核能可為全球凈零排放作出重大貢獻

國際能源署（IEA）2022年6月30日發布《核能與能源安全轉型》報告。報告首先分析了核能發展趨勢及其面臨的挑戰，隨后指出核能可為全球實現凈零排放目標作出重大貢獻，并為更好地利用核能提出了一系列政策建議。

1 核能發展概況

報告指出，核能是僅次于水電的第二大清潔電力來源，發展至今已為全球減排作出重大貢獻，未來可以幫助各國減少電力結構對化石燃料的依賴，降低碳排放，實現凈零排放目標。

1.1 核能對全球減排貢獻突出

2020 年，核能發電量約占全球發電量的10%，超過了風能和太陽能的總發電量，是僅次于水電的第二大清潔電力來源。截至2021 年底，全球32 個國家運營著439 臺核電機組，總裝機容量為4.13 億千瓦。核能為減緩全球碳排放量上升速度作出了重要貢獻，1971—2020 年期間使全球碳排放量減少約660億噸。

1.2 核能市場主導地位正由發達經濟體轉向中俄

目前，全球約70%的核電機組位于發達經濟體，但市場的主導地位已逐漸向中國和俄羅斯轉移：2017年后啟動建設的31臺核電機組中，27臺采用中國和俄羅斯的反應堆設計。全球核電裝機容量增長速度在20 世紀80 年代達到頂峰，隨后放緩。近年核電裝機容量的增加主要由中俄的投資推動。

圖1 2020年全球清潔能源發電量

過去20 年，發達經濟體對核能的投資逐漸縮減，這主要是由于核電建設項目投資大、建設周期長、市場及政策環境不利、西方國家近期的核電建設項目均發生嚴重的拖期超概，以及福島核事故造成部分國家的公眾對核能缺乏信心。此外，大多數國家電力市場沒有認識到核能發電的清潔性和靈活性價值，導致新核電廠的經濟競爭力不足。未來幾年，由于許多核電廠的運行許可證即將到期，發達經濟體可能會出現大量核電廠關閉的情況。但延長核電廠運行壽期可緩解這一局面，例如美國93 臺在運核電機組中的11臺已申請將運行壽期延長至80年。

1.3 凈零排放目標促使各國發展核能

近年來，已有70 多個國家承諾實現凈零排放，覆蓋了全球排放量的76%。這促使許多國家開始考慮能源結構的清潔低碳轉型。例如法國計劃從2028 年開始陸續啟動6 臺大型核電機組建設，未來還可能啟動二期8 臺機組建設，目標是到2050 年新建2500 萬千瓦核電裝機容量；英國設定了到2050年將核電裝機容量增至2400萬千瓦的目標，是現有水平（685 萬千瓦）的近4倍；比利時已放棄2022年底棄核的目標，準備將2 臺核電機組延壽10 年至2035 年；韓國新政府已決定延長核電機組運行壽期并重啟2 臺核電機組的建設，同時爭取在2030 年前向海外出口10臺核電機組。

1.4 能源供應危機使核能重獲關注

俄烏沖突加劇了全球能源危機，化石燃料價格大幅上漲，電價也隨之上漲，在主要依賴天然氣發電的地區尤為突出，這促使許多國家尤其是歐洲國家高度重視能源安全問題。這些國家開始調整能源發展戰略，準備尋求能源獨立，擺脫對俄能源依賴。核能可以增加能源結構多樣性，并幫助減少對化石燃料的依賴，因此成為各國政府重要選項之一。

2 核能發展面臨諸多挑戰

2.1 核能發展需要加強風險管理

作為資金、技術密集型項目，傳統核電建設項目投入大、周期長、風險高，投資方普遍持謹慎態度。吸引投資的關鍵在于風險管理和風險的合理分配。技術、運營、監管、市場及價格等項目風險直接關系到資金成本，也影響著平準化發電成本。在這方面，已有國家采用直接的財政支持、電力購買協議等融資機制來幫助降低風險，并使各利益相關方共同承擔風險。

2.2 核電建設項目需要降低造價、縮短建設周期

近年來，核電廠造價不斷上升，項目前期準備時間長，給許多國家的核工業發展造成困擾。綜合全球總體情況，核電廠平均建設周期為7年，也有部分項目耗時15年以上。事實證明，擁有成熟建設計劃的國家能夠更快地完成建設。選址和各類取證通常也是拖慢項目進度的重要因素。近年預算超支、項目拖期問題在歐美國家核電建設項目中尤為明顯，例如美國沃格特勒核電廠3 號和4 號機組原計劃造價為4300 美元/千瓦，耗時4 年完成，現已增長到9000 美元/千瓦，預計需要耗時9 年。歐洲壓水堆（EPR）建設項目也面臨同樣的問題。造成這一情況的原因包括建設初期反應堆設計成熟度低、項目管理不到位、零部件供應不及時等。

