2021 年 9 月 1 日，世界核協會發布了新版《世界核電廠執行實績報告》。報告通過提供發電量、裝機容量和容量因子等資料展現了全球核電廠的執行情況。此外，通過綜合分析全球電力需求、氣候變化和核電機組停運等問題，報告還強調了核電在碳減排方面的關鍵性作用，並明確了各國應當如何推進核電發展以實現碳減排目標。
1 全球核電廠執行實績
2020 年全球核發電總量為 2553 太瓦時，與 2019 年的 2657 太瓦時相比下降近 4%（詳見圖 1）。報告指出，在其他任何一年，核發電量下降 4% 都是一件會令核能行業感到失望的事；然而在 2020 年，這反而體現了核電機組執行的靈活性，即核電機組在保障電力穩定、可靠供應的同時能夠更好的應對電力需求的變化。
報告就上述結論作了詳細說明：首先，受新冠疫情影響，2020 年全球電力總需求下降約 1%，因而核發電量也隨之減少；其次，隨著太陽能和風能等間歇性可再生能源發電量的增加，能夠以負荷跟蹤方式執行的核電機組在保障電網執行的穩定性方面發揮著越來越重要的作用。同時，核電機組在保障電力供應方面的作用還體現在其較高和較穩定的容量因子上。2020 年全球核電機組的平均容量因子為 80.3%，低於 2019 年的 83.1%。然而如圖 2 所示，就過去 20 年的容量因子來看，2020 年核電機組的容量因子仍處於較高水平，近三分之二的核電機組的容量因子大於 80%。此外，核電機組的容量因子不會因機組役齡的增加而下降。報告指出，鑑於一些核電機組目前已獲准將其執行期限延長至 80 年，不隨役齡增加而下降的容量因子對於保障電力穩定供應十分重要。
2. 利用核能實現碳減排
政府間氣候變化問題專門委員會（IPCC）2021 年 8 月釋出的第六次評估報告中指出，目前全球只能通過採取緊急行動以控制氣候變化的影響，而無法阻止氣候變化。只有大幅減少溫室氣體排放，才能防止全球氣溫上升超過 2℃。基於這一結論，世界核協會在本報告中提出，到 2050 年才實現淨零排放可能為時已晚，因此各國需真正關注的是如何在 2040 年實現這一目標。核能是可供許多經濟部門脫碳使用的重要工具。核電能夠提升電網執行的穩定性，進而推進太陽能和風能等間歇性可再生能源的部署。除供電外，核能還可用於制氫、工業供熱、區域供暖、海水淡化、合成燃料和化工產品生產等，有助於推進電力以外難以減排行業的脫碳。因此核能是全球實現清潔和現代能源轉型的關鍵驅動力。報告指出，利用核能實現碳減排的關鍵性措施是在保持現有核電機組長期穩定執行的同時建設新的核電機組，能夠以可負擔的成本融資，簡化國際許可程式，以及擴大核能在電力之外領域的應用。
2.1 案例分析
為詳細說明核電在碳減排方面作出的貢獻，報告選擇將德國格羅恩德核電廠、中國海陽核電廠、土耳其阿庫尤核電廠和美國桃花谷核電廠作為案例進行分析。
格羅恩德核電廠最初於 1984 年實現併網發電。2021 年 2 月 7 日，該核電廠的一臺功率為 1360 兆瓦的機組以 400 太瓦時的總髮電量創下世界紀錄。在過去的 36 年裡該核電廠大約減少了 4 億噸碳排放。
海陽核電廠現有 2 臺 AP-1000 機組，於 2018 年投入執行。該核電廠計劃增加 4 臺 1000 兆瓦的機組，並預留出空間以便在將來再建立 2 臺機組。目前海陽核電廠正在開展核能供熱專案建設，一期工程已於 2019 年 11 月完成，供熱面積達 70 萬平方米。二期工程開始於 2020 年 11 月，將於 2021 年 11 月投入執行，供熱面積將達 450 萬平方米。海陽核電廠為城市提供可負擔的低碳電力和熱力，實現了社會效益和和環境效益的雙贏。
阿庫尤核電廠是俄羅斯國家原子能集團公司根據俄羅斯與土耳其 2010 年 5 月簽訂的政府間協議正在建造的一座將配有 4 臺 VVER-1200 機組的核電廠，設計壽期為 60 年。建成後，該核電廠的年發電量為 35 太瓦時，能夠滿足土耳其近 10% 的電力需求。該核電廠的建設能夠幫助土耳其實現聯合國的可持續發展目標（SDG），即阿庫尤能夠提供 “可負擔的清潔能源”，使土耳其能夠更好地應對氣候變化。
