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中国核能发展如何适应“双碳”时代

2022-07-01 16:41来源:能源杂志作者:李静关键词:核电核电厂核电装机收藏点赞

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在双碳进程中,核电的作用毋庸置疑。找到一条适合核电高质量发展的道路也至关重要。

(来源:微信公众号“能源杂志”  作者:李静  作者供职于中国工程科技创新战略研究院)

习近平总书记在第七十五届联合国大会上郑重承诺中国将力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。这彰显了我国构建人类命运共同体的大国责任与担当,也为未来我国能源转型指明了方向。

以化石燃料燃烧为主的火力发电是我国碳排放的重要来源,2018年我国电力部门的碳排放占比已达到50.6%,因此大力发展非化石能源,减少化石燃料燃烧将是我国碳减排的重要内容,也是实现碳中和的关键。研究普遍认为到2060年光伏、风电、水电、核电等非化石能源发电占比将提高到80%~93%。风电和太阳能发电量占比则将从当前的9.5%增长至59.6%~70%,核电发电量将从当前的5%增长至10%~18%,核电的装机容量将是现在装机容量的4.6~6.6倍,达到2.3亿~3.3亿千瓦。

虽然风电和太阳能是重要的可再生能源,但风电和太阳能因受气候影响而不稳定。核能发电则可作为稳定的基荷能源,提供稳定的零碳能源。因此在碳中和愿景下,发展核电十分重要。2021年以来,中央多次提及要“积极安全有序发展核电”。

2021年9月22日中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,指出要“积极安全有序发展核电”、“积极稳妥推进核电余热供暖”。2022年1月24日习近平总书记在中共中央政治局第三十六次集体学习时强调:深入分析推进碳达峰碳中和工作面临的形势任务,扎扎实实把党中央决策部署落到实处。并再次指出要“积极安全有序发展核电”。2021年10月24日国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》。在重点实施“能源绿色低碳转型”行动中,第四条提到要“积极安全有序发展核电”,并且指出要在“核电站布局和开发时序”,“核能综合利用示范”,“核电标准化、自主化”和“核安全监管”四个领域重点关注与发展。

为落实碳达峰行动方案,本文针对核电发展需要重点关注的领域进行了分析研究,并提出相应政策建议。

我国核电发展的现状分析

我国核电装机容量不断提升

截至2020年12月31日,我国运行核电机组共49台,装机容量为5102万千瓦,我国目前的装机容量仅次于美国和法国,位列全球第三位,如图1所示。我国目前在建机组17台,总装机容量1853万千瓦,在建机组数量和装机容量多年位居全球首位。2020年我国运行核电机组共计发电量为3662亿千瓦时,世界排名第二,如图2所示,但是我国核电发电量占比为4.97%,低于世界平均水平10%,而世界核强国法国和美国的核电占比分别为70.6%和19.7%。从核电占比角度看,与世界核强国相比,我国核电还有很大发展空间。

图1 2020年世界主要核电强国在运机组数和装机量

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图2 2020年世界主要国家发电量及发电量占比情况

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现阶段我国在运核电厂共16座,全部分布在沿海地区,2020年全年运行情况详见表1。其中华东地区有9座核电厂,装机容量占全年总装机容量之比为52.8%,发电量占全年总发电量之比为52.17%;华南地区共有6座核电厂,装机容量占比为38.43%,发电量占比为38.9%;东北地区1座核电厂,装机容量占比为8.77%,发电量占比为8.93%。我国内陆没有核电厂在运行。

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截至2020年12月31日,我国在建核电机组情况详见表2,17台在建核电机组全部分布在沿海地区。其中华东地区10台核电机组,华南地区4台核电机组,东北地区2台核电机组。

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随着核能技术的不断发展,特别是第四代先进核能技术的应用,除了发电外,核能还存在区域城市供暖,海水淡化,工业工艺供热,核能制氢等多种综合利用场景。

国家能源核能供热商用示范工程是我国国内首个商用核能供暖项目,项目已于2021年11月9日在山东海阳正式投产。核能供暖使用核能替代化石燃料的方式实现城市供暖,将大大减少二氧化碳的排放。“国和一号+”智慧核能综合利用项目已在山东荣成投用,该项目集核能供热、海水淡化、智慧多能管控平台等于一体,体现中国智慧核能综合利用的创新成果和低碳发展的良好形象。

先进核能示范工程的建设有助于核能综合利用示范,带动我国核电产业升级。高温气冷堆主要应用于发电,制氢和工艺供热。我国模块式高温气冷堆核电技术处于世界领先地位。山东石岛湾200MWe高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)项目是世界首个模块式高温气冷堆核电站,是我国具有自主知识产权的重大标志性工程。

模块化小堆除了可以发电外,也适用于核能综合利用的多种场景,如城市供暖、海水淡化、工业供汽等。我国具有自主知识产权的玲珑一号(ACP100)示范工程项目是全球首个陆上商用多用途模块式小堆。标志着我国模块式小堆技术处于世界先进水平。

