在第一承諾期內應在1990年排放水平基礎上減排5.2%?！蹲h定書》第二承諾期于2013年開始生效，到2020年截止，盡管第二承諾期在減排力度、運行分配機制、排放許可等方面做出了規定，但在法律約束上不如第一承諾期。《議定書》的執行約束效果較差，美國自始至終沒有實際加入《議定書》，俄羅斯、新西蘭和日本均聲明不在《議定書》第二承諾期中承擔量化減排義務，加拿大于2021年宣布退出《議定書》。

《巴黎協定》（以下簡稱《協定》）是繼《聯合國氣候變化框架公約》《京都議定書》之后，人類應對氣候變化的第三個里程碑式的國際法律文本，奠定了2020年后的全球氣候治理格局。2015年12月12日《協定》于巴黎氣候變化大會通過、2016年4月22日在紐約簽署，《協定》長期目標是將全球平均氣溫較前工業化時期的上升幅度控制在2 ℃以內，優化目標是將溫度上升幅度限制在1.5 ℃以內。至2020年4月1日，《協定》已有195個締約國，覆蓋溫室氣體排放比例達95%。遺憾的是，按目前不加控制的排放習慣推演，2030年將用盡1.5 ℃排放空間，2040年將用盡2 ℃排放空間，減排目標的實現難度巨大。

1.4　我國首次明確給出碳中和的時間表

2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上鄭重提出：“應對氣候變化《巴黎協定》代表了全球綠色低碳轉型的大方向，是保護地球家園需要采取的最低限度行動，各國必須邁出決定性步伐。中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和?！?/p>

2020年12月12日，習近平主席在氣候雄心峰會上通過視頻發表題為《繼往開來，開啟全球應對氣候變化新征程》的重要講話，宣布：“到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億kW以上?！?/p>

2020年12月18日中央經濟工作會議提出：“要加快調整優化產業結構、能源結構，推動煤炭消費盡早達峰，大力發展新能源，加快建設全國用能權、碳排放權交易市場，完善能源消費雙控制度。要繼續打好污染防治攻堅戰，實現減污降碳協同效應。要開展大規模國土綠化行動，提升生態系統碳匯能力?！?/p>

2021年3月5日李克強總理在《政府工作報告》中提出：“十四五”期間，要加快發展方式綠色轉型，協同推進經濟高質量發展和生態環境高水平保護，單位國內生產總值能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%?！?/p>

我國做出承諾首先是基于對能源安全的考慮。首先，當前我國對原油、天然氣等化石能源的進口依賴程度較高，調整我國能源結構、實現能源自給自足，降低能源“卡脖子”風險是有必要的；其次，當前中國在可再生能源發展中已占領先機，有望探索出一條更為低碳的發展路徑，可為其他發展中國家低碳發展提供示范和借鑒。最后，在當前氣候變化問題政治化的趨勢下，正處于發展中階段、人均碳排放較低的中國需要堅守在發展中國家陣營中，堅持“共同但有區別”的原則，為自身發展留有余地。

1.5　我國實現碳中和路徑

歐美從碳達峰到碳中和，有50～70年過渡期，中國只有30年，2030—2050年中國年減排率平均將達8%～10%，遠超發達國家減排的速度和力度。我國2060年實現碳中和，需比發達國家2050年碳中和付出更大努力。

我國實現深度脫碳，需要發展方式的根本性轉變[2,3]。能源結構方面，控制一次能源消費總量、提升能效是最直接有效的碳減排方式，減煤、控油、控氣是未來碳減排的重點；構建清潔低碳高效安全的能源生產消費體系，形成以新能源為主體的能源體系。產業發展方面，建立綠色發展產業體系，以數字化和電氣化推進脫碳化，推進深度脫碳技術研發和產業化發展，推動企業生產方式和產品結構變革[4]。國家引導方面，進一步推進電力市場、碳價機制與碳市場發展，為長期低碳化轉型營造良好的制度環境、政策環境和市場環境，引導公眾向低碳消費和低碳生活方式轉變，促進資本助力、促進行業轉型。

