2021年12月，經合組織核能機構(OECD/NEA)發布了一份研究報告，題為“先進反應堆系統和未來能源市場需求”。該報告介紹了未來能源市場的特點和需求，并重點闡述了先進核能系統在未來能源市場中的多種應用和重要作用。

1 簡介

在全球走向碳中和經濟、能源市場更加自由化以及各種能源相關技術發展的背景下，能源市場的需求不斷變化。隨著易變性可再生能源的日益普及、互連能力的增強和存儲技術的發展，電力系統也在發生變化。需求側管理技術的發展和用電模式的變化不僅影響發電能力方面的需求，還影響電力儲備和供電頻率控制方面的需求。除了供應電力之外，低碳能源還有助于幫助難以減排的部門(重工業和運輸工業等)進行減排。目前，世界各地正在努力開發替代能源，其中包括低碳熱供應和制氫技術。

目前，各種先進核反應堆系統(三代和三代+反應堆、小型模塊化反應堆和第四代反應堆)正在開發中，這些反應堆可以提供靈活的能源供應方案。為了分析這些技術如何以及在多大程度上能夠滿足未來能源市場的需求和條件，并分析這些技術可能面臨的環境和監管要求，NEA組建了先進反應堆系統和未來能源市場需求專家組(ARFEM)。專家組研究了能源市場需求的現狀和前景，并分析了先進反應堆系統的特點和在未來能源市場中的多樣化用途。專家組還確定了幾個關鍵因素，這些因素將有助于最大限度地發揮先進反應堆系統在未來能源市場中的潛在優勢。

2 未來能源市場的特點

隨著2015年聯合國可持續發展目標和《巴黎協定》的通過，許多國家都在為實現經濟脫碳做出重大努力。電力部門被認為是脫碳的先鋒，因為有一系列不同的低排放技術可供商業使用。在2010年至2018年期間，由于能效提高和低碳技術部署等努力，電力的平均碳排放強度降低了10%。然而，電力部門仍然是最大的二氧化碳(CO2)排放來源，2020年電力部門的CO2排放量約占能源領域排放量的40%。盡管低碳能源技術在全球范圍內得到廣泛應用，但全球電力部門的CO2排放量仍在增加，這主要是因為電力需求的增長抵消了電網排放強度的降低。

世界各地的電力系統正在迅速變化，太陽能光伏(PV)和風力發電廠等可再生或分散式的電力資源所占份額越來越大。然而，可再生能源的高占比也帶來了相當大的挑戰。例如，可再生能源的間歇性特性增加了對其他供電來源靈活性的需求，導致了與易變性供需需求情景相關的電網彈性問題。

隨著易變性可再生能源越來越多地加入到電網中，能源市場對發電廠靈活運營(包括短期和長期靈活性)的需求正在增長。最近，美國和歐洲的電力企業發布了一系列新要求，強調要提高未來輕水反應堆在電力供應方面的靈活性。在這種情況下，大多數正在開發的先進核反應堆系統(ARS)都在考慮這些因素，以便為電網提供所需的支持。就傳統核電站而言，最近對其通過慣性和頻率響應從而促進電網穩定性的實際和或潛在能力進行了重新評估。

除了對電力系統的潛在貢獻外，人們對核能在能源行業脫碳方面的多種用途越來越感興趣。熱能在全球最終能源消費和CO2排放中都占有很大比例。現有的核電站技術已經證明可以提供區域供熱，有幾個國家在該領域擁有廣泛的經驗，盡管迄今為止核能對該領域的總體貢獻微不足道。氫被認為在各個領域都有很大的脫碳潛力，特別是作為一種能源載體，可以取代化石燃料。目前正在開發不同的低碳制氫方法，包括使用核能的方法。

3 先進反應堆系統的在未來能源市場中的作用

目前，三代和三代+反應堆技術已經可以滿足電網運營商的最新要求。未來先進的反應堆系統概念，包括小型模塊化反應堆和第四代反應堆，在靈活運行方面具有不同的優勢，也面臨不同的挑戰，因此開發人員必須考慮靈活性要求。

發電。未來，核電在電力系統中的作用可能比以往任何時候都更加多樣化。雖然易變性可再生能源份額的增加可能會要求電力系統更加靈活，但電動汽車、需求側管理和存儲技術的發展可以使核電站等傳統電廠以高容量因子運行，即使在具有大量易變性可再生能源部署的情況下。先進的反應堆系統不僅能夠提供穩定的容量來幫助電力系統確保足夠的供應并維持系統的穩定性(例如慣性)，而且還能夠確保多種時間尺度下的機動性，從極短時間的頻率響應到季節性的可調度性。

供熱。供熱領域是先進反應堆系統可以為脫碳做出重大貢獻的另一個領域。2018年，供熱領域消耗的能源占約全球最終能源消耗的50%，而CO2排放量約占能源領域排放量的40%。目前的核反應堆系統可以為區域供熱、海水淡化和工藝用熱等領域提供低溫供熱(<300 ℃)，正在開發的第四代反應堆系統則可以提供更高溫度的熱量(<550 ℃)。在供熱方面，小型模塊化反應堆系統的目標是實現更高的部署靈活性，以使這些系統更靠近需求區域，例如附近的工業場所。

