核电与保障能源转型

执行摘要

核能新曙光？

核能可以助力能源部门更加快速、安全地摆脱未减排化石燃料。面对当今全球能源危机，减少对进口化石燃料的依赖已成为能源安全的首要任务。气候危机问题也同样严峻。要在本世纪中叶实现温室气体净零排放，就必须迅速彻底实现发电和供热脱碳。核能运营设施如今遍布32个国家，装机容量达到413吉瓦（GW），每年可减少全球排放量1.5吉吨（Gt）、全球天然气需求1800亿立方米，有利于实现上述两个目标。虽然风能和太阳能光伏预计将成为取代化石燃料的主力，但这需要有可调度资源作为补充。核能是当今仅次于水电的第二大低排放发电能源，且具有可调度性和增长潜力。对于接受核能的国家，有利于在确保降低排放的同时实现电力系统安全和多元化。

发达经济体已失去市场领先地位。尽管发达经济体拥有的核电装机容量占全球近70%，但相关投资已现停滞，且新项目预算和进度都与预期目标相距甚远。因此，项目研发模式和首选设计方案也发生变化。在2017年初开始建设的31个反应堆中，有27个由俄罗斯或中国设计。

Nuclear power construction starts by national origin of technology, 2017-2022

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出于安全和核废物处理方面的顾虑，有些国家仍对核电有所限制。2011年日本福岛第一核电站事故破坏了公众对核电的信心，开始重视有力的独立监管监督。事故风险是禁止核电或逐步淘汰核电政策背后一个主要原因。虽然在高放核废料处置方面取得了一定进展，已有三国批准通过核废料处置场项目，但一直难以取得公众认可和政治认同。

政策格局不断变化，为核电归来创造新机遇。目前已有70多个国家（能源相关温室气体排放量占全球四分之三）承诺将排放量减至净零。虽然在未来低排放电力中可再生能源占比最大，并且有许多国家尚无核电需求预期或是并不希望采用核电，但投资核电计划的国家还是越来越多。英国、法国、中国、波兰和印度近期宣布的能源战略中就考虑让核电发挥重要作用。美国目前就在投资先进反应堆项目。

能源安全问题以及近期能源价格飙升，特别在俄罗斯入侵乌克兰爆发之后，突显出非化石能源和国内能源结构多元化的重要性。比利时和韩国最近减少了逐步淘汰现有核电站的计划。英国的国家能源安全战略中有八座大型反应堆新建计划。日本加快重启已通过安全核准的核反应堆，由此可以够释放出欧洲或亚洲其他市场急需的液化天然气库存。

在1973年石油危机之后十年里新建的核电站装机容量将近有170吉瓦，如今依然占总核电装机容量的40%。而在过去的十年里，核电新增容量只有56吉瓦。在政策支持和严格控制成本的情况下，如今的能源危机也可能会使核能再次复苏。

离开核电，全球净零排放将更加困难

核能是一种成熟的大体量低排放能源，完全可以帮助实现电力供应脱碳。在国际能源署2050年净零排放情景（NZE）下，能源部门的排放量从2020年到2030年要减少约40%，到2050年要降至净零。虽然在该情景下，可再生能源占主导地位并且在供电总量中的占比提高到近90%，但核能在其中的作用不可小觑。实现净零排放的路径虽然局限颇多，但有效可行，需要世界各国政府及时采取严格的政策措施，从多方面重塑能源体系。

延长核电站寿命是经济实现2050年净零排放的必由之路。在现今的核电站中，运营时间超过30年的核电站装机容量约260吉瓦（约占63%），这些核电站已接近初始运营许可期限的尾声。尽管在过去三年里，全球有约10%的核电站延长了寿命，但到2030年，发达经济体在运核电机组量可能会缩减三分之一。在2050年净零排放情景下，这些核电站中有一半以上会延长寿命，对其他低排放能源的需求会因此减少近200吉瓦。2030年，大部分延期项目需要的资本成本约为每千瓦（kW）500~1100美元，每兆瓦时平准化成本通常远低于40美元，这在大多数地区都有相当的竞争力，甚至能与太阳能和风能匹敌。

