碳達(dá)峰碳中和背景下推進(jìn)浙江核能綜合利用的對策建議

文 / 陳麗君 何恒 馬攀 高軼 周昭志 舒也

一、引言

核能具有清潔低碳、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)，是推動經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)、保障能源供應(yīng)安全的重要支撐。目前核能主要用于發(fā)電，但隨著第四代核能系統(tǒng)等技術(shù)逐漸成熟和應(yīng)用，核能有望突破僅僅提供電力的角色，核能供熱、核能制氫、同位素生產(chǎn)等綜合利用將蓬勃興起。近年來廣東、福建、山東、海南等地在核電站布局建設(shè)、先進(jìn)核技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域正積極行動、加快布局，而浙江作為我國核能發(fā)電的發(fā)源地和核電大省，在新發(fā)展階段更應(yīng)主動把握機(jī)遇、加強(qiáng)創(chuàng)新，穩(wěn)步推進(jìn)核能綜合利用。

二、發(fā)展趨勢

（一）核能發(fā)電持續(xù)發(fā)展

從全球看，截至2020年底，全球有32個國家在使用核能發(fā)電，共有441臺在運(yùn)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量約395.4吉瓦。國際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)判，只有增加核電利用，未來全球才可能實現(xiàn)有效應(yīng)對氣候變化的目標(biāo)。從我國看，全國在運(yùn)核電機(jī)組總裝機(jī)容量僅次于美國、法國，位列全球第三，在建機(jī)組裝機(jī)容量繼續(xù)保持全球第一[1]。《中國核能年度發(fā)展與展望（2020）》提出，到2035年前我國每年至少需要核準(zhǔn)/開工6-8臺核電機(jī)組。2021年我國政府工作報告也明確提出“在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電”。

（二）核能發(fā)電技術(shù)不斷更迭出新

從國際上看，第四代核能系統(tǒng)和小型模塊化反應(yīng)堆是未來發(fā)展的主要方向，前者滿足安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展、極少的廢物生成、防止核擴(kuò)散等基本要求，后者具有建設(shè)周期短、布置靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、選址成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。從我國看，三代核電技術(shù)不斷成熟，“華龍一號”進(jìn)入批量化建設(shè)階段，高溫氣冷堆核電項目、示范快堆項目、多用途模塊式小型堆項目等取得實質(zhì)性進(jìn)展[3]。

（三）核能多元化應(yīng)用穩(wěn)步推進(jìn)

隨著核能利用技術(shù)不斷發(fā)展，核能應(yīng)用場景也不斷增多，除了核能發(fā)電外，核能供熱、核能制氫等正逐步得到應(yīng)用[4]。目前全球有57座反應(yīng)堆采用熱電聯(lián)供方式進(jìn)行區(qū)域供熱，主要分布于歐洲的寒冷國家。從推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的角度來看，低碳清潔、運(yùn)行穩(wěn)定的核能供熱將是未來供熱的主要路徑。核能制氫具有無溫室氣體排放、可高效批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)勢，是人類大規(guī)模工業(yè)制氫的較優(yōu)選擇之一。其中，利用熔鹽堆、高溫氣冷堆等核能系統(tǒng)提供的工藝熱開展熱化學(xué)循環(huán)制氫或高溫電解制氫，將成為重要途徑[5]。

（四）核技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前景廣闊

目前國際上已有近150個國家和地區(qū)開展了核技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。以美國、日本為代表的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，通過政府扶持和市場拉動，已經(jīng)形成了關(guān)聯(lián)度高、節(jié)能、高效、無污染的新興產(chǎn)業(yè)，全世界核技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模近萬億美元[6]。其中，同位素與輻射技術(shù)及其應(yīng)用已成為一項全球性的技術(shù)，具有高度的滲透性和很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性，是當(dāng)代公認(rèn)的高新技術(shù)，其應(yīng)用水平是一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。2020年，中核集團(tuán)醫(yī)用同位素關(guān)鍵產(chǎn)品實現(xiàn)國產(chǎn)化，成為我國核醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要里程碑。

三、核能利用主要省份發(fā)展比較分析

我國核電站分布在東部沿海的遼寧、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西、海南8個省份。浙江省具備先發(fā)優(yōu)勢，“中國核電從這里起步”。但隨著其他省份加快發(fā)展，浙江省在核電站建設(shè)布局、核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面優(yōu)勢減弱，在新一代核能技術(shù)探索、核能多元化應(yīng)用等方面與其他省份的差距正在拉大。

（一）核能發(fā)電現(xiàn)狀

在核能發(fā)電方面，廣東省、福建省等加快推進(jìn)核電建設(shè)，成為全國核電第一、第二大省，浙江排名由曾經(jīng)的全國第一逐漸下滑至全國第三。

