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星空体育网站入口:全球核能发展动向及启示(2023)

发布时间:2024-04-16 14:41:08 来源:星空体育网站入口官网 作者:星空体育全站app

  世纪中叶人类和平利用核能以来,核能在推动全球经济社会发展方面发挥了重要作用。近两年,气候问题带来的能源转型思考叠加能源供应危机,使全球多国重新审视核能作用,制定了一系列核能发展战略,并开展了诸多行动。本文综合梳理全球主要核能国家发展策略、技术创新和综合利用动向,以期为我国核能产业发展提供参考。

  核能是一种清洁、低碳、高效、运行稳定的能源形式,在保障能源安全、推动能源转型、助力碳达峰碳中和及气候目标实现中发挥着重要作用。近两年,新冠疫情及地缘冲突带来的供应链问题引发全球能源市场动荡,世界各国纷纷重新思考能源安全战略,更加关注能源的多样性及自主可控的能源供应。对于许多国家而言,发展核能是保障能源安全的现实选择。

  与此同时,为应对气候变化,多国政府近年加大了实现净零排放的雄心和承诺,世界主要国家在能源清洁低碳发展方面的目标更趋一致。尽管风能和太阳能预计将引领全球能源部门实现净零排放,但因其随机波动性,仍需核能等灵活、可调度资源作为重要补充。国际能源署(IEA)研究表明,要实现《巴黎协定》的气候变化目标,到2050年全球核电容量需要翻一番。2023年4月19日更新的国际原子能机构(IAEA)动力堆信息系统显示,当前全球共有在运核反应堆420座,总装机容量374827MWe,在建核反应堆56座,容量58595MWe。

  在地缘冲突引发能源供给危机与能源结构加速绿色低碳转型交汇影响下,各国纷纷调整政策,核能在全球进入新一轮加速发展期,以先进核能技术、可控核聚变等为代表的新技术新方向受到前所未有的广泛关注。本文综合梳理全球主要核能国家近期发展策略、技术创新和综合利用情况,基于此思考我国核能产业发展方向,供参考。

  俄罗斯明确了核能作为绿色能源的地位,计划建造小型核电厂,建立无废物能源技术平台,开拓核技术市场并研发新型核燃料;美国确定了保持现有反应堆持续运行、启动先进反应堆部署、开发先进核燃料循环系统、保持核能领域领导地位等目标;法国作出为现有核电机组延寿、兴建第二代欧洲先进压水堆、开发创新型核反应堆的部署;日本将重启核反应堆,并以新一代反应堆替代决定报废的反应堆。

  作为传统核能大国,俄罗斯始终将核能发展作为保障能源安全、促进经济发展和维持国际地位的重要战略决策,其核能技术水平也一直走在世界前列。早在1999年,俄联邦政府就发布了《21世纪上半叶俄罗斯核能发展战略》,提出要在新的技术平台上进一步发展快中子反应堆。

  2009年,俄联邦政府批准通过《俄罗斯2030年能源战略》,提出2030年前实现如下计划:核电站的现代化和升级改造;开发快中子反应堆的实验堆和商业核电站;建造具有超临界蒸汽参数和中子谱可调的新一代压水反应堆;闭式燃料循环,包括开发新技术、建立新企业;开发废物处理创新技术,实现放射性废物的辐射当量最小化;以国内的创新技术和富有成效的国际合作为基础,开发聚变技术。

  2022年乌克兰危机升级以来,俄罗斯能源发展面临着前所未有的困境。为确保国家技术主权,俄联邦政府调整了先进技术研发和人才培养政策,核能就是政策侧重领域之一。俄罗斯总理米舒斯京2022年2月宣布,俄联邦政府将为新核能发展计划拨款约1000亿卢布(约13亿美元)。该计划包括建造小型核电厂、建立基于闭式燃料循环技术的无废物能源技术平台、开拓核技术市场及研发新型核燃料。作为计划的一部分,俄罗斯已于2021年开始建设快堆及世界首座新一代核燃料生产厂,并完成了陆上小型核电厂投资可行性研究。俄罗斯计划于2024年开始建造RITM-200小堆,为楚科奇自治区建造海上小型核动力设施,并建成首座新一代核燃料生产厂。俄罗斯最新的目标是到2030年实现在全球小型核电市场占比达20%,核燃料市场占比达24%。

