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经合组织核能机构向二十国集团提交报告《碳循环经济中的核能》

来源:中核战略规划研究总院 日期:2021年11月08日

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经合组织核能机构(OECD/NEA2021923日向二十国集团提交了一份名为《碳循环经济中的核能》的报告。报告首先先容了全球核能的发展现状,然后着重强调了核能的电力和非电力应用在碳循环经济中将会发挥的作用,同时明确了核能将在推动后疫情时代经济复苏方面发挥的重要作用。最后,报告指出电力市场改革与政府政策支撑是推动核能这一低碳技术发展的关键,并且报告就二十国集团应当采取的行动提出了一系列建议。

1 核能在碳循环经济中的作用日益提升

在过去70年里,核能作为一种有竞争力的、可靠且可持续的能源,在许多国家发挥了重要作用。核能是可帮助许多经济部门脱碳的重要工具。核电能够取代化石燃料发电厂,减少碳排放,同时核电的利用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,核能还可用于制氢和工业供热等,有助于推进电力以外难以减排行业的脱碳。因此各国需提升核能在碳循环经济中的作用以应对气候挑战。

1.1 核电是实现脱碳目标的关键因素

截至2020年底,全球核电装机容量为392.4吉瓦,约占世界电力结构的10%,是经合组织成员国的第一大低碳电力来源,也是全球范围内仅次于水电的第二大低碳电力来源。报告中指出,在取代煤炭和天然气发电方面,核电的碳减排量最高,约是水电的2倍,太阳能发电的3倍(如下图所示)。

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根据《巴黎协定》中提出的脱碳目标,核电在未来几十年内将发挥越来越大的作用。国际能源署(IEA)的《可持续发展情景》(SDS)指出,在2020年至2040年间,核电装机容量需要增加约35%,以达成《巴黎协定》中的脱碳目标。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告中就到2100年实现1.5°C温升目标提出了一系列情景,其中绝大多数情景都强调核能将会发挥关键性作用。按这些情景的中位数计算,全球核电装机容量到2050年需增长115%

经合组织核能机构在报告中强调,为提升全球总核电装机容量,各国既需要使现有核电机组延寿运行,也需要部署新机组。在这方面,核行业拥有全面的技术方案,能够满足不同的市场需求,例如装机容量介于130万千瓦之间的模块化小堆特别适合替换老化的燃煤电厂,大型第三代反应堆可以用来满足新兴国家的电力增长需求和发达经济体的机组更新需求,第四代反应堆则由于其具有可替代冷却剂和更高的热功率因而有着更广泛的应用范围。

1.2 核能的非电力应用将推进行业脱碳

作为碳循环经济的组成部分,核电在未来低碳能源系统中的作用并不局限于基荷电力。首先,大多数现有和新建核电厂可以在负荷跟踪模式下运行,这能够提升电网运行的灵活性,支撑间歇性可再生能源的部署,同时保障电力安全。其次,同样重要的是,核能还提供了独特的非电力应用价值,包括制氢、工业供热、区域供暖、海水淡化、合成燃料和化工产品生产等。然而,各国在制订核相关政策时经常会忽视这些电力以外的应用。部分原因在于,政策制订时参考的脱碳方案并未将电力以外的核技术应用纳入考虑范畴。各国应重视核能的非电力应用,因为它不仅能够帮助脱碳困难的行业实现碳减排,还具有一定的经济竞争力:例如,将核电厂与氢电解槽耦合可使其以高容量因子运行,这将提升低碳氢的成本竞争力。

1.3 核能将推动后疫情时代经济复苏

随着二十国集团各成员国的经济从新冠疫情危机中复苏,各国政府应借由经济刺激措施加快推进能源转型,以实现其气候目标。各国应投资建设现代化的、灵活的基础设施,为实现公平和可持续的经济发展提供稳定、高价值的就业机会。

核能是帮助许多国家实现这些目标的最佳低碳能源之一。核电项目是弹性能源基础设施的基石,能够经济高效地供应大量低碳电力和热能,同时为地方和国家经济创造大量具有高价值的就业机会。

2 电力市场改革和政府政策支撑对于核能发展至关重要

为实现《可持续发展情景》中提出的目标,与当前趋势相比,全球至少需要将年度新建核电装机容量翻一番。而要实现政府间气候变化专门委员会提出的目标,全球核电装机容量的年增幅需更大。一些具体的扶持政策可以为实现上述目标提供支撑,特别是帮助新建核电项目实现低成本融资,并为低碳电力技术提供一个公平竞争环境。需要明确的一点是,报告这里强调的电力市场改革并非针对核能,而是适用于所有低碳和资本密集型电力技术。此外,政府也应当制订政策以支撑创新、核技术研发和建立国际许可框架。

