在全球氣候變化問題日趨嚴(yán)峻、減排訴求不斷增強(qiáng)的背景下，核能作為生命周期碳排放最小且具有穩(wěn)定高效特征的能源形式，既可作為基荷供應(yīng)可調(diào)度電力，又可部分參與調(diào)峰響應(yīng)電能需求，對(duì)可再生能源形成很好的補(bǔ)充。這些均為實(shí)現(xiàn)多種能源形式互補(bǔ)，共同構(gòu)建清潔低碳、安全高效的新型能源供應(yīng)體系，提供了現(xiàn)實(shí)的選擇。中國(guó)自主三代核電品牌開發(fā)不斷取得突破、先進(jìn)核能系統(tǒng)創(chuàng)新穩(wěn)步持續(xù)推進(jìn)，核能對(duì)中國(guó)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和整體創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略支撐作用已充分體現(xiàn)。

能源是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基本保障，是保障國(guó)家戰(zhàn)略地位和引領(lǐng)科技創(chuàng)新的重要支撐。強(qiáng)大的現(xiàn)代化能源體系，不僅可保障中國(guó)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)、驅(qū)動(dòng)清潔低碳轉(zhuǎn)型、提升能源利用效率，更是中國(guó)實(shí)現(xiàn)“第二個(gè)百年”奮斗目標(biāo)、“30·60雙碳”承諾等的重要基礎(chǔ)。在當(dāng)前全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起的大背景下，如何有效對(duì)標(biāo)全球能源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、主動(dòng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜國(guó)際形勢(shì)，以滿足中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求和科技創(chuàng)新發(fā)展期待等，將是未來(lái)中國(guó)能源現(xiàn)代化發(fā)展的根本要求。

在全球范圍內(nèi)，核能不僅是實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支柱能源，更被視為能源現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)技術(shù)集大成者，其對(duì)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和科技轉(zhuǎn)型變革的戰(zhàn)略性帶動(dòng)作用有目共睹。在后疫情時(shí)代國(guó)內(nèi)外能源發(fā)展格局振蕩變化的情況下，中國(guó)始終堅(jiān)持發(fā)展核能，做大做實(shí)現(xiàn)代化核能產(chǎn)業(yè)，不但可通過規(guī)模化替代負(fù)荷中心周邊的化石能源，促進(jìn)區(qū)域清潔能源規(guī)模化替代及其“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);還可與可再生能源等優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、兼容并存，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供安全高效的能源電力保障;并能利用科技創(chuàng)新、先進(jìn)管理和全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)廣大能源企業(yè)尤其是中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展，為中國(guó)能源技術(shù)創(chuàng)新賦能。面向2035年，中國(guó)發(fā)展現(xiàn)代化核能產(chǎn)業(yè)，不但是中國(guó)能源現(xiàn)代化發(fā)展的重要組成，還是建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)乃至社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的整體需要。

面向2035年的中國(guó)能源現(xiàn)代化發(fā)展需求

“第二個(gè)百年”奮斗目標(biāo)對(duì)2035年能源現(xiàn)代化發(fā)展的頂層要求

黨的十九大對(duì)實(shí)現(xiàn)中國(guó)“第二個(gè)百年”奮斗目標(biāo)做出了兩個(gè)階段推進(jìn)的戰(zhàn)略安排，即“2035年基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化”、“到本世紀(jì)中葉把我國(guó)建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)”。十九屆五中全會(huì)通過的我國(guó)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，基于2035年我國(guó)將基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化的目標(biāo)，明確提出“推進(jìn)能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系”，以民生需求為先，滿足多樣化能源需求，努力實(shí)現(xiàn)人民群眾對(duì)美好生活的向往。2021年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議也明確提出“要深入推動(dòng)能源革命，促進(jìn)能源消費(fèi)、供給、技術(shù)和體制改革，加強(qiáng)國(guó)際合作，加快建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)。”黨的二十大基于新時(shí)代堅(jiān)持和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義的一系列重大理論和實(shí)踐問題，進(jìn)一步為實(shí)現(xiàn)中國(guó)“第二個(gè)百年”奮斗目標(biāo)指明了前進(jìn)方向、確立了行動(dòng)指南;將確保能源資源和能源安全作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題及做好能源工作的首要任務(wù)。

