浅析清洁能源系统型中的核电

清洁能源转型中核电扮演重要角色

目前核电为电力生产做出了重大的贡献，2018年全球10%的电力供应来自核电。在发达经济体，核电在发电量中的占比达到18%，是最大的低碳电力来源。然而，近年来，核电在全球电力供应中的占比持续下降。这是由发达经济体推动的，在发达经济体中，核电机组正在老化，新增的装机已逐渐减少，二十世纪七十年代和八十年代建造的一批电厂已经退役，这减缓了向清洁电力系统转型的速度。尽管太阳能和风能增长令人印象深刻，但由于核能的减少，2018年清洁能源在总电力供应中的占比仅为36%，与20年前相同。阻止这一下滑对于加快电力供应脱碳化步伐至关重要。

2018年核电在各国发电量中的占比 

2018年发达经济体低碳电力情况（按来源划分）

全世界清洁能源转型将需要包括核电在内的一系列技术。全球能源越来越多地以电力为基础。这意味着，实现能源系统清洁的关键是将电力部门从最大的二氧化碳排放生产者转变为低碳来源，从而减少运输、供暖和工业等领域的化石燃料排放。虽然预计可再生能源将继续处于领先地位，但核能也可以与使用碳捕获、利用和储存（CCUS）的化石燃料一起发挥重要作用。在全球巨大的能源需求和二氧化碳排放量的情况下，各国应设想核能在未来能源中的角色。要实现符合可持续性目标—包括国际气候目标—的轨道，清洁电力的扩张需要比目前快3倍。到2040年，全球85%的电力将需要来自清洁能源，而目前这一比例仅为36%。除了对效率和可再生能源的大规模投资外，到2040年，全球核电发电量还需要增加80%。

全球核电避免的CO2排放量（累计值）

核电站以多种方式为电力安全做出了贡献。核电站有助于保持电网稳定。在一定程度上，它们可以根据需求和供给的变化调整运营。随着风能和太阳能光伏（PV）等间歇性可再生能源的占比上升，对此类服务的需求也将增加。核电站可以通过减少对进口燃料的依赖，减少可再生能源发电引起的季节性波动影响，并加强能源安全。

延长核电站的寿命是使能源转型回到正轨的关键

在发达经济体，政策和监管的决定对老化反应堆的命运仍然至关重要。他们的核电站的平均服役时间为35年。欧盟和美国拥有最大的现役核电站（超过100GW），这些核电站也是最老的：欧盟的反应堆平均服役时间达到35年，而美国则达到39年。在大多数情况下，最初设计的服役年限为40年。到2025年，发达经济体目前约四分之一的核电装机将被关闭—这主要原因是减少核能“角色”出现的政策导致的。剩余装机的命运取决于未来几年有关延长运营时间的决定。例如，在美国，约有90座反应堆拥有60年的运营许可证，但有其中的几个反应堆已经提前退役，更多的反应堆面临退役风险。在欧洲、日本和其他发达经济体，核电站寿命的延长也面临着不确定的前景。

反应堆建设启动和核能在总发电量中的占比

选定国家或地区核电装机的运营时间

经济因素也在发挥作用。对于核电站，寿命延长相较新建要便宜得多，通常与其他发电技术（包括新的风能和太阳能项目）相比具有成本竞争力。然而，它们仍然需要大量投资来更换和翻新使电厂能够继续安全运行的关键部件。低电力批发价格和碳价，加上关于冷却反应堆用水的新规定，使得美国的一些核电站经济上无法“存活”。此外，市场和监管制度往往惩罚核电，因为它没有为核电作为清洁能源的价值定价，也没有为核电安全做出贡献。因此，发达经济体的大多数核电站都有可能过早关闭。

截止2019年5月核电装机容量（按国家划分）

投资发达经济体新核项目的障碍是巨大的

建造新核电站的计划将极大地影响实现清洁能源转型的机会。防止核电站过早退役并使其取得更长的延期减少了增加可再生能源的需要。但如果没有新的建设，核电只能为向更清洁的能源系统转型提供暂时的支持。

新核电站建设的最大障碍是调动投资。建造新核电站的计划或将面临着与其他发电技术相竞争，以及大型核项目需要数十亿美元前期投资的担忧。在引入有竞争力的批发市场的国家，这些疑虑尤其强烈。