近年來，廣東、福建等省份加快核電建設(shè)和布局。截至2021年底，廣東省在運(yùn)和在建核電機(jī)組裝機(jī)容量分別為1613.6萬千瓦和225.2萬千瓦，核電發(fā)電量占比19.69%。福建省在運(yùn)和在建核電機(jī)組裝機(jī)容量分別為1101.2萬千瓦和345.2萬千瓦，核電發(fā)電量占比26.51%。而浙江省在運(yùn)和在建核電機(jī)組裝機(jī)容量分別為910.4萬千瓦和225.2萬千瓦，核電發(fā)電量占比18.23%，與廣東和福建的差距逐步拉大。（見圖1）

圖1 2021年我國各省份核電發(fā)展情況

（二）核能新技術(shù)探索現(xiàn)狀

在新一代核能技術(shù)探索方面，山東省積極參與第四代核能系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用，海南省積極參與探索小型堆技術(shù)，浙江省在探索第四代核能系統(tǒng)等先進(jìn)核能技術(shù)應(yīng)用方面亟待突破。

山東省于2012年開始建設(shè)國內(nèi)自主研發(fā)的世界首座高溫氣冷堆核電站示范工程，于2021年12月20日首次并網(wǎng)發(fā)電。相比于傳統(tǒng)核能系統(tǒng)，高溫氣冷堆技術(shù)滿足安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展等基本要求，且蒸汽參數(shù)接近甚至超越常規(guī)火電機(jī)組，有利于拓展核能利用場景。海南省昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程（“玲瓏一號”）規(guī)劃建設(shè)一臺ACP100核電機(jī)組，規(guī)劃容量125兆瓦，近期準(zhǔn)備開工建設(shè)，計劃2025年建成投產(chǎn)。浙江省三門核電一期作為全球首座AP1000核電機(jī)組，在我國核電“引進(jìn)—消化—吸收—創(chuàng)新”的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，但在第四代核能系統(tǒng)等先進(jìn)核能技術(shù)探索方面仍有待繼續(xù)突破。

（三）核能多元化應(yīng)用情況

在核能多元化應(yīng)用方面，山東省在國內(nèi)率先開展核能集中供熱、積極謀劃核能制氫、核能海水淡化，海南省謀劃建設(shè)核電小堆海水淡化項目，浙江省正積極推進(jìn)核能多元化應(yīng)用場景。

山東省海陽核電站已于2019年順利完成70萬平方米的供暖任務(wù)，規(guī)劃最終供熱半徑達(dá)100公里，實現(xiàn)膠東半島冬季清潔取暖；積極開展海水淡化實踐，啟動日產(chǎn)30萬噸大型核能海水淡化工程，并首創(chuàng)將核能供熱與海水淡化結(jié)合，開發(fā)水熱同傳技術(shù)；石島灣核電站謀劃依托第四代核能系統(tǒng)，突破常規(guī)壓水堆核電工程的技術(shù)限制，利用更高的蒸汽參數(shù)，為實現(xiàn)大規(guī)模核能制氫創(chuàng)造條件。海南省昌江核電基地為解決淡水供應(yīng)緊張問題，率先依托模塊化小型核堆開展熱法海水淡化嘗試。浙江省海鹽縣聯(lián)合秦山核電推進(jìn)以居民供暖為主的核能集中供熱示范工程，分三階段實施，2021年12月3日一階段工程正式投運(yùn)，三個小區(qū)4000戶居民總計45.9萬平米實現(xiàn)了冬季核能供暖。三門核電謀劃建設(shè)核能集中供熱項目。

（四）核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

在核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，山東省布局核電產(chǎn)業(yè)園、聚焦產(chǎn)業(yè)鏈體系構(gòu)建，海南省規(guī)劃核電產(chǎn)業(yè)自貿(mào)港、助推清潔能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，浙江省初步形成核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)體系和海鹽核電小鎮(zhèn)等發(fā)展平臺。

山東省聚合國內(nèi)外資源，布局建設(shè)萊山、海陽、招遠(yuǎn)、蓬萊四個核電（新能源）高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)，初步形成涵蓋技術(shù)研發(fā)、裝備制造、運(yùn)營維護(hù)、乏燃料后處理和推廣應(yīng)用等較完整的核電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展體系。海南省以昌江核電站為依托，以核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)為載體，規(guī)劃建設(shè)56.8平方公里的清潔能源產(chǎn)業(yè)園，引入一批院士團(tuán)隊創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)群。浙江省最先提出發(fā)展核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，依托秦山核電站和海鹽核電小鎮(zhèn)，初步形成包括核電建設(shè)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、檢驗檢測等在內(nèi)的核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)體系，但技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)較為薄弱，同位素與輻照技術(shù)等核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)有待加快培育。

