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世界核协会:2020年全球核发电总量为2553太瓦时 同比下降近4%

2021 年 9 月 1 日,世界核协会发布了新版《世界核电厂运行实绩报告》。报告通过提供发电量、装机容量和容量因子等数据展现了全球核电厂的运行情况。此外,通过综合分析全球电力需求、气候变化和核电机组停运等问题,报告还强调了核电在碳减排方面的关键性作用,并明确了各国应当如何推进核电发展以实现碳减排目标。

1 全球核电厂运行实绩

2020 年全球核发电总量为 2553 太瓦时,与 2019 年的 2657 太瓦时相比下降近 4%(详见图 1)。报告指出,在其他任何一年,核发电量下降 4% 都是一件会令核能行业感到失望的事;然而在 2020 年,这反而体现了核电机组运行的灵活性,即核电机组在保障电力稳定、可靠供应的同时能够更好的应对电力需求的变化。

报告就上述结论作了详细说明:首先,受新冠疫情影响,2020 年全球电力总需求下降约 1%,因而核发电量也随之减少;其次,随着太阳能和风能等间歇性可再生能源发电量的增加,能够以负荷跟踪方式运行的核电机组在保障电网运行的稳定性方面发挥着越来越重要的作用。同时,核电机组在保障电力供应方面的作用还体现在其较高和较稳定的容量因子上。2020 年全球核电机组的平均容量因子为 80.3%,低于 2019 年的 83.1%。然而如图 2 所示,就过去 20 年的容量因子来看,2020 年核电机组的容量因子仍处于较高水平,近三分之二的核电机组的容量因子大于 80%。此外,核电机组的容量因子不会因机组役龄的增加而下降。报告指出,鉴于一些核电机组目前已获准将其运行期限延长至 80 年,不随役龄增加而下降的容量因子对于保障电力稳定供应十分重要。

2. 利用核能实现碳减排

政府间气候变化问题专门委员会(IPCC)2021 年 8 月发布的第六次评估报告中指出,目前全球只能通过采取紧急行动以控制气候变化的影响,而无法阻止气候变化。只有大幅减少温室气体排放,才能防止全球气温上升超过 2℃。基于这一结论,世界核协会在本报告中提出,到 2050 年才实现净零排放可能为时已晚,因此各国需真正关注的是如何在 2040 年实现这一目标。核能是可供许多经济部门脱碳使用的重要工具。核电能够提升电网运行的稳定性,进而推进太阳能和风能等间歇性可再生能源的部署。除供电外,核能还可用于制氢、工业供热、区域供暖、海水淡化、合成燃料和化工产品生产等,有助于推进电力以外难以减排行业的脱碳。因此核能是全球实现清洁和现代能源转型的关键驱动力。报告指出,利用核能实现碳减排的关键性措施是在保持现有核电机组长期稳定运行的同时建设新的核电机组,能够以可负担的成本融资,简化国际许可程序,以及扩大核能在电力之外领域的应用。

2.1 案例分析

为详细说明核电在碳减排方面作出的贡献,报告选择将德国格罗恩德核电厂、中国海阳核电厂、土耳其阿库尤核电厂和美国桃花谷核电厂作为案例进行分析。

格罗恩德核电厂最初于 1984 年实现并网发电。2021 年 2 月 7 日,该核电厂的一台功率为 1360 兆瓦的机组以 400 太瓦时的总发电量创下世界纪录。在过去的 36 年里该核电厂大约减少了 4 亿吨碳排放。

海阳核电厂现有 2 台 AP-1000 机组,于 2018 年投入运行。该核电厂计划增加 4 台 1000 兆瓦的机组,并预留出空间以便在将来再建立 2 台机组。目前海阳核电厂正在开展核能供热项目建设,一期工程已于 2019 年 11 月完成,供热面积达 70 万平方米。二期工程开始于 2020 年 11 月,将于 2021 年 11 月投入运行,供热面积将达 450 万平方米。海阳核电厂为城市提供可负担的低碳电力和热力,实现了社会效益和和环境效益的双赢。

阿库尤核电厂是俄罗斯国家原子能集团公司根据俄罗斯与土耳其 2010 年 5 月签订的政府间协议正在建造的一座将配有 4 台 VVER-1200 机组的核电厂,设计寿期为 60 年。建成后,该核电厂的年发电量为 35 太瓦时,能够满足土耳其近 10% 的电力需求。该核电厂的建设能够帮助土耳其实现联合国的可持续发展目标(SDG),即阿库尤能够提供 “可负担的清洁能源”,使土耳其能够更好地应对气候变化。