2　電力行業碳中和路徑、風險分析

2.1　電力行業雙碳路徑

世界各國由于資源稟賦、技術水平、經濟水平等各不相同，不同國家電力行業雙碳路徑也各不盡相同。發達國家的碳達峰過程一般都是經濟社會發展的自然過程，英國1973年就已實現碳達峰，法國、德國、瑞典1978年實現碳達峰，美國2007年實現碳達峰。而發展中國家仍處于工業化階段，經濟增長仍依賴能源消費的增長，其碳中和的路程將更為艱難。

表1　各類能源碳排放

從表1可見，化石能源電力（煤電、石油和氣電）碳排放較高，而其余8種電源，均是低碳排放電源[5-8]。降低碳排放的最簡單方法就是大力發展低碳電源，拋棄高碳電源。另外，短期內降低傳統化石能源的碳排放對于低碳發展同樣意義顯著。

2.1.1煤電降碳

燃煤發電的燃料替代可以從源頭上降低碳排放，如用低碳、零碳燃料（天然氣、生物質）替代煤炭。英國最大的燃煤電廠Drax擁有6臺660 MW機組，其中4臺機組全部改燒生物質燃料，另外2臺改燒天然氣。

傳統燃煤電廠的碳捕集可以進一步限制CO2排放。燃煤電廠的CO2捕集利用，可分為燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集。就目前而言，燃燒前捕集技術主要代表是整體煤氣化聯合循環電廠，且有示范應用，但由于工藝復雜，投資成本高，工藝兼容性差，目前其發展仍較為緩慢。富氧燃燒處于中試階段，且裝置投資高、能耗高，使得該技術成本降低困難。燃燒后捕集技術是相對成熟，也是現階段用于CO2大規模捕集的重要途徑，提高效率，降低運行成本是其主要研究方向。

2.1.2新能源

我國的水電資源有限且開發程度已經很高。2020年水電裝機容量3.7億kW（含抽水蓄能3 149萬kW），而我國水電開發極限約4.3億kW，水電資源利用程度較高。目前中國核電在運在建裝機0.7億kW，預計沿海可發展資源約2億～3億kW。生物質發電規模約2 500萬kW，用于發電的地熱資源有限，潮汐能發電則一直未能推廣。為了滿足全社會的用電需要，碳中和時中國非水可再生能源的發展預計將達到50億kW，因而未來能夠大規模發展并形成電力主體地位的可再生能源主要是風能和太陽能。

從圖2可以看出，近10年，我國風能發電裝機從2009年的1 613萬kW增長到2019年28 153萬kW，太陽能發電裝機從2009年的2萬kW增長到2019年25 343萬kW，新能源發展快速。

2.1.3儲能

雙碳目標下，國家大力發展可再生能源，但可再生能源不確定性高，預期可再生能源大規模并網場景下，儲能及具有儲能調峰能力的電源將發揮越來越重要的作用。

2020年中國建成投運的儲能項目累計裝機規模3 560萬kW，其中抽水蓄能3 149萬kW。2021年4月19日，國家能源局印發《2021年能源工作指導意見》，明確提出開展全國新一輪抽水蓄能中長期規劃，穩步有序推進儲能項目試驗示范。在所有儲能方式中，抽水蓄能經過了幾十年的工程實踐檢驗，技術最為成熟，也最具經濟性，但選址較為困難。

圖2　中國風電與太陽能發電的發展狀況

與抽水蓄能相比，其他儲能技術仍不夠經濟成熟，已有項目規模較小。儲能項目是將能源再次轉化，如化學儲能是將電能轉化為化學能，再將化學能轉化為電能，在轉換過程中會有大量的能源損耗。考慮到中國大規模開發風電與光伏發電，預計儲能項目需新增2億kW，未來儲能發展前景巨大。