  同年10月,俄罗斯总理米舒斯京批准了俄罗斯国家绿色项目分类法,该法案规定了包括核能项目在内的不同行业的合规标准,并正式承认核能是俄罗斯绿色能源的组成部分,明确了核能作为清洁、低碳能源的地位,这也意味着俄罗斯后续的创新核能项目将以更加优惠的条件获得更多的绿色融资。

  美国是世界上最大的核电生产国,核电发电量占全球核电发电量的30%以上。但目前几乎所有的美国核能电力都来自于1967年至1990年间建造的反应堆,这主要是因为多年来天然气发电被认为在经济上更具吸引力,并且1979年发生的三哩岛事故加剧了公众对核能安全的担忧。

  尽管30多年来美国少有新的核电机组投产,但美国对核电的依赖仍在增强。1980年,美国核电站发电量为251TWh,占全国发电量的11%。2019年,美国核电发电量已增至809TWh,占比上升至近20%。美国核工业通过改进现有电厂的换料、维护和安全系统,在电厂利用率方面取得了显著进步。

  2021年1月,美国能源部核能办公室发布了《战略远景》报告,概述了支持美国现有核电机组、示范核能技术创新和探索新市场机会的战略,是推进核能科技以满足美国能源、环境和经济需求的任务蓝图。报告确定了五个战略目标:

  一是确保美国现有反应堆持续运行。具体目标包括降低运营成本、拓展电力以外市场以及为现有电厂的持续运行提供依据。绩效指标包括:到2022年建立一个可扩容氢气发电试点工厂,到2025年在商业反应堆中开始使用事故容错燃料取代现有燃料,到2026年为运行中的电厂成功部署数字反应堆安全系统,到2030年实现事故容错燃料的广泛使用。

  二是启动先进反应堆的部署。具体目标包括减少先进核技术部署的时间、降低风险、开发可扩展核能市场的反应堆型以及支持反应堆的多样性建设。绩效指标包括:到2024年演示并测试微堆堆芯,到2025年使商业微堆演示成为可能,到2027年演示核能与可再生混合能源系统,到2028年展示两种先进反应堆,到2029年运行美国第一个商业小堆,到2035年至少再演示另外两种先进反应堆的设计。

  三是开发先进的核燃料循环系统。具体目标是解决核燃料供应短缺问题并建立一个综合废料管理系统。绩效指标主要是进行铀储备以及先进反应堆燃料循环评估。

  四是保持核能领域领导地位。具体目标是为核部门寻求全球商机,确保拥有世界一流的研发团队与能力。重点绩效指标包括:2021年同五个寻求核能项目的国家建立正式合作,并制定一套体系协助各国发展核项目;到2022年加强美在核能多边组织的参与和领导力;到2026年建造多功能试验堆;到2030年同NASA合作演示裂变表面动力系统。

  2022年2月,美国政府对2020年10月发布的《关键和新兴技术国家战略》进行了更新,增加了包括先进核能技术在内的多项关键技术,反映了美国在先进核能技术领域开展技术开发研究和争夺国际人才的意图。在国家发展政策方面,美国国会通过了《核能创新能力法》《先进核能技术发展法》《能源部创新法》《两党核能税法》。其中,《核能创新能力法》不仅授权开发用于测试先进反应堆燃料和相关材料所需的快中子多功能反应堆,还授权建立国家反应堆创新中心,以建造实验反应堆并加快美国核管理委员会对先进核能设计的审批许可。《先进核能技术发展法》则指导美国能源部与企业达成协议,在2028年秋季之前,至少开展4个先进核反应堆示范项目。

  同月,美国能源部宣布了一项耗资60亿美元、旨在提升国内在运核电机组盈利性的民用核能信贷计划,以支持现有核电厂长期运行。随后,美国能源部又启动了一项投资95亿美元的清洁氢技术计划,包括利用核电生产清洁氢。这两项计划都是美国《基础设施投资和就业法》的一部分。美国能源部对外宣称,核电厂对于实现美国的气候目标至关重要,能源部致力于保持100%的清洁电力供应,防止过早关闭核电厂。