與此同時，核能利用及發(fā)展也存在以下問題和不足：一是核電項目選址落地難。核電站一旦發(fā)生核事故，將威脅周邊百姓生命安全，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)負(fù)面影響，大眾普遍存在“恐核”心理，項目選址存在鄰避效應(yīng)。同時，核電項目前期工作周期長、不確定性高。二是核電與地方融合發(fā)展不足。部分地方政府認(rèn)為發(fā)展核電是國家、省級重大戰(zhàn)略布局，所發(fā)電量直接接入?yún)^(qū)域級或省級大電網(wǎng)，地方較難直接受益，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、招商引資等促進(jìn)效應(yīng)沒有充分發(fā)揮。三是核能綜合利用場景有待挖掘。高溫氣冷堆、小型模塊化反應(yīng)堆等四代技術(shù)仍處于示范階段，核能供工業(yè)蒸汽、核能制氫等亟需加快應(yīng)用示范并予以政策引導(dǎo)。

四、對策建議

（一）堅持在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電，為浙江實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)提供重要支撐

積極有序發(fā)展核電，是浙江實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的硬舉措之一。預(yù)測到2030年全省需要新增核電裝機(jī)1000萬千瓦以上；遠(yuǎn)期為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要推進(jìn)核電等非化石電力替代存量火電機(jī)組。為此要加快推進(jìn)核電項目前期力度，形成加快核準(zhǔn)、有序開工、按期投產(chǎn)的推進(jìn)格局。同時應(yīng)聚焦碳中和目標(biāo)謀劃長遠(yuǎn)，加強(qiáng)沿海核電廠址資源保護(hù)力度，避免出現(xiàn)因核電項目周期較長而將廠址挪作他用。

（二）堅持多領(lǐng)域探索，打造核能多元化應(yīng)用示范

浙江石化、化工等行業(yè)用熱需求量大、碳排放量較高，亟待推動供熱方式轉(zhuǎn)變。隨著氫能的逐步推廣，“綠色氫氣”生產(chǎn)成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。因此核能供熱、制氫可作為浙江供熱、制氫的路徑之一。核能供熱方面，借鑒山東海陽核能供熱經(jīng)驗，總結(jié)秦山核電核能集中供熱示范工程一階段建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗，推進(jìn)二、三階段項目，探索其它核電項目向周邊企業(yè)和居民供熱的可行性。核能制氫方面，近期先行探索采用壓水堆發(fā)電—常規(guī)電解的路徑制氫，穩(wěn)步探索超高溫氣冷堆—熱化學(xué)循環(huán)或高溫電解制氫。此外，充分發(fā)揮小型模塊化反應(yīng)堆小、快、靈的優(yōu)勢，探索其在石化等產(chǎn)業(yè)的高溫工藝熱利用以及海水淡化等非電領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。

（三）堅持創(chuàng)新引領(lǐng)，打造核關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范

核技術(shù)應(yīng)用作為新興尖端高科技產(chǎn)業(yè)，在推動新材料、新技術(shù)、新業(yè)態(tài)方面發(fā)揮了巨大潛力。如同位素產(chǎn)業(yè)鏈方面，浙江擁有國內(nèi)唯一的重水堆——秦山三期核電站兩臺70萬千瓦機(jī)組，具備開展放射性核素生產(chǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢，可依托秦山核電站加快謀劃建設(shè)同位素生產(chǎn)、加工、應(yīng)用基地，引進(jìn)國內(nèi)外同位素制品及核藥、輻照改性新材料、輻照裝置等生產(chǎn)企業(yè)，打造上下游一體、品種豐富的放射性同位素產(chǎn)業(yè)鏈。核技術(shù)環(huán)境治理方面，可加大電子束工業(yè)廢水處理、等離子體固體危廢處置等現(xiàn)有成熟工藝推廣力度。核服務(wù)業(yè)方面，依托省內(nèi)秦山核電基地、在建的三門核電基地和三澳核電站，以及前期和謀劃中的核電基地，打造核電人才培養(yǎng)基地和核能安全利用示范基地。

（四）堅持融合發(fā)展，圍繞核電基地探索建設(shè)零碳未來城（園）

《浙江省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出，圍繞核電基地探索建設(shè)零碳未來城（園）。秦山核電基地作為我國第一個核電基地，在核電安全運(yùn)營、核技術(shù)應(yīng)用、核關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等諸多領(lǐng)域走在全國前列，同時具有堆型豐富、群眾基礎(chǔ)好、企地融合深入等特點(diǎn)。近期可率先以秦山核電基地為樣板，啟動零碳未來城建設(shè)，重點(diǎn)突出核能零碳、科創(chuàng)引領(lǐng)、三生融合、企地共建等特色，打造零碳能源、零碳產(chǎn)業(yè)、零碳生活、未來治理、未來景觀等應(yīng)用場景，探索形成零碳未來城市的發(fā)展模式與實現(xiàn)路徑，助力浙江打造美麗中國先行示范區(qū)。

五、結(jié)束語

碳達(dá)峰碳中和背景下，核電及核能綜合利用將迎來大發(fā)展機(jī)遇。浙江省應(yīng)抓住機(jī)遇，在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電，本著“融入地方，互利共贏”的原則培育核關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，推廣核能綜合利用，打造一批依托核能開發(fā)為基礎(chǔ)的零碳未來城（園），助力全省“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。