桃花谷核電廠隸屬於美國愛克斯龍公司，共有 3 臺機組，1 號機組是一個實驗性的石墨慢化氦氣冷卻高溫反應堆，已於 1974 年停運。2 號和 3 號機組是沸水堆，於 1974 年投入商運，且均已兩次獲准延壽，可分別執行至 2053 和 2054 年。除延長該核電廠執行期限外，愛克斯龍公司還開展了一個長達七年的 “擴充套件功率提升”（EPU）專案，通過對主要部件進行更換和升級，將兩臺機組裝機容量各提升了 12%。桃花谷核電廠裝機容量現為 2770 兆瓦，能夠為 270 萬家庭和企業提供零碳電力。如果桃花谷核電廠能夠持續運營至 2054 年，將能避免 4.86 億噸碳排放量的產生，相當於在 34 年裡每年從道路網中移除 330 萬輛汽車。
2.2 現有核電機組長期執行
鑑於核電在碳減排方面的關鍵性作用，各國需保證現有核電機組能夠長期穩定執行。如圖 3 所示，截至 2020 年底，全球有 441 臺在運核電機組，總裝機容量達 392 吉瓦。然而在過去三年裡，全球總裝機容量基本持平，即新增核電機組的裝機容量與永久關停機組的容量相當。2020 年，阿聯酋、白俄羅斯、俄羅斯和中國共建成 5 臺機組，總裝機容量為 5521 兆瓦。然而，法國、美國、俄羅斯和瑞典共關閉 6 臺機組，總裝機容量為 5165 兆瓦。2018 至 2020 年，共有 26 臺機組永久停運，總裝機容量為 20.8 吉瓦，而新投運的機組有 20 臺，總裝機容量為 21.3 吉瓦。
報告指出，過去幾年，機組的關閉並非因為技術限制，而是因為政府的棄核政策以及市場未能充分認識到核電廠在降低碳排放和確保電力供應穩定方面的價值。例如，受市場因素的影響，美國印第安角 2 號機組和杜安阿諾德 1 號機組經濟效益下降，均已於 2020 年提前關閉。而受到法國出臺的消極核能政策——即降低核電在該國電力結構中的比重——的影響，弗森海姆 1 號和 2 號機組已分別於 2020 年 2 月和 6 月關閉。此外，報告中提到，受德國政府棄核政策的影響，格羅恩德核電廠將於 2021 年底停運。
對於想要實現碳減排目標的國家而言，核電機組的提前停運會影響低碳電力的生產，也是一種嚴重的能源浪費。此外，報告還強調，正如美國在桃花谷核電廠開展的 “擴充套件功率提升” 專案一樣，通過部件的維修和更換以及系統的升級，可以提升現有核電機組的裝機容量。。報告指出，通過提升現有機組裝機容量進而增加核發電量是電力生產領域最具成本效益的緩解氣候問題的措施。
報告提出，必須保持現有核電機組長期穩定執行，避免被化石燃料發電廠取代。為實現這一目標，政府應緊急制訂政策，以向那些由於市場忽略核能在氣候和能源安全方面價值而面臨停運威脅的機組提供支援。例如，美國伊利諾伊州擬於 2021 年 9 月初提交法案，為愛克斯龍的拜倫、德累斯頓以及佈雷德伍德核電廠提供 7 億美元補貼，避免其因市場經濟性不足的問題提前停運。同時，已經實施了減少或逐步淘汰核電政策的政府現在必須重新評估這些政策，因為目前提出的替代核電的方案都將導致對化石燃料依賴性的提高、電力系統的可靠性降低以及電價的上漲。
2.3 建設新核電機組
為減少碳排放量，擴大核電規模，，各國還應推進新核電機組建設。報告指出，近來有跡象表明核電業將會快速發展。截至 2021 年 9 月 1 日，全球共有在運核電機組 443 臺，總裝機容量超過 394 吉瓦。在 2021 年前 8 個月內，儘管美國印第安角 3 號和台灣地區國聖 1 號兩臺機組永久停運，但是包括印度格格拉帕爾 3 號、巴基斯坦卡拉奇 3 號、以及中國田灣 6 號和紅巖洋河 5 號在內的 4 臺新機組已實現併網發電。此外，共有 7 臺機組正式啟動建設，包括土耳其阿庫尤 3 號、俄羅斯首座鉛冷快堆 BREST-OD-300、印度庫坦庫拉姆 5 號、以及 4 臺中國機組（田灣 7 號、徐大堡 3 號、昌江小堆示範工程和昌江 3 號機組）的建設工作已經啟動。