我国核电装备自主化水平不断提升

立足核电长远可持续发展,坚持标准自主化,坚持自主创新,加强攻关关键技术装备,将有力推进“双碳目标”的实现。中央在2018年就发布了《国务院办公厅关于加强核电标准化工作的指导意见》,要求旨在有序推进核电标准化工作,提升核电自主化水平。截至2020年底,我国能源行业核电标准共计932项,主要包括核电工程设计,核电装备,核电建造,调试,运行和退役等领域。

近些年,我国三代核电机组关键设备制造国产化、自主化水平不断提升,我国自主研发的“华龙一号”和“国和一号”三代核电技术装备国产化率达到85%以上。主辅机械设备,电气设备,仪控设备,关键零部件及原材料等已具备自主设计与制造能力。我国基于第三代核电技术研发设计的装备已经达到了国际一流水平,在国际市场上具备相当的竞争力。

我国核安全监管得到有效增强

我国已建立较完善的监管体系。我国民用核能监管是由国家能源局,国防科技工业局和国家核安全局三个部门进行监管。生态环境部(国家核安全局)负责核安全的监督管理,对我国民用领域的核安全实施统一监管,独立行使监督权。

我国已逐步建立核安全监管法律法规体系。目前已形成了包括国家法律,行政法规,部门规章,安全导则和其他安全标准及技术性文件等四个层次的核与辐射安全监管法律体系。现行两部法律分别是《中华人民共和国核安全法》与《中华人民共和国放射性污染防治法》,10部核领域行政法规有《民用核设施安全监督管理条例》、《核材料管制条例》、《放射性药品管理办法》等,涉核领域的部门规章100多项,技术导则、标准1000多个。不断完善的法律法规体系为保障我国核安全奠定了坚实的基础。

我国已逐步建立核安全许可证制度体系。我国规定的许可包括核设施许可、核活动许可、核物质许可和核活动从业资格许可四大类。许可证制度体系是确保我国核安全监管工作有序推进的手段和措施。核安全许可制度的实施对我国核能事业健康发展起到了重要保障作用。此外,我国还建立了放射性废物安全管理制度,辐射防护制度以及定期安全评价制度。

我国的核安全监管也已得到有效增强。我国不断深化对运行核电厂的安全监管,持续强化对核设施,核材料,核安全设备等的日常监管。我国核能发展保持了良好的安全记录,在运核电厂安全可靠,安全指标受控,未发生INES二级及以上运行事件。

我国核能发展中面临的挑战

邻避效应影响核电站规模化建设

在当前碳达峰碳中和政策背景下,为满足电力供给需求,我国将会稳步推进核电站的建设工作。《中国核能发展报告2021》预计到2030年,核电在运装机将达到1.2亿千瓦,到时核电发电量约占全国发电量的8%。咨询机构伍德麦肯锡预计2060年我国核电装机将达到6.2亿千瓦。这大约是当前中国核电装机容量的12倍。按照核电规模化发展的趋势,未来我国沿海地区厂址资源将非常紧张,内陆核电站建设计划也应纳入考虑之中。

但是邻避效应会显著影响核电站稳定建设进程,特别是内陆核电站的建设。随着核能技术的不断发展,核安全日益引起公众重视,但由于核能行业非常专业,信息透明度不高,比较神秘,并且,当前我国对核能的宣传普及也还不够,公众对核电普遍存在认知度不高,信任度不高的问题。当在“自家门口”建立核电站时,公众会产生明显的抵触情绪,而这种情绪会显著影响核能开发进程,有时甚至会使核能项目终止,如连云港核废料厂项目。

为顺利推进核电站项目,我国需采取措施解决公众对核能项目开发过程中产生的负面情绪。

核能综合利用示范工程潜力尚待发挥

核能综合利用进一步发展需解决大量技术难题。如长距离输水输热系列问题、水热同传材料问题、大规模储热技术及运行方式问题、水热协同、规范标准问题。

基于第四代先进核能技术建立的核能综合利用示范工程项目,未来在商业化推广过程中,面临成本偏高等问题。如高温气冷堆技术的发电成本与比三代核电技术相比偏高很多,若想大规模推广高温气冷堆,就需要不断降低其成本,以具备市场竞争力。

传统核电企业在转向核能综合利用时,面临行业格局变革,新商业模式重构的挑战。

核电标准体系有待完善

我国核电机组的堆型、机型和技术路线不尽相同。堆型有压水堆、重水堆和高温气冷堆;机型有美国的AP1000机型、法国的EPR机型和我国的CAP1400机型等;技术路线涵盖了第二代、第三代和第四代技术路线。核电机组的多样性为建立自主统一的核电标准带来了挑战。

我国在核电设备制造时,大量引用了国外的技术标准,目前我国核电存在多国标准并存的现象。在工程建设中尚未形成全面、系统采用我国自主核电标准的局面。

我国核电缺乏统一的自主化标准体系,为核电设备自主化带来了挑战。

全面系统的原子能领域的法律法规对促进我国原子能事业健康发展具有重要意义。通过确立《原子能法》,可以确定核安全监管机构的职责和权限,核材料与核燃料循环,原子能利用,安全监督管理等内容。