制氫。利用先進反應堆系統(ARS)制氫會顯著降低許多領域的CO2排放。利用現有的低溫電解技術，所有先進反應堆系統都可以制氫。許多先進反應堆還可以提供超過750℃的熱量，可以通過高溫電解或者熱-化學電解工藝制氫，生產效率更高。許多國家的研發項目正在分析利用核反應堆制氫的經濟性和面臨的技術挑戰。

除了在閉式燃料循環方面具有潛在的優勢之外，第四代反應堆系統還有其他方面的潛在優勢，例如可以提供很高溫度的熱量，這是推動它們在未來實現部署的一個強烈動機。相對于傳統反應堆系統，第四代反應堆系統具有更高的非能動安全性，因此開展共同選址(例如將反應堆與工業設施建在同一個場址)可能將是一個很有價值的方案。

4 建議

建議一：應該認識到先進反應堆系統作為低碳和具有成本效益的能源生產方式，在支持有關低碳排放目標和促進易變性可再生能源部署的國家政策方面，是具有重要潛力的。

電力系統需要大幅脫碳，以幫助各國實現碳中和目標。在過去幾年里，可再生能源的投資在電力部門的投資中占比最大，是核能投資的7倍以上，預計這一趨勢還將持續幾十年。然而，易變性可再生能源的進一步普及將不可避免地帶來電力系統可靠性問題。先進的反應堆系統可以在更大的時間尺度上提供解決方案，以確保電力系統的穩定性和機動性。在成本效益方面,核能機構認為，隨著易變性可再生能源份額的不斷增加，為實現極低的CO2排放量，建造一個電力系統的成本將大幅增加;相反，隨著核能份額的不斷增加，相應的成本將會下降。每個國家或地區的碳中和戰略可能是不同的，這不同能源市場的特點和需求。盡管如此，政策制定者還是應該認識到，先進的反應堆系統是幫助實現低碳和可靠能源系統的一個潛在選擇。

建議二：政策制定者在決策時應該考慮先進反應堆系統的非電力應用潛力。

盡管先進反應堆系統的非電力應用在減少CO2排放方面具有巨大潛力，但它們經常不被納入政策討論。先進反應堆系統廣泛適用于其他低碳能源可能難以應用的行業，因此作為脫碳政策的重要選擇，先進反應堆系統的非電氣應用值得考慮。需要特別指出的是，通過將先進反應堆系統與制氫設施相結合，核能在促進制氫領域的脫碳方面具有巨大的潛力。

建議三：各國政府和工業界應共同努力，在目標市場上展示先進反應堆系統現有的能力。

雖然核能的一些應用，如靈活運行和低溫供熱，已經在一些地區得到了技術證明，但新建核電項目的性質不僅取決于地理特征，還取決于市場條件。考慮到核能的新應用在實際市場上由于經驗有限所帶來的不確定性，加之核電新建項目需要很高的資本成本，因此應盡早就核能在長期能源戰略中的作用做出政府承諾和達成政治共識，這對于私營部門投資這些項目至關重要。除了建立能夠提供長期價格信號和企業可預見的監管框架和市場體系外，政府還可以通過各種機制，例如直接財政支持和電力購買協議等，支持私營企業獲得新核電建設項目所需的資金。政府支持的可行性和有效性在很大程度上取決于一個國家的政治、社會條件和項目特點，因此政府和工業之間的密切溝通和合作有助于創造有效的項目環境，從而推動核能的新應用。

建議四：應該促進國際合作，以改善先進反應堆系統開發的經濟可行性。

在具有相似市場需求或地理條件的國家之間進行研發合作將提供許多好處，如縮短研究時間、分享經驗、降低研發成本和獲得投資來源。共享現有的研究基礎設施是一種廣泛使用的方法，可以優化研究、開發和部署的成本。現有框架，例如第四代反應堆國際論壇和清潔能源未來倡議(核創新)等，可以在促進國際合作方面繼續發揮重要作用。

統一不同國家的行業規范、標準和監管框架，可以減少不同國家市場之間的技術壁壘，并幫助企業實體獲得規模經濟。目前，世界核協會組建的反應堆設計評估和許可合作(CORDEL)工作組正在開展統一核設施規范和標準的研究，并正在推進新建核電站許可的統一工作。

建議五：應該繼續促進公眾對先進反應堆系統的理解。

為了獲得公眾對發展先進反應堆系統的支持，對這些公眾關注的問題做出回應將是重要的。先進的反應堆系統有許多優勢，可以幫助解決公眾的認知問題。核專家和公眾對先進反應堆系統的特點和好處獲得一致的理解，可以提高公眾對先進反應堆系統的認知。同樣重要的是，各國政府應支持各種溝通方案，以幫助解決公眾對先進反應堆系統所面臨的挑戰的看法。