核能技术本性所产生的一些特有的挑战可能会阻碍投资的进行。主要的阻碍包括投资规模大、筹备时间长；施工问题、延误和成本超支的风险；以及未来政策或电力系统本身发生变化的可能性。在芬兰、法国和美国的在建先进反应堆的工程中存在长期拖延。事实证明，它们的成本远远高于最初的预期，抑制了投资者对新项目的兴趣。相反，尽管韩国计划减少对核电的依赖，但是该国在按时和按预算完成新项目建设方面的记录要好得多。

在建核电站情况（按所有权和地区划分）

如果没有核投资，实现可持续能源系统将要困难得多

发达经济体现有核电站和新核电站投资的崩溃将对排放、成本和能源安全产生影响。如果发达经济体没有进一步投资，延长现有核电站的运行寿命或开发新项目，到2040年，这些国家的核电装机将下降约三分之二。在各国政府目前的政策雄心下，虽然可再生能源投资将继续增长，但天然气发电以及少量的煤电装机将在取代核能方面发挥重要作用。对于各国的电力安全，这将进一步提高天然气的重要性。到2040年，累计二氧化碳排放量或将增加40亿吨，对于数值已经相当大的排放目标来说，将增加更大的困难。随着新装机和配套电网建设以抵消即将退役的核电站的发展，投资需求或将增加400亿美元。

在核电减少的情况下实现清洁能源转型是可能的，但需要付出非凡的努力。政策制定者和监管机构必须找到办法，创造条件，刺激对其他清洁能源技术的必要投资。发达经济体将面临相当大的低碳电力短缺。风能和太阳能光伏将是被要求取代核能的主要来源，它们的增长速度需要以前所未有的速度加快。在过去20年中，发达经济体的风能和太阳能光伏装机增加了约580GW。但在未来20年，为了抵消核电装机下降而需要建设的风能和太阳能光伏装机是过去20年的5倍。要实现这一增长，就需要克服各种非市场障碍，如公众和社会对项目本身的接受，以及电网基础设施的相关扩张。与此同时，核电可以帮助缓解可再生能源一体化的技术困难，降低电力系统改造的成本。

随着核电的消失，电力系统灵活性或将下降。抵消这种影响的备选办法包括建设新的天然气发电厂、增加储能装机（如抽水蓄能、电池或氢气等化学技术）和需求侧措施（鼓励消费者对价格信号的响应）。增加与邻近系统的互联也将提供额外的灵活性，但当一个区域的所有系统都有非常高的风能和太阳能光伏占比时，其有效性就会下降。

用更多的可再生能源来抵消更少的核电，成本会更高

将核能排除在方案之外，会导致消费者电价上涨。发达经济体的核电装机急剧下降将意味着其他形式的发电和电网需求大幅增加。2018~2040年，发达经济体的电力部门将需要约1.6万亿美元的额外投资。尽管最近风能和太阳能成本有所下降，但增加新的可再生能源装机需要的资本投资远远超过延长现有核反应堆的寿命。需要扩展输电网以连接新工厂和升级现有线路以处理额外的电力输出也会增加成本。发达经济体所需的额外投资不会被业务费用的节省所抵消，因为核电燃料成本很低，运营和维护占电力供应费用总额的一小部分。如果不广泛延长寿命或开展新的项目，整个发达经济体的电力供应成本平均将高出近800亿美元/年。

核电站寿命延长的平准化度电成本（LCOE）

需要强有力的政策支持，以确保对现有和新核电站的投资

一直保留使用核能选择的国家需要改革其政策，以确保在公平竞争的环境中竞争。它们还需要解决延长寿命和新能力方面的投资障碍。重点应放在以重视包括核电在内的低碳技术的清洁能源和能源安全属性的方式设计电力市场上。

鉴于项目的高成本，以及一些国家最近不利的经验，确保对新核电站的投资将需要更具侵入性的政策干预。投资政策需要通过长期合同、价格保障和国家直接投资相结合的方式克服融资障碍。

人们对适合私人投资的先进核技术（如小型模块化反应堆）的兴趣越来越大。这项技术仍处于开发阶段。各国政府有理由通过为研究和发展提供资金、为风险投资建立公私合作关系，以促进这一目标。反应堆设计标准化对于小型模块化反应堆规模经济至关重要。

需要在核技术的运作和发展方面继续开展活动，以保持技能和专门知识。最近发达经济体的核部署速度相对缓慢，这意味着目前存在失去人力资本和技术诀窍的风险。保持人的技能和工业专门知识应成为旨在继续依赖核电的国家的优先事项。

翻译＆编辑：Mirakuru＠ERR能研微讯团队