鉴于核计划对一国经济及其电力系统会产生长远且深刻的结构性影响,各国政府必须将核项目视为具有战略重要性的国家基础设施项目。这意味着政府在领导以及团结各利益相关方、制定核相关政策方面负有明确的责任。报告就核政策制订向二十国集团提出了一系列建议。

3 二十国集团应采取的行动

在明确了政策支撑能够推动核能在碳循环经济中发挥作用之后,经合组织核能机构在报告中为二十国集团成员国提供了一系列行动建议,这些建议可按照核能的电力应用和非电力应用分为下述两类。

3.1 针对现有和新建核电机组应采取的行动

针对核能的电力应用,二十国集团的行动主要分为两类:一是推进核电技术发展。具体表现为利用从已完成项目中获得的经验提升现有反应堆技术以降低未来建设同类型核电厂成本,以及推进先进反应堆技术的研发和部署。二是为核电发展提供一个良好的外部发展环境。具体行动建议如下:

  • 从最近的第三代反应堆建设项目中汲取经验教训。随着几个某一类型首座(FOAK)第三代核反应堆建造完成,一些经合组织成员国的核工业及其供应链能力得到了大规模地再开发利用。同时,各国可以利用从首座电厂建设项目中获得的经验教训来降低同类型核电机组新建成本。一旦各国推迟这类机组的新建,核能的可持续发展将受到阻碍,短期项目建设成本也会因此提高。
  • 支撑新兴核技术。加大对新兴核技术——特别是模块化小堆——的支撑力度。这些正在市场中逐步部署的技术或将显著扩大核电对碳循环经济的贡献。
  • 将核能纳入后新冠疫情经济复苏计划。各国政府应利用新冠疫情后的经济复苏,加快推进能源转型,以实现气候目标。各国应投资建设现代化、灵活性高的基础设施,创造稳定、高价值就业机会,促进经济公平和可持续发展。
  • 推进电力市场改革。所有低碳技术都具有固定成本高、边际成本低的特点。这种成本结构不太适合承受当前由于放松管制引发的电力市场波动。电力市场改革需要为所有低碳发电技术创造一个公平的竞争环境,包括为现有核电厂的运行和新核电厂的建设提供支撑。
  • 将核能纳入可持续融资倡议。考虑到核能的碳排放量低、生命周期的良性环境足迹以及核材料和废物管理长期解决方案的可行性,各国应将核能纳入未来可持续融资计划。核能机构在20207月发布的报告《高放射性废物的管理与处置:全球进展及措施》中强调,国际科学界已就深层地质处置库(DGRs)的安全性和有效性达成共识。

3.2 针对核能多元化应用应采取的措施

报告还就核能的非电力应用向二十国集团提供了下述行动建议:

  • 支撑核热电联产示范计划。所有能源部门,特别是那些难以实现电气化的部门,都非常重视脱碳。由于核能是为数不多的能够在发电的同时产生热量的低碳能源之一,因此,对于难以减少热量使用的能源部门来说,利用核能供热有助于实现脱碳。
  • 优先发展低碳氢。各国应当平等对待核能制氢技术与其他低碳制氢技术。对制氢技术进行分类时应当明确各种技术全生命周期的碳排放量。
  • 将核能在电力以外的应用纳入脱碳途径。在制订脱碳方案时,二十国集团成员国应将核能的电力与非电力应用均纳入到方案中。

4 小结

目前,为应对气候挑战,全球需将温升控制在1.5°C。而核能作为全球重要的低碳电力来源,对于脱碳目标的实现至关重要。因此,全球需大力发展核电,在新建机组的同时对现有核电厂进行延寿,从而提升总核电装机容量。同时,各国也应将目光转向核能的非电力应用,即在制订脱碳政策时必须将核能的高温非电力应用(如核能制氢)和低温非电力应用(如为石油冶炼和钢铁制造等工业供热)纳入考虑范畴。除了降低碳排放外,核能对碳循环经济的贡献还在于提供低碳和低成本的电力与热能,以及创造稳定、高价值的就业机会。

为最大限度地发挥核能在碳循环经济中的作用,二十国集团成员国必须提供足够的政策支撑,并进行电力市场改革,以便在推进核技术研发的同时为核能提供一个良好的外部发展环境。

(中核战略规划研究总院 李晨曦 伍浩松)


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