“30·60雙碳”目標(biāo)對(duì)2035年能源現(xiàn)代化發(fā)展的部署要求

作為《巴黎協(xié)定》締約方之一，中國(guó)明確提出二氧化碳排放“力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)(“30·60雙碳”目標(biāo))。2021年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院以《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》(中發(fā)〔2021〕36號(hào))，進(jìn)一步提出“把碳達(dá)峰、碳中和納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領(lǐng)”，并明確強(qiáng)調(diào)“以能源綠色低碳發(fā)展為關(guān)鍵”，通過2025、2030、2060年3個(gè)階段的目標(biāo)，最終全面建立“綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系和清潔低碳安全高效的能源體系”。黨的二十大更進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，立足中國(guó)能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)”。

2035年，是中國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略部署從第二個(gè)階段向第三個(gè)階段轉(zhuǎn)變的第一個(gè)五年，也是2030年碳達(dá)峰后的首個(gè)五年計(jì)劃收官年。而由于“雙碳”戰(zhàn)略部署深度關(guān)聯(lián)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面系統(tǒng)變革，中國(guó)過往發(fā)展模式的慣性影響預(yù)計(jì)在短時(shí)內(nèi)仍將存在。根據(jù)多家機(jī)構(gòu)研究預(yù)測(cè)的結(jié)果(圖1、圖2)，2030—2035年，是未來(lái)中國(guó)能源發(fā)展中“不穩(wěn)定”的消費(fèi)平臺(tái)期和減排過渡期。反映在圖1和圖2中，不同機(jī)構(gòu)基于再電氣化和清潔能源替代等現(xiàn)代化進(jìn)程的不同進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，對(duì)該時(shí)期內(nèi)一次能源消費(fèi)量和碳排放量的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)出現(xiàn)較明顯的差異;在2035年后，各方的預(yù)測(cè)趨勢(shì)總體趨于一致，但一定程度上仍受到2030—2035年預(yù)測(cè)的邊界條件的制約。所以，2035年將是中國(guó)實(shí)現(xiàn)“30·60雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)，其重要性在于在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰后，如何做好這個(gè)過渡，從而能夠“安全、穩(wěn)定”地走向碳中和。而從現(xiàn)在至2035年前，如何穩(wěn)步實(shí)施清潔能源規(guī)模化替代以實(shí)現(xiàn)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)以推動(dòng)再電氣化進(jìn)程、梯級(jí)利用提高能源利用效率乃至突破碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)等碳匯技術(shù)等，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)能源現(xiàn)代化發(fā)展，則將是影響中國(guó)能源體系在碳達(dá)峰后，一次能源消費(fèi)和碳排放拐點(diǎn)盡快下行，最終實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略部署的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 7種對(duì)中國(guó)碳中和情景一次能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)對(duì)比

圖2 8種對(duì)中國(guó)碳中和情景碳排放預(yù)測(cè)對(duì)比

面向2035年核能是中國(guó)能源現(xiàn)代化發(fā)展的重要組成部分

國(guó)際實(shí)踐證明“雙碳”戰(zhàn)略部署實(shí)現(xiàn)離不開核能的貢獻(xiàn)

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)、中國(guó)工程院“不同發(fā)電能源的溫室氣體排放關(guān)鍵問題研究”課題組、多家機(jī)構(gòu)或多位研究人員通過研究分析提出，在考慮鈾礦采冶及核電站退役治理后，核能依然是全生命周期碳排放最小的發(fā)電技術(shù)之一(表1)。

表1 不同文獻(xiàn)中全生命周期溫室氣體排放系數(shù)的比較(單位：gCO2e/kWh)

 