2.3 提升公眾信心需要保障核安全及廢物管理

一些國家的棄核政策主要源于公眾對安全問題的擔憂。在三里島、切爾諾貝利和福島這三起重大核事故發生后，許多國家公眾對核能的支持度有所減弱。繼續發展核能的國家應加強核安全和應急管理。從過往事故中汲取的經驗教訓發現，事故的發生是可以預見和預防的，這需要提高監管能力，即建立有效的監管框架，健全核安全獨立監管機制，確保核電廠安全運行。在廢物管理方面，由于需要巨額投資且選址的政治決策難度大，目前很少有國家為乏燃料的循環使用或深層地質處置庫建設制定了長期方案。乏燃料和其他放射性廢物的安全處置對于公眾接受核能也至關重要。

3 核能助力凈零排放

在國際能源署預計的2050年凈零排放情景中，能源部門的凈排放量在2020—2030 年間將下降約40%，然后到2050 年降至零。雖然可再生能源占主導地位，且在凈零排放情景中占電力供應的近90%，但核能也將發揮重要作用。這需要各國政府盡快制定嚴格的政策措施，從多個方面推進能源結構的清潔低碳轉型。

3.1 核電廠延壽是以具有成本效益的方式實現凈零排放的關鍵

目前全球約2.6 億千瓦核電裝機容量（占核電總裝機容量的63%）已運行超過30年時間，其役齡正在逐漸接近其獲得許可的初始運行壽期。雖然其中約10%的機組在最近三年進行了延壽，但如果沒有更多機組延壽，發達經濟體的核電機組數量到2030 年將減少約1/3。在凈零排放情景中，這些核電機組中的一半以上將延長運行壽期，以便將其他低碳技術電力裝機容量的建設需求減少近2 億千瓦。2030 年大部分核電機組延壽的造價為每千瓦500～1100美元，平準化發電成本通常低于每千瓦時0.04美元，在大部分地區能與太陽能和風能競爭。

圖2 2000—2050年全球能源行業二氧化碳排放量

3.2 核能將為在實現凈零排放目標過程中保障供應安全發揮重要作用

在凈零排放情景中，全球核電裝機容量將從2022 年4.13 億千瓦增至2050 年8.12 億千瓦。在本世紀30年代，全球核電裝機容量將以每年2700萬千瓦的速度增加。即使如此，核發電量在全球總發電量中所占份額將會略微下降至8%。新興和發展中經濟體增加的核電裝機容量將占總增量的90%以上。全球年度核電投資額將從本世紀10 年代的300 億美元增至30 年代的1000億美元，到2050年將保持在800億美元以上。

3.3 低核情景將增大凈零排放目標實現的難度和支出

國際能源署還評價了在低核情景（即核電建設未能加速且在運機組未能延壽）中實現凈零排放目標的情況。在這一情景中，核發電量在全球總發電量中所占份額將從2020年10%降至2050年3%，太陽能和風能將填補相應的電力供需缺口。為了保障電力供應安全，全球需要建設更多的儲能設施以及配備了碳捕集、利用與封存（CCUS）設備的化石燃料發電廠。

這將造成三方面影響：第一，總支出提高，到2050 年需要增加5000 億美元投資，消費者電力賬單平均每年增加約200 億美元；第二，清潔能源供應鏈壓力增大，核電裝機容量每減少100萬千瓦，就需要其他類型的電力裝機容量增加350萬千瓦，這對電力基礎設施建設提出了更高要求；第三，消費者的電力賬單將易受天然氣和煤炭價格波動的影響。

4 推進核能發展需要采取的措施

為了加速推進核能發展，未來需要從市場機制、核工業自身能力建設和模塊化小堆商業化應用三個方面采取措施。

4.1 市場機制

在風能和太陽能占主導地位的清潔能源結構中，必須擁有包括核能在內的多樣化可調度電力裝機容量，以保障電力供應的穩定性、短期靈活性以及擁有足以滿足峰值用電需求的電力裝機容量。目前電力市場的價格體系沒有充分體現核電的兩大優勢。

一是與燃煤發電相比，核電具有低碳屬性，因此核電的度電價格中應包含清潔性價值。這一屬性可用碳價來量化，但近年的“區域溫室氣體倡議”碳配額拍賣價格僅為每噸13美元，遠低于鼓勵深度脫碳所需的價格。