核电对保障全球实现净零排放具有重要作用。在2050年净零排放情景下，核电量会从2022年初的413吉瓦增加到2050年的812吉瓦。21世纪30年代，核电每年新增容量将达到27吉瓦，高于以往所有时期。尽管如此，核电在全球总发电量中的占比还略有下降，只占8%。新兴经济体和发展中经济体核电增长占全球增量的90%以上，其中中国将在2030年前成为最主要的核电生产国。发达经济体由于美国、法国、英国和加拿大等主要国家的核电站退役和新建相互抵消，总体核电增长预计在10%。全球每年的核电投资额将从21世纪10年代的300亿美元提高到2030年1千亿美元以上，并且在2050年之前会一直在800亿美元以上。

Nuclear power capacity additions and retirements in selected countries and regions by decade in the Net Zero Scenario

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减少核电会增加实现净零排放目标的难度且成本更高。在2050年净零排放情景下，悲观核电方案讨论了不加快核电建设和延长寿命的影响。在这种情况下，总发电量中的核电占比将从2020年的10%下降到2050年的3%。由此形成的缺口将由太阳能和风能填补，这会促进前沿领域大比例采用波动性可再生能源。储能以及采取碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的化石燃料电厂需求将会随之增加。因此，按照2050年净零排放情景的悲观核电情况，投资额需要增加5000亿美元，到2050年消费者电费平均每年增加200亿美元。

必须采取有效方法才能发挥出核能的作用

核电产业要发挥自身作用，必须符合项目的预算和时间要求。这意味着到2030年，发达经济体的核电项目价格要到达每千瓦5千美元左右，而据报道，同类首堆项目的资本成本（不包括融资成本）就在每千瓦9千美元左右。可以通过在开始施工前确定最终设计、对后续机组坚持采用相同的设计以及在同一地点建造多个机组等有效的方法降低成本。在整个施工过程中采取稳定的监管框架也有助于避免延误。

LCOE range for selected dispatchable low emissions electricity sources in the Sustainable Development Scenario, 2030, 2040 and 2050

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核电要发挥更大作用，就必须进一步降低建设成本。水电、生物能源和采用CCUS技术的化石燃料发电厂是可以代替核能的几种主要可调度低排放资源，如今都面临着扩张挑战。水力发电厂场地以及可持续生物能源供给有限，而扩大CCUS规模则存在经济、政治和技术障碍。当这些替代能源有扩张潜力或CCUS实现商业化时，核电建设成本需要下降到2千~3千美元/千瓦（按2020年美元计算）才能具有竞争力。根据融资成本，此时对应的每兆瓦时核电平准化成本在40~80美元（包括退役和废物处置）。如果新项目能够在更多市场达到这一成本水平，核电就可以发挥更大的作用。

核电制氢、产热创造新机遇。迅速扩大低排放制氢是2050年净零排放情景的重要支柱，相关的投资额将从当前接近零增长到2040年每年800亿美元。根据2050年净零排放情景成本预测，通过天然气与CCUS结合制氢或通过可再生能源电解制氢最为经济。相比这些替代能源，核能要形成竞争力必需将每千瓦的投资成本降到1000~2000美元。如果核反应堆与氢用户共处一地，则可以避免运输成本，因此经济性更高。根据2050年净零排放情景估算，到2050年，多余的核电可生产约2000万吨氢气。也可将核电站用于供热联产，取代区域供暖及其他高热用途，但这一市场潜在规模有限，且需将每千瓦的建设成本降到2千~3千美元才有竞争力。

市场需考虑所有业务的附加值

核能和其他可调度发电能源能够为电力系统提供关键业务以支撑可再生能源。在风能和太阳能在电力结构中占据主导以及终结未减排化石燃料发电的情况下，必须辅之以多元化的可调度发电结构，确保供电稳定且具有短期灵活性并可满足高峰时期需求。例如，根据中国碳中和电力系统分析，核电在2060年将只占总发电量的10%，但却满足了几乎一半的惯量需求，这是系统灵活性的重要内容。