在全球氣候變化問題日趨嚴(yán)峻、減排訴求不斷增強(qiáng)的背景下，核能作為生命周期碳排放最小且具有穩(wěn)定高效特征的能源形式，既可作為基荷供應(yīng)可調(diào)度電力，又可部分參與調(diào)峰響應(yīng)電能需求，對(duì)可再生能源形成很好的補(bǔ)充。這些均為實(shí)現(xiàn)多種能源形式互補(bǔ)，共同構(gòu)建清潔低碳、安全高效的新型能源供應(yīng)體系，提供了現(xiàn)實(shí)的選擇。國(guó)際能源署(IEA)曾提出，核能是世界發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體最大的低碳能源選項(xiàng)。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)則指出，核電作為一種低碳排放的電力，對(duì)全球電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型起到重要助力作用;其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2020年，全球核電發(fā)電量總計(jì)約達(dá)25532.1億kW·h，占全球發(fā)電總量的10%左右，更是貢獻(xiàn)了約1/3的低碳電力。在全球重要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中，核能的地位同樣突出。2020年，美國(guó)核能發(fā)電量占本國(guó)總發(fā)電量的19.7%，并貢獻(xiàn)了其無(wú)碳電力的約50%;歐盟各國(guó)核能發(fā)電量占本區(qū)域總發(fā)電量的31.0%，并貢獻(xiàn)了其無(wú)碳電力的約44%。

當(dāng)前中國(guó)核能發(fā)展取得的主要成就和發(fā)展基礎(chǔ)

中國(guó)核能的開發(fā)和利用始于20世紀(jì)50年代，初期中國(guó)核能發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱，處于跟隨核發(fā)達(dá)國(guó)家的狀態(tài)。為避免核能發(fā)展受制于人，從20世紀(jì)90年代至今，中國(guó)核能發(fā)展始終堅(jiān)持“四個(gè)自主”和“以我為主、中外合作，引進(jìn)技術(shù)、自主創(chuàng)新”原則，經(jīng)過多年努力，取得了一系列令人矚目的成就。總體上，中國(guó)已躋身全球核電大國(guó)之列，具備了向核電強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的基礎(chǔ)條件。

目前中國(guó)核能行業(yè)已基本建立可持續(xù)發(fā)展的整體工業(yè)體系，配套產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、自主技術(shù)能力和工程建造水平等也均具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。不僅可以提供核電設(shè)計(jì)、工程建造、設(shè)備制造和運(yùn)行維護(hù)等一條龍服務(wù)，還具備了核燃料供應(yīng)、核燃料循環(huán)、廢物 處理等一系列技術(shù)和裝備能力，具有提供“一站式”核能解決方案的能力，僅核電領(lǐng)域，即可支撐中國(guó)每年核準(zhǔn)6～8臺(tái)或千萬(wàn)千瓦級(jí)裝機(jī)的整體供貨能力，同時(shí)建造30臺(tái)核電機(jī)組的施工建設(shè)能力。

截至2021年底，中國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組53臺(tái)(不含臺(tái)灣地區(qū))，裝機(jī)容量5465萬(wàn)kW，約占全國(guó)電力總裝機(jī)容量的2.30%，繼續(xù)位居全球第三;2021年核能發(fā)電量4071.4億kW·h，占全國(guó)發(fā)電量的5.02%，繼續(xù)位居全球第二。目前，中國(guó)已建成或在建秦山、大亞灣等18個(gè)核電基地，多年來(lái)核電機(jī)組運(yùn)行安全水平始終保持國(guó)際先進(jìn)水平，未發(fā)生國(guó)際核事件分級(jí)(INES)2級(jí)及以上運(yùn)行事件或事故。2020年，中國(guó)大陸核電站有28臺(tái)機(jī)組在世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)(WANO)綜合指數(shù)獲得滿分，占全球滿分機(jī)組總數(shù)的1/3。新建核電機(jī)組設(shè)計(jì)指標(biāo)均至少滿足三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)，具備完善的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施。