但当前我国核领域最高层法律《原子能法》尚未出台,这导致我国在核安全监管过程中将面临一些风险。

根据《核安全法》,我国民用核能监管是在国家核安全局,国家能源局和国防科技工业局三个国家部门的监督下进行的。

《原子能法》缺失首先导致核电监管出现多头管理的问题。由于三个监管部门的部分职责重叠,权责不清,在面临问题时,有时会出现“踢皮球”,无人解决问题的局面,导致监管缺位;有时又会出现多部门难协调,意见不统一,监管效率低的局面。而国家能源局和国防科技工业局的监管者和被监管者的双重身份,则导致出现监管独立性不足的问题。

除了缺失《原子能法》外,我国也缺失关于核电安全监管机构设置、核材料、核设施、核电运营、放射性废物处置、核损害赔偿责任等专门法律。这都将使我国核电安全监管面临风险,影响核能事业的发展。

对策建议

推进核安全普及工作,破解“邻避效应”

为实现双碳目标,我国应不断推进核安全普及工作,破解“邻避效应”对核能事业发展造成的影响。

首先,逐步与公众建立有效沟通机制。通过成立环境协调委员会,建立政府、企业、专家、公民间的沟通平台。公众面对核电事业发展过程中产生疑问时,可以在环境协调委员会中会获得及时的解答。建立有效沟通方式能消除大众对核电事业发展产生的担忧,帮助破解“邻避效应”。

然后,逐步向大众普及核安全知识。可以通过素质教育的方式,让公民从小了解核安全知识并树立核安全理念。也可以通过新闻,书籍,广告等方式建立核安全宣传平台,有组织计划地向大众宣传核安全相关知识。

最后,逐步建立信息公开制度。信息的公开和透明是公众建立核能事业发展信心的基础。信息的及时公开可以通过公众参与核安全监管机制来实现。核安全监管部门可以定期公布核电监管相关数据,让公民有把握,有信心。在涉及公众利益的重大核相关事件中,通过听证会,讨论会等方式,让公众参与到我国核安全监管过程中,使公民放心安心。

推动国家科技重大专项工作,落实先进核能示范工程建设

国家科技重大专项是国家意志的体现,旨在聚焦国家战略目标,突破核心技术难题,推动产业升级。能源环境领域的大型先进压水堆及高温气冷堆核电站重大专项已取得一批具有自主知识产权的科技成果。

建议将使用第四代先进核能技术进行核能综合利用的研发任务纳入国家科技重大专项中。钍基熔盐堆核能系统是第四代先进核能系统,出口温度超过700℃,其使用的传蓄热介质具有高化学稳定性和热稳定性,安全性高,适合长距离热能传输,满足高温制氢要求。

通过重大专项的方式落实示范工程的建设,项目实施过程中要充分发挥新型举国体制优势,加强核心技术攻关,加强基础研究,提升原始创新能力。发挥国家作为重大科技创新组织者的作用,集结全国优势资源,开展“大兵团”作战方式,充分发挥社会主义集中力量办大事的优势。落实核能在区域城市供暖、海水淡化、工业工艺供热、核能制氢等综合利用场景示范工程项目的建成。

加强核电自主化标准制定,推进核电技术自主化进程

核电标准自主化是我国核电自主发展的重要抓手,对发展低碳清洁能源,实现碳达峰碳中和具有重要意义。

建议健全和加强核电自主标准。加大投入核电标准基础研究,对关键性能指标开展必要的试验研究和验证,加强科研成果转化,增强标准自主创新和自主化水平,提升关键技术和装备自主化能力,力争标准达到国际先进水平。

建议建立自主统一的核电标准体系。加强政策引导,提高自主核电标准在我国核电技术中的比例。逐步提升我国核电标准的国际影响力和认可度。总结凝练我国核电标准化成果,统一技术路线,逐步建立适合我国核电发展的自主统一的标准体系。

加强核工业立法,提升监管能力

建议尽快出台《原子能法》,明确监管职能和监管机构体系设置。进一步明确责任划分、确立权责关系、落实主体责任,切实理顺监管关系,提高监管有效性。

不断完善核工业监管法律体系。建议出台核电安全监管机构、核设施建设和监管、放射性废物管理、核损害赔偿等专门法律。逐步建立更加全面的法律体系,做到监管有法可依,逐步提高监管能力。

结论

核电是非化石能源发展的重要战略要地,研究核电重点领域的发展策略,不但是推动落实《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》关于核电发展精神的重要举措,更是落实中央关于《2030年前碳达峰行动方案》的重要内容。本研究以助力实现碳中和为目标导向,以行动方案提及的核电发展重点领域为切入点,梳理分析了我国核电在“核电站布局和开发时序”,“核能综合利用示范”,“核电标准化、自主化”和“核安全监管”四个领域目前的发展现状与面临的问题挑战,提出了面向实现碳中和目标我国核电在重点领域发展的对策建议。

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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