桃花谷核电厂隶属于美国爱克斯龙公司,共有 3 台机组,1 号机组是一个实验性的石墨慢化氦气冷却高温反应堆,已于 1974 年停运。2 号和 3 号机组是沸水堆,于 1974 年投入商运,且均已两次获准延寿,可分别运行至 2053 和 2054 年。除延长该核电厂运行期限外,爱克斯龙公司还开展了一个长达七年的 “扩展功率提升”(EPU)项目,通过对主要部件进行更换和升级,将两台机组装机容量各提升了 12%。桃花谷核电厂装机容量现为 2770 兆瓦,能够为 270 万家庭和企业提供零碳电力。如果桃花谷核电厂能够持续运营至 2054 年,将能避免 4.86 亿吨碳排放量的产生,相当于在 34 年里每年从道路网中移除 330 万辆汽车。

2.2 现有核电机组长期运行

鉴于核电在碳减排方面的关键性作用,各国需保证现有核电机组能够长期稳定运行。如图 3 所示,截至 2020 年底,全球有 441 台在运核电机组,总装机容量达 392 吉瓦。然而在过去三年里,全球总装机容量基本持平,即新增核电机组的装机容量与永久关停机组的容量相当。2020 年,阿联酋、白俄罗斯、俄罗斯和中国共建成 5 台机组,总装机容量为 5521 兆瓦。然而,法国、美国、俄罗斯和瑞典共关闭 6 台机组,总装机容量为 5165 兆瓦。2018 至 2020 年,共有 26 台机组永久停运,总装机容量为 20.8 吉瓦,而新投运的机组有 20 台,总装机容量为 21.3 吉瓦。

报告指出,过去几年,机组的关闭并非因为技术限制,而是因为政府的弃核政策以及市场未能充分认识到核电厂在降低碳排放和确保电力供应稳定方面的价值。例如,受市场因素的影响,美国印第安角 2 号机组和杜安阿诺德 1 号机组经济效益下降,均已于 2020 年提前关闭。而受到法国出台的消极核能政策——即降低核电在该国电力结构中的比重——的影响,弗森海姆 1 号和 2 号机组已分别于 2020 年 2 月和 6 月关闭。此外,报告中提到,受德国政府弃核政策的影响,格罗恩德核电厂将于 2021 年底停运。

对于想要实现碳减排目标的国家而言,核电机组的提前停运会影响低碳电力的生产,也是一种严重的能源浪费。此外,报告还强调,正如美国在桃花谷核电厂开展的 “扩展功率提升” 项目一样,通过部件的维修和更换以及系统的升级,可以提升现有核电机组的装机容量。。报告指出,通过提升现有机组装机容量进而增加核发电量是电力生产领域最具成本效益的缓解气候问题的措施。

报告提出,必须保持现有核电机组长期稳定运行,避免被化石燃料发电厂取代。为实现这一目标,政府应紧急制订政策,以向那些由于市场忽略核能在气候和能源安全方面价值而面临停运威胁的机组提供支持。例如,美国伊利诺伊州拟于 2021 年 9 月初提交法案,为爱克斯龙的拜伦、德累斯顿以及布雷德伍德核电厂提供 7 亿美元补贴,避免其因市场经济性不足的问题提前停运。同时,已经实施了减少或逐步淘汰核电政策的政府现在必须重新评估这些政策,因为目前提出的替代核电的方案都将导致对化石燃料依赖性的提高、电力系统的可靠性降低以及电价的上涨。

2.3 建设新核电机组

为减少碳排放量,扩大核电规模,,各国还应推进新核电机组建设。报告指出,近来有迹象表明核电业将会快速发展。截至 2021 年 9 月 1 日,全球共有在运核电机组 443 台,总装机容量超过 394 吉瓦。在 2021 年前 8 个月内,尽管美国印第安角 3 号和中国台湾地区国圣 1 号两台机组永久停运,但是包括印度格格拉帕尔 3 号、巴基斯坦卡拉奇 3 号、以及中国田湾 6 号和红岩洋河 5 号在内的 4 台新机组已实现并网发电。此外,共有 7 台机组正式启动建设,包括土耳其阿库尤 3 号、俄罗斯首座铅冷快堆 BREST-OD-300、印度库坦库拉姆 5 号、以及 4 台中国机组(田湾 7 号、徐大堡 3 号、昌江小堆示范工程和昌江 3 号机组)的建设工作已经启动。