在國(guó)家有關(guān)部門的大力推動(dòng)和相關(guān)企業(yè)的積極實(shí)施下，目前中國(guó)建成投運(yùn)了全球首座AP1000三代核電機(jī)組、全球首座“華龍一號(hào)”自主三代核電機(jī)組，開展了自主“國(guó)和一號(hào)”建設(shè)，并且“華龍一號(hào)”核電機(jī)組在巴基斯坦卡拉奇核電項(xiàng)目(K2、K3機(jī)組)也已全面建成并網(wǎng)，成功實(shí)現(xiàn)“走出去”，標(biāo)志著中國(guó)打破國(guó)外核電技術(shù)壟斷，正式進(jìn)入全球三代核電技術(shù)先進(jìn)國(guó)家行列。與此同時(shí)，以高溫氣冷堆和快堆為代表的中國(guó)自主第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)也取得了重大突破，200MW高溫氣冷堆核電示范工程已成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，600MW商業(yè)化示范快堆正在有序建造，“十四五”期間有望建成投產(chǎn)，這些都將為未來(lái)中國(guó)第四代先進(jìn)核能技術(shù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

近3年來(lái)，除盡量多發(fā)滿發(fā)、貢獻(xiàn)清潔低碳電力外，中國(guó)核能行業(yè)通過一批核能供熱、供汽等工程示范項(xiàng)目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了核能從發(fā)電向綜合利用的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步凸顯了核能的環(huán)境效益。2019年11月，海陽(yáng)核電站實(shí)現(xiàn)向海陽(yáng)市政熱用戶供熱，使海陽(yáng)市成為首個(gè)核能供熱城市，目前已進(jìn)入第三年推廣。2022年4月，中國(guó)南方首個(gè)核能供熱示范項(xiàng)目(秦山核能供熱)首個(gè)供暖季順利結(jié)束。2022年5月，中國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目(田灣核電蒸汽功能項(xiàng)目)在連云港正式開始建設(shè)。

核能在未來(lái)中國(guó)現(xiàn)代化能源體系中將發(fā)揮更加重要的作用

基于核能在未來(lái)中國(guó)貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”重大戰(zhàn)略思想和實(shí)施“30·60雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要作用，隨著新時(shí)期中國(guó)能源電力發(fā)展更加注重清潔低碳和安全高效，作為能量密度大、可利用率高、可靠近布置于負(fù)荷中心的優(yōu)質(zhì)清潔能源品種，核能在未來(lái)中國(guó)現(xiàn)代化能源體系中將發(fā)揮更加重要的作用。其中核電還將作為中國(guó)裝備產(chǎn)業(yè)“走出去”的重要名片之一，為中國(guó)與有關(guān)國(guó)家開展雙邊合作提供重要議題。

2021年以來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院和有關(guān)部門相關(guān)政策文件均對(duì)核能發(fā)展做出了積極、明確的部署(表2)，面向2035年，核能現(xiàn)代化發(fā)展將迎來(lái)歷史性窗口期和戰(zhàn)略性機(jī)遇期。

表2 相關(guān)政策文件對(duì)核能發(fā)展做出的部署要求

   

綜合上述3方面的論述，可以得出核能在中國(guó)清潔低碳能源體系中的重要戰(zhàn)略地位，在開展能源戰(zhàn)略2035研究時(shí)，在摸清國(guó)內(nèi)外核能發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過做好增量發(fā)展思維、發(fā)揮核電創(chuàng)新引領(lǐng)作用、拓展綜合利用領(lǐng)域等，探索提出了面向2035年的核能現(xiàn)代化發(fā)展的戰(zhàn)略思路、重點(diǎn)方向、路線圖及相關(guān)建議，以期能為國(guó)家能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略提供有力的決策支撐。

面向2035年，中國(guó)核能現(xiàn)代化發(fā)展的挑戰(zhàn)