2.2　機構預測

國網能源研究院認為，我國能源消費總量預計2030年前后達峰，峰值約57億～60億t標煤，預計2030年全社會用電量11.8萬億kW時，2060年達15.7萬億kWh。根據《中國能源電力發展展望2020》，一次能源加速低碳化，非化石能源占比在2040—2045年期間超過50%，成為我國能源供應的主體；我國電力需求仍有較大增長空間，2035年之前保持較快增速，2050年增至12.4萬億～14.7萬億kWh，電源裝機總量2035年、2060年將分別達到40億kW、50億kW左右；風電、光伏發電將逐步成為電源結構的主體，煤電裝機預計于2030年前達峰，核電、水電、氣電等各類電源近中期穩步發展，近期電力系統儲能仍將以抽水蓄能為主，2030年后新型儲能快速增長，2060年裝機將達4.2億kW左右，電力碳排放總量將于2025—2028年間達峰，峰值約為45億～50億t。

2.3　風險挑戰

“碳達峰、碳中和”目標的推進，涉及政府、企業、居民等多個主體，是一項極度復雜的綜合性、系統性工程，推進過程應切實處理好“短期和長期、局部和整體”的關系，否則將會產生風險[9]。

2.3.1經濟增速減緩風險

國家的碳排放量與其經濟發展模式和發展階段密切相關，對于尚處于工業化階段的國家來說，工業化促進經濟增長的同時，增加碳排放量。就我國而言，減少碳排放會對經濟增長形成制約。當前我國仍處工業化階段，工業增加值占GDP比重約為39%，超出大部分國家碳達峰時占比（30%以下）10個百分點左右，現經濟增長與碳排放仍然是正相關的關系。在經濟結構、技術條件沒有明顯改善，以產業節能調整和非化石能源發展為主要減排手段的條件下，加大碳減排力度，會削弱產業競爭力，降低經濟增長速度。且碳達峰時間越早，減排目標越嚴格，經濟增速下滑風險越大。

2.3.2能源安全風險

建設以新能源為主體的新型電力系統是大勢所趨，降低化石能源占比，推動能源結構向低碳轉型是發展的必然。但應引起注意的是，未來我國經濟仍將快速持續增長，能源消費仍處于較快增長階段。盡管近年來新能源發展增速較快，但與傳統石化能源相比，其裝機總量依然較小，且區域分布差異大、上下游產能錯配等問題依然突出，短期內無法滿足我國巨大且持續的能源供應需求。

同時，新能源發電具有很強的波動性、不穩定性，大規模新能源裝機將對電力系統安全穩定運行造成巨大風險，電網脆弱性增加，在陰雨天、靜風天、凍雨天等惡劣天氣情況下，易發生大面積停電事故，給能源供應帶來沖擊。

2.3.3價格上漲風險

新能源占比提升將導致以電力為核心的能源價格上漲。全球已有超過30個國家的風電和光伏成本低于化石燃料發電。但從系統整體來看，新能源并沒有實現真正意義上的“平價”，配套電網建設、調度運行、儲能服務、容量補償等輔助性的投資成本較高，整個電力系統成本比此前化石能源電力體系增加。2019年德國新能源裝機占比接近40%，十年提高了24個百分點，但電價上漲了30%。未來隨著我國新能源裝機占比的提高，電力系統成本將隨之增加，終端電價上漲概率極大。

碳減排措施的應用將增加企業成本。降低碳排放，實現碳中和，必須依靠碳捕集、利用與封存技術（CCUS）以及碳交易、碳稅等市場化減排工具。而這些碳減排技術和制度的利用執行都將增加企業生產成本。

能源價格的上漲最終將導致商品價格上漲。為實現“碳達峰、碳中和”目標，碳排放貢獻較多的幾大行業（電力、冶煉、化工、交運等）在生產方面可能會面更高的成本壓力，供給將被壓縮，產品價格將被抬高。由此產生的供需缺口將帶動相應工業品價格快速上漲，導致工業品出廠價格指數（PPI）長期大幅上行。

2.3.4不均衡、不公平發展風險

我國區域發展資源基礎差距較大，不同地區經濟發展水平、資源稟賦、產業優勢相差明顯。推進“碳達峰、碳中和”將對不同地區、不同行業、不同階層人群帶來不同程度的沖擊，或將帶來和加劇地區、行業、階層發展不平衡、不公平的問題。