目前全球经济已有复苏迹象,这使得电力需求出现反弹。国际能源署发布警告称, 2021 年全球电力需求将增加 5%,而绝大部分新增电力需求将通过燃煤发电得到满足,这会将碳排放量推向历史新高。在此情况下,大力发展核能以取代化石燃料电厂能够避免碳排放量的增加。因此各国在充分利用现有核电机组发电的同时,应加快新核电机组的建设。具体措施如下:一方面,各国新建核电机组时可以通过近期某一类型首座电厂(FOAK)的建设来获取专业知识并建立供应链,以及利用从首座电厂建设项目中获得的经验教训来降低核电建设成本;另一方面,各国必须致力于研究、开发和部署下一代核反应堆,其中包括小型模块化反应堆和其他先进核技术。

2.4 能够以可负担的成本融资

融资成本占核电总成本的比重超过 75%,因此,如果要建设足够的核电厂以满足到 2040 年或 2050 年实现净零排放的目标,运营商需以可负担的成本筹集资金。就为核能项目融资而言,政府作出的有关核能的承诺至关重要,它能提升投资者的信心、激励投资者制订长期投资规划、以及吸引私人和公共资本。

目前在全球范围内,投资者们都在优先考虑符合环境、社会和公司治理原则(ESG)的气候融资项目。然而,尽管核电及整个核行业在满足气候以及环境、社会和公司治理原则方面表现强劲,但许多气候融资项目迫于政治压力被迫将核能排除在外,例如欧盟的《可持续性金融分类法》和英国的《绿色分类法》。鉴于上述情况,报告强调,一些国家通过限制其他国家以可负担的成本为核能融资来强迫这些国家将核能排除在能源政策之外,这种政治施压行为必须遭到抵制。环境、社会和公司治理原则以及气候融资标准必须是技术中立的,以科学为基础的,并始终如一地应用于所有经济活动。

2.5 简化国际许可程序

当前的监管要求可能会给新核能项目的部署带来重大挑战,特别是小型模块化反应堆等新技术的部署。去年年底,反应堆设计评估和许可合作工作组(CORDEL)编写了一份关于协调反应堆设计评估工作和许可申请的报告,建议为协调评估工作和许可申请建立一个国际框架。该框架的核心建立多国监管顾问组。该顾问组由来自各国国家监管机构的专家组成,并由一项国际协议授权。政府、监管机构和行业必须共同努力,加快新核能项目的部署,以便使核技术能够最大限度地为包括电力生产和供应在内的多个领域的脱碳做出贡献。

2.6 扩大核能在电力之外领域的应用

上述部分详细介绍了核能在电力领域的发展现状。但是,先前提到的海阳核电厂区域供热的案例表明,核能可为其他许多目前依赖化石燃料的行业提供帮助。报告指出,首先,鉴于政府希望逐步以氢燃料锅炉取代燃气中央供暖系统,对氢的需求预计将急剧增加。而可用于交通运输领域的氢燃料电池的开发将进一步增加这一需求。目前,大多数的氢都是由化石燃料制造的,由此产生很高的温室气体排放量。核技术可取代化石燃料制氢,因为目前正在开发的反应堆能够在足够高的温度下提供热量,以热化学方式分解水来制氢。其次,除制氢外,反应堆所能提供的高温工艺热也可用于混凝土、玻璃和钢铁等基本产品的制造,目前制造这些产品所需的工艺热主要由化石燃料提供。此外,气候变化将带来越来越大的淡水供应压力,而在海水淡化领域核技术已然成熟。

总之,报告强调,鉴于核能是唯一可以产生零碳电力和热力的低碳能源,各国需抓住机会利用核能以帮助电力以外的许多难以减排的行业实现脱碳。同时,扩大核能的应用范围也将改进现有和新建核电厂的商业运行模式。

3 小结

面对新冠疫情带来的电力需求下降,2020 年核发电量的下降体现出核电机组运行的灵活性。即核电机组在保障电力稳定、可靠供应的同时能够更好的应对总电力需求的变化和可再生能源市场份额增加等情况。

然而随着 2021 年经济的复苏,电力需求出现反弹,而绝大部分新增电力需求将通过燃煤发电得到满足。为实现气候目标,各国需利用核能推进经济部门的脱碳。一方面,核能在提升电网运行稳定性方面的作用能够推进太阳能和风能等间歇性可再生能源的部署。另一方面。除供电外,核能还可用于制氢、工业供热、区域供暖、海水淡化、合成燃料和化工产品生产等。报告通过四个案例指出核能是电力及电力以外行业脱碳的关键驱动力。因此,报告提出五项关键性措施以利用核能实现碳减排:保持现有核电机组长期稳定运行;建设新的核电机组;能够以可负担的成本融资;简化国际许可程序;以及扩大核能在电力之外领域的应用。

来源:微信公众号 “中核智库”  ID:zhzk_cinie  作者:中核战略规划研究总院 李晨曦

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