  美国2022年通过了《通胀削减法案》,这是美国历史上最重要的气候法案,其中包含了关于核工业发展的多项优惠政策,主要有:为现有核电机组提供每千瓦时0.015美元的生产税抵免,以便使现有的发电机组保持经济竞争力;拨款7亿美元,帮助建立先进堆开发所需的高丰度低浓铀的自主供应链;拨款1.5亿美元用于改善爱达荷国家实验室核研究相关基础设施。

  上世纪70年代,法国因石油危机决定发展自主能源,核电成为首选。几十年来,法国一直是世界上核能发电比例最高的国家,其核电占比曾稳定在70%以上。然而过度倚重核电,也让核能发展逐渐成为法国政府的负担,高昂的运维及新建成本几乎要拖垮法国国营电力公司EDF。近年来,法国政府逐渐淡化核电,并积极鼓励发展可再生能源。

  但自2021年以来,欧洲电价、天然气、汽油等能源价格飞涨,给许多家庭造成沉重负担。面对紧迫的能源危机,法国政府开始思考,重启核能或许是应对危机的最佳方式。2022年2月,法国宣布将推行新能源战略,以提高脱碳电能产量为目标,重点发展可再生能源和核能两大支柱能源。核能方面,法国将不再关停核电站,并大力发展创新型核反应堆,这是对此前法国核能政策的战略性转向。法国政府提出“重启民用核能的伟大征程”,为此,作出了如下部署:

  一是不再关闭现有核电站,除非出现安全隐患;提高现有核电站的使用寿命,确保其服务年限从40年提高到50年。

  二是兴建第二代欧洲先进压水堆。此前,法国已经开始在芬兰与本国的弗拉曼维尔建设欧洲先进压水堆(EPR),但出现了工程延期、造价超标等问题。随后,法国吸取此前经验教训,并将新建的核反应堆升级为第二代欧洲先进压水堆(EPR2)。目前,法国已经确定第一批EPR2的建设计划,即建设6座EPR2,总造价初步为500亿欧元左右,第一座新核反应堆将于2028年启动建设,2035年投入使用。

  三是进一步落实2021年10月提出的《法国2030计划》,即走“核能—绿氢—可再生能源”三位一体的碳中和能源发展路线亿欧元开发颠覆性创新型核反应堆。法国将启动NUWARD项目,开发小型模块化核反应堆(SMR),总投资5亿欧元;开发其他创新型核反应堆项目,总投资5亿欧元。这些创新型核反应堆将具有更为清洁、安全、可控的特点,如产生的核废料更少、核燃料循环能够中途关停等。

  40年(若获得原子能规制委批准,可以进行一次不超过20年的延寿)。根据IAEA数据,日本目前有33台可运行核电机组,核电占总发电量约7.2%。

  2022年3月,日本执政党和部分反对党均提出加快核电重启进程,并要求尽快开展国家监管机构的安全性评估。经议会审议后,日本政府委托日经新闻开展核能重启调查,约53%的日本民众支持重启核电,该调查标志着福岛核事故后核能作用首次受到民众肯定。

  月,在日本绿色转型执行委员会第二次会议上,日本首相提出,为保障能源供应安全,未来将在加强现有核电机组利用的同时,重启核电建设。具体将采取三项措施:一是就研发和建设新一代反应堆展开讨论并提出具体方案;二是除了确保已重启的10台机组正常运行,还将采取一切可能的措施继续推进核电重启,到2023年夏季将核电机组重启数量增至17台;三是在当前最长60年的基础上进一步延长核电机组运行寿期。

  月,日本核管理局批准了一项新法规草案,将允许核反应堆运行时间超过目前的60年期限。此外日本政府还提出,计划到2030年重启27座反应堆,将核能在能源结构中的份额提高到22%。

  2023年2月10日通过“以实现绿色转型为目标的基本方针”,明确了要最大限度利用可再生能源与核能,提出致力于研发和建设采用新安全机制的新一代核反应。

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