二是與風能、太陽能等間歇性可再生能源相比，核電廠可以根據電網需求調整運行功率，使電力系統安全穩定運行，因此核電的度電價格中應包含靈活性價值。

這兩大優勢有助于增強電力系統靈活性，降低碳排放，若在價格體系中不予以體現，將降低核電的市場競爭力。此外，由于核電項目具有投資額高、投資回報期長、風險高等特點，對私營投資者的吸引力不大，核電建設項目長期以來主要由國家投資或擁有市場壟斷地位的投資者投資。未來各國應為核電建設項目建立新的融資機制，例如英國最近批準“受監管的資產基礎”（RAB）融資模式。這一模式旨在通過讓消費者預先支付能源賬單的方式來降低投資風險，吸引私營投資，進而降低核電建設項目融資費用和項目造價。

4.2 核工業能力建設

未來核工業還需在三方面加強能力建設。一是保障能夠按計劃按預算完成核電建設項目。發達經濟體到2030年需要將核電造價降至每千瓦5000 美元，目前的造價為每千瓦9000 美元（不包括融資費用）。有許多成熟方法可供用于實現這一目標，包括在啟動建設前固化電廠設計、采用同一設計批量建設機組、在同一廠址建設多臺機組等。

二是進一步降低造價和平準化發電成本。未來，核電將面臨來自水電、配備CCUS的化石燃料電廠和生物質能源等低碳排放可調度能源的競爭。與這些能源競爭，需要將核電造價降至每千瓦2000～3000美元，平均化發電成本降至每千瓦時0.04～0.08美元（包括核電廠退役和廢物處置費用）。如果要與太陽能和風能直接競爭，則需要將核電造價降至每千瓦2000美元以下，平準化發電成本降至每千瓦時0.04～0.06美元。

三是抓住核能制氫和供熱的市場機遇。低碳制氫技術的大規模推廣應用是實現凈零排放情景的關鍵支柱。相關投資將從目前的近乎零增至2040年的每年8000億美元。國際能源署凈零排放情景預計，配備了CCUS的天然氣制氫和可再生能源電解制氫是經濟性最好的低碳制氫方案。如果要與這兩種方案競爭，需要將核電造價降至每千瓦1000～2000美元。如果能將核能制氫設施與氫的使用設施建在同一廠區，則可大幅提升核能制氫的經濟競爭力，因為可以避免氫的運輸費用。凈零排放情景預計，2050 年利用過剩的核電每年可生產2000萬噸氫。未來還可能實現熱電聯產，即核電廠在發電的同時，還用于區域供暖或為其他工業應用供熱。但要在這一領域具備競爭力，需要將核電造價降至每千瓦2000～3000美元。

4.3 模塊化小堆商業化應用

模塊化小堆是現今最具潛力的新興核電技術之一。世界主要核電國家均在積極開展相關技術研發，迄今已推出超過70種模塊化小堆，涉及壓水堆、沸水堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、熱管堆、高溫氣冷堆等多種堆型，截至目前還沒有一種設計實現完全商業化應用。

模塊化小堆裝機容量通常小于30 萬千瓦，僅為傳統核反應堆裝機容量的三分之一左右，具有多種優勢。一是造價低、建設周期短、項目風險低，能夠提高社會認可、吸引私營投資。模塊化小堆預先在工廠制造模塊，然后運輸到廠址安裝，其造價比大型堆低，也降低了建設期間的項目管理風險。二是用途廣泛。模塊化小堆不僅可以用于發電，還可以供熱、制氫和海水淡化等。三是固有安全性高，低功率和小堆芯提高了非能動安全系統的有效性。

凈零排放情景預計，模塊化小堆技術面臨兩個重要的發展窗口。一是從現在到2040年，模塊化小堆能夠為電力部門減排作出貢獻。但是，具體貢獻大小將在很大程度上取決于目前的投資決策，因為這將決定模塊化小堆能否在本世紀30 年代啟動大規模部署。預計早期部署的模塊化小堆將位于現有核電廠址。二是2040 年之后。如果在2030 年前作出投資決定，那么模塊化小堆將可能在2040 年之后實現大規模部署，不僅用于發電，還用于制氫和供熱等。

5 政策建議

為幫助相關國家推進核能發展，報告提出了七條建議：

●一是延長核電廠運行壽期；

●二是引導市場重視核能靈活性和清潔性價值，增強核能市場競爭力；

●三是創新融資機制，為核電建設項目提供支持；

●四是建立有效的安全監管體系；

●五是建立放射性廢物處置方案；

●六是加快推進模塊化小堆的開發和部署；

●七是根據建設項目實際進度定期評價，使項目按時、按預算完成。