“碳達峰、碳中和”目標下，各地先后出臺達峰時間表，對于產業基礎良好、減排負擔較輕的區域而言，碳達峰將成為地區產業加速升級的難得契機。而對于山西、內蒙、河北等傳統能源富集的地區，一方面其碳減排任務更為嚴峻，另一方面其低碳產業基礎較為薄弱，如不能有效地采用低碳技術進行升級改造，強硬的減排或將導致這些傳統能源地區碳排放密集型行業（如煤炭、煤電、鋼鐵、水泥、石化、鋁業等）被市場淘汰，區域發展不均衡問題進一步擴大。

3　核電發展定位

3.1　機構預測

3.1.1國際機構

包括國際原子能機構（IAEA）、世界核協會（WNA）、經合組織核能署（OECD-NEA）、國際能源署（IEA）等多家全球能源機構對未來全球核電發展前景進行了預測分析。

國際原子能機構《2020氣候變化與核能》報告對2050年核能發電量及二氧化碳排放量進行預測（見圖3），其結果表明，在1.5 ℃目標下，全球核能發電量在低預期路徑下，年發電量也將超過5萬億度。IAEA在《至2050年能源、電力和核電預測》2020年度報告中，預測到2050年全球核電裝機容量為3.63億kW（低值情景）至7.15億kW（高值情景），未來核電發展主要集中在亞洲和東歐地區。WNA預測到2050年世界核電裝機容量將達到10億kW。OECD-NEA和IEA聯合預測，預計到2030年世界核電裝機容量將達到5.43億kW，到2050年世界核電將達到9.3億kW。

3.1.2國內機構

國網能源研究院認為，隨著核電安全性的提升，“在確保安全的前提下積極有序發展核電”意味著，2030年以前，年均開工6～8臺機組，2030年核電總裝機1.2億kW，待沿海核電廠址資源開發完畢，2030年以后，適時啟動內陸核電開發，預計2060年核電裝機規模3億kW以上（見圖4）。

全球能源互聯網發展合作組織認為，至2030年，我國核電裝機容量1.08億kW，占全國總裝機容量的2.8%，至2060年，我國核電裝機容量2.5億kW，占全國總裝機容量的3.1%。

清華大學能源環境經濟研究所預測，2060年碳中和情境下，核電裝機容量約為3.5億kW（見圖5）。

圖3　碳排放量與核能發電量預測（IAEA）

圖4　零碳情景下2020—2060年全國水電核電裝機規模（萬kW）

圖5　2060年碳中和情境下各類能源的發電量預測

國家發改委能源所認為2050年我國核電裝機容量達5.6億kW，達到世界核能協會研究中的高情景方案，其中4億kW為三代核電技術，1.6億kW預留給四代或更高水平的核電技術。

3.2　研判分析

2021年《政府工作報告》中明確提出“在確保安全的前提下積極有序發展核電”，這是近十年，政府工作報告首次在提及核電時使用“積極”一詞進行表述，我國核電進入新發展階段。國家重新把核電作為一種主要的能源形式來發展，表明了核電在我國清潔低碳、安全高效的能源體系中的地位和作用。

“積極”意味著核電將主動發揮不可或缺的作用。核電運行穩定可靠，可大規模替代化石能源作為基荷電源，是新增非化石能源中最具競爭力的品種，是我國實現“碳達峰、碳中和”目標的重要選擇。首先，風電、光伏發電的不穩定性，催生了清潔電力系統對基荷能源的需求，核能將進一步替代部分火電，與新能源形成互補，確保電力系統安全穩定運行；其次，核能的供汽、供熱、制氫、海水淡化等多功能應用，進一步提高了核能的利用效率，結合抽水蓄能、先進儲能、制氫等技術，更能提供靈活可靠的調峰功能；最后，先進核能系統的研發能夠在確保安全的基礎上，提高核能的經濟性，為我國及世界的能源系統提供安全經濟的能源解決方案。核電的功能定位將由戰略性的儲備補充逐步演變為低碳清潔電力系統供給與多能互補綜合利用的有力保障支持。