目前全球經濟已有復甦跡象，這使得電力需求出現反彈。國際能源署釋出警告稱， 2021 年全球電力需求將增加 5%，而絕大部分新增電力需求將通過燃煤發電得到滿足，這會將碳排放量推向歷史新高。在此情況下，大力發展核能以取代化石燃料電廠能夠避免碳排放量的增加。因此各國在充分利用現有核電機組發電的同時，應加快新核電機組的建設。具體措施如下：一方面，各國新建核電機組時可以通過近期某一型別首座電廠（FOAK）的建設來獲取專業知識並建立供應鏈，以及利用從首座電廠建設專案中獲得的經驗教訓來降低核電建設成本；另一方面，各國必須致力於研究、開發和部署下一代核反應堆，其中包括小型模組化反應堆和其他先進核技術。
2.4 能夠以可負擔的成本融資
融資成本佔核電總成本的比重超過 75%，因此，如果要建設足夠的核電廠以滿足到 2040 年或 2050 年實現淨零排放的目標，運營商需以可負擔的成本籌集資金。就為核能專案融資而言，政府作出的有關核能的承諾至關重要，它能提升投資者的信心、激勵投資者制訂長期投資規劃、以及吸引私人和公共資本。
目前在全球範圍內，投資者們都在優先考慮符合環境、社會和公司治理原則（ESG）的氣候融資專案。然而，儘管核電及整個核行業在滿足氣候以及環境、社會和公司治理原則方面表現強勁，但許多氣候融資專案迫於政治壓力被迫將核能排除在外，例如歐盟的《可持續性金融分類法》和英國的《綠色分類法》。鑑於上述情況，報告強調，一些國家通過限制其他國家以可負擔的成本為核能融資來強迫這些國家將核能排除在能源政策之外，這種政治施壓行為必須遭到抵制。環境、社會和公司治理原則以及氣候融資標準必須是技術中立的，以科學為基礎的，並始終如一地應用於所有經濟活動。
2.5 簡化國際許可程式
當前的監管要求可能會給新核能專案的部署帶來重大挑戰，特別是小型模組化反應堆等新技術的部署。去年年底，反應堆設計評估和許可合作工作組（CORDEL）編寫了一份關於協調反應堆設計評估工作和許可申請的報告，建議為協調評估工作和許可申請建立一個國際框架。該框架的核心建立多國監管顧問組。該顧問組由來自各國國家監管機構的專家組成，並由一項國際協議授權。政府、監管機構和行業必須共同努力，加快新核能專案的部署，以便使核技術能夠最大限度地為包括電力生產和供應在內的多個領域的脫碳做出貢獻。
2.6 擴大核能在電力之外領域的應用
上述部分詳細介紹了核能在電力領域的發展現狀。但是，先前提到的海陽核電廠區域供熱的案例表明，核能可為其他許多目前依賴化石燃料的行業提供幫助。報告指出，首先，鑑於政府希望逐步以氫燃料鍋爐取代燃氣中央供暖系統，對氫的需求預計將急劇增加。而可用於交通運輸領域的氫燃料電池的開發將進一步增加這一需求。目前，大多數的氫都是由化石燃料製造的，由此產生很高的溫室氣體排放量。核技術可取代化石燃料制氫，因為目前正在開發的反應堆能夠在足夠高的溫度下提供熱量，以熱化學方式分解水來制氫。其次，除制氫外，反應堆所能提供的高溫工藝熱也可用於混凝土、玻璃和鋼鐵等基本產品的製造，目前製造這些產品所需的工藝熱主要由化石燃料提供。此外，氣候變化將帶來越來越大的淡水供應壓力，而在海水淡化領域核技術已然成熟。
總之，報告強調，鑑於核能是唯一可以產生零碳電力和熱力的低碳能源，各國需抓住機會利用核能以幫助電力以外的許多難以減排的行業實現脫碳。同時，擴大核能的應用範圍也將改進現有和新建核電廠的商業執行模式。
3 小結
面對新冠疫情帶來的電力需求下降，2020 年核發電量的下降體現出核電機組執行的靈活性。即核電機組在保障電力穩定、可靠供應的同時能夠更好的應對總電力需求的變化和可再生能源市場份額增加等情況。
然而隨著 2021 年經濟的復甦，電力需求出現反彈，而絕大部分新增電力需求將通過燃煤發電得到滿足。為實現氣候目標，各國需利用核能推進經濟部門的脫碳。一方面，核能在提升電網執行穩定性方面的作用能夠推進太陽能和風能等間歇性可再生能源的部署。另一方面。除供電外，核能還可用於制氫、工業供熱、區域供暖、海水淡化、合成燃料和化工產品生產等。報告通過四個案例指出核能是電力及電力以外行業脫碳的關鍵驅動力。因此，報告提出五項關鍵性措施以利用核能實現碳減排：保持現有核電機組長期穩定執行；建設新的核電機組；能夠以可負擔的成本融資；簡化國際許可程式；以及擴大核能在電力之外領域的應用。
來源：微信公眾號 “中核智庫” ID：zhzk_cinie 作者：中核戰略規劃研究總院 李晨曦