批发市场应根据系统业务的价值定价。随着波动性可再生能源比例提高，对系统灵活性、充足性和稳定性等业务的需求也急剧增加。电力市场设计时应充分重视这些业务，不能仅限于电力生产。此外，健全碳定价制度有助于在建立低碳化能源体系的同时，降低成本。

政府需参与新投资项目的融资。核电项目具有资本密集和寿命周期长的特点，有重大政策风险的项目尤其如此，因此大部分私营部门都缺乏充分的投资资金，故核电项目长期以来一直依赖国有或受到管制的垄断组织来保障投资回报并抑制投资风险。融资机制创新，比如英国最近核准了受监管资产基础（Regulated Asset Base）模式，可以帮助确保资金充足，并将风险分摊到最合理之人。

小型模块化反应堆势头正盛

净零挑战刺激了小型模块化反应堆技术发展。在2050年净零排放情景中，到2050年，有一半的减排得益于小型模块化反应堆等各种技术，但这些技术目前还没有实现商业化。小型模块化反应堆通常指容量小于300兆瓦的先进核反应堆，拥有强大的政治和制度支持，美国为此设置了大量补助，加拿大、英国和法国也加大了支持力度，可以吸引私人投资者，为核工业带来新参与者和新供应链。

Global number of small modular reactor projects by status of development, 2022

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缩小规模有利于小型模块化反应堆融入。小型模块化反应堆的资本成本较低且本身具有安全和易于废物管理的属性，同时项目风险较小，有利于提高社会接受度并吸引私人投资到研发、示范和发展之中。小型模块化反应堆还可以重复利用退役化石燃料发电厂的场地，将已有的传输、冷却水和熟练劳动力利用起来。此外，还可用于热电氢联产。

需要政策和监管改革来刺激投资。小型模块化反应堆长期部署是否成功取决于政策制定者和监管者是否有强力的支持吸引私营部门投资。根据小型模块化反应堆的属性调整和精简许可和监管框架是关键。许可及定义的国际协调对于拓展全球市场至关重要。保障私人融资需要健全的技术中立政策框架（涵盖分类标准和环境、社会和治理领域），这会对资金流动产生越来越大的影响。

小型模块化反应堆要在能源转型中发挥重要作用，需要当机立断。虽然在当下十年期可能只有少数机组能够投运，但根据近期势头，小型模块化反应堆可能在21世纪30年代开始在能源转型中发挥重要作用，但现在就必须当机立断部署监管和投资并证明商业可行性。这既适用更有经济竞争力的小型进化堆，也适用于各种先进堆。

Recommendations

政策建议

下列建议针对看好核能前景国家的政策制定者。对于选择不使用核能的国家，国际能源署并无意见并充分尊重其选择。

  • 延长核电厂寿命。授权延长现有核电厂寿命，保证其在安全范围内继续运行。
  • 促使电力市场重视可调度的低排放容量电力。通过电力市场策划，确保核电厂可以通过公平竞争获得减排或电力保障业务（包括容量可用性和频率控制）补偿。
  • 建立融资框架支持新建反应堆。建立风险管理和融资框架，以合理的成本为新厂募集资金，将风险公平分摊至投资者及消费者。
  • 促进高效和有效的安全监管。确保安全监管机构有足够的资源和技能对新项目和设计进行及时审查，为新设计制定统一的安全标准，并与潜在开发商和公众沟通交流，确保清楚传达许可要求。
  • 落实核废物处置方案。尚无高放废物处置设施的国家可促使公民参与相关设施核准和建设的优先级确定过程。
  • 加快小型模块化反应堆的开发和部署。确定小型模块化反应堆能够实现低排放发电、产热和制氢成本效益的机会，并鼓励向示范项目和供应链发展项目投资。
  • 根据业绩重新评估规划。为能够按时、按预算安全交付项目产业提供长期支持。