“有序”意味著核電建設將保持合理的發展布局節奏，扭轉核能發展不均衡的局面。有序推動核電建設節奏平穩，保持核電建設的合理規模；有序推動核電布局優化，打造沿海地區核電建設，穩妥推進內陸省份核電建設；有序推進核電技術進步，堅持核能發展“三步走”技術路線，推進核能多用途利用示范項目落地；有序提升產業配套能力，依托項目建設，加快核電裝備制造、工程建設能力提升，培養專業的人才隊伍；有序推動國際市場開發，落實“一帶一路”倡議，為構建新發展格局做出積極貢獻。

“華龍一號”全球首堆投入商業運行，標志著我國在三代核電技術領域躋身世界前列，我國核電技術水平和綜合實力躋身世界第一方陣，為新時期我國核電產業發展提供了有力支撐。

4　總結

本文系統梳理了“碳達峰、碳中和”目標提出的背景、趨勢，介紹了國內外碳中和目標的現狀與政策決心，總結了我國實現碳中和的實現路徑。并從煤電降碳、新能源、儲能三個角度就電力行業的碳中和路徑進行了論述分析，同時指出了碳中和過程中可能面臨的風險挑戰，包括經濟增速減緩風險、能源安全風險、價格上漲風險、不均衡不公平發展風險。最后對核電發展定位進行研判，肯定了核電在以新能源為主體的新型電力系統中扮演的角色，明確了核電在我國清潔低碳、安全高效的能源體系中的地位和作用。

［1］ 薛亮．各國推進實現碳中和的目標和進展［J］．上海人大月刊，2021，371（07）：53-54.

［2］ 張美一．碳達峰碳中和實現路徑及影響的文獻綜述［J］．經濟管理文摘，2021，776（14）：173-174.

［3］ 胡源，薛松，楊素，等．綜合能源背景下的配電網多場景規劃［J］．中國電力，2021，54（04）：175-184.

［4］ 馬俊杰，齊紅濤，施童飛，等．電力行業落實“碳達峰、碳中和”目標的思考［J］．農村電工，2021，29（08）：10.

［5］ 唐偉．“碳中和”背景下“十四五”能源電力發展趨勢分析［J］．油氣與新能源，2021，33（02）：13-17.

［6］ 林伯強．碳中和背景下的綠色電力消納和綠色電力市場發展［N］．第一財經日報，2021-07-21（A11）．

［7］ 田豐，王文琪，包存寬．以降碳為目標的逆向戰略環境評價：理念與模式［J］．環境保護，2021，49（12）：22-27.

［8］ 朱法華，王玉山，等．中國電力行業碳達峰、碳中和的發展路徑研究［J］．電力科技與環保，2021，37（3）：9-16.

［9］ 劉滿平．“雙碳”目標帶來的機遇與挑戰［N］．西江日報，2021-05-29（003）．

Study and Judgment on Energy Developing Trend and Nuclear Energy Positioning under the Background of “Carbon Peaking and Carbon Neutrality”

JING Chunning，GAO Li*，MA Jiapeng，WU Yuxiang，LUO Yibo，SUN Tao

（China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.. Beijing 100840，China）

Since the new century，the greenhouse effect is increasingly affect people’s lives severely. In the 2021 NPC & CPPCC，“carbon peaking and carbon neutrality” is firstly written in the report on the work of the government. According to the multi-dimension thoughts such as the strategic objectives and achieving methods of “carbon peaking and carbon neutrality”，carbon neutrality methods and risk analysis of electricity industry and nuclear power development positioning，the author makes judgment and study on the energy developing trend and nuclear energy positioning under “carbon peaking and carbon neutrality”. This article affirms the role of nuclear power in the new power system that takes new energy as principle；clarifies the function and position of nuclear power in China’s clean，low-carbon，safe and efficient energy system；provides a reference for the developing plan of the government and energy industry.

Carbon peaking；Carbon neutrality；Energy；Nuclear power

TK01

A

0258-0918（2022）01-0001-09

2021-12-15

荊春寧（1975—），男，河北廊坊人，研究員級高級工程師，碩士，現主要從事核電研發方面研究

高力，E-mail：gaoli@cnpe.cc