“雙碳”戰(zhàn)略下構(gòu)建新型能源體系對(duì)核能發(fā)展戰(zhàn)略的要求

“雙碳”戰(zhàn)略下構(gòu)建新型能源體系對(duì)核電發(fā)展戰(zhàn)略的要求包括以下方面。

1)核能應(yīng)當(dāng)在助力中國(guó)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)方面發(fā)揮更重要的作用，以幫助中國(guó)在實(shí)現(xiàn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型過程中，有效應(yīng)對(duì)不斷變化的國(guó)內(nèi)外能源供應(yīng)格局。例如隨著“30·60雙碳”階段性目標(biāo)的逐步實(shí)現(xiàn)，非化石能源裝機(jī)將逐步成為主力能源，傳統(tǒng)化石能源在做好轉(zhuǎn)型兜底保障之外，反將因主要成為資源開發(fā)主體，角色從能源供給者部分轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉聪M(fèi)者;而其對(duì)規(guī)模化清潔能源的需求更大，如煤化工、石油勘探和開采、煉油中工藝重整等。而面向未來(lái)碳中和布局的CCS和CCUS等碳匯技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化即大規(guī)模碳捕集及封存，也將需要大量持續(xù)穩(wěn)定的清潔、零碳能源供應(yīng)。

2)充分認(rèn)識(shí)到節(jié)能提效是“第一能源”，核能應(yīng)當(dāng)持續(xù)推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)能效提升以對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平。其方式不僅有余熱利用等傳統(tǒng)工業(yè)能效提高，還包括提供工業(yè)蒸汽、電氣水熱冷聯(lián)供等綜合性能源服務(wù)。

3)再電氣化和氫能利用，是“兩個(gè)構(gòu)建”的發(fā)展重點(diǎn)。其中再電氣化對(duì)應(yīng)的將是以可再生能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，核能應(yīng)在其亟需的清潔低碳調(diào)峰電源、規(guī)模化高效儲(chǔ)能和靈活的智能化復(fù)合能源系統(tǒng)等領(lǐng)域，投入更多人力、物力進(jìn)行研發(fā)。而氫能作為新型能源利用形式，未來(lái)必將推動(dòng)工業(yè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型甚至重構(gòu)傳統(tǒng)工業(yè)體系，核能應(yīng)及早進(jìn)入和布局氫能產(chǎn)業(yè)，例如發(fā)展工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模化清潔制氫等。

4)在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度內(nèi)，考慮化石資源枯竭和能源可持續(xù)發(fā)展的需求，核聚變和聚變-裂變混合堆技術(shù)將成為能源供應(yīng)的最終解決方案，這也是全球能源行業(yè)基于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的一大共識(shí)。

“雙碳”戰(zhàn)略下中國(guó)核能現(xiàn)代化發(fā)展的重點(diǎn)方向

基于上述對(duì)中國(guó)核能發(fā)展戰(zhàn)略的幾點(diǎn)要求，整理提出“雙碳”戰(zhàn)略下中國(guó)2035年核能現(xiàn)代化發(fā)展的重點(diǎn)需求及應(yīng)對(duì)舉措(表3)。

表3 “雙碳”戰(zhàn)略下中國(guó)能源發(fā)展對(duì)于核能現(xiàn)代化發(fā)展需求及應(yīng)對(duì)措施

 

1)合理轉(zhuǎn)變核能在能源體系中的定位，確保中國(guó)能源安全。根據(jù)中國(guó)工程院、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所、國(guó)網(wǎng)能源研究院、清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究所等多家研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，2035年中國(guó)核能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)1.2~1.5億kW，到2060年前后，核能裝機(jī)規(guī)模將有望提升到4億kW以上。核能有潛力由過去戰(zhàn)略性補(bǔ)充能源，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｕ夏茉窗踩⒋_保電力系統(tǒng)穩(wěn)定和供給清潔低碳電量的基礎(chǔ)性能源和主力能源之一，從而為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)揮中堅(jiān)作用。

2)協(xié)調(diào)推進(jìn)核能消費(fèi)利用方式的多樣化，提升核能利用效率。通過核能綜合利用類項(xiàng)目如核能供熱、供汽、熱電聯(lián)產(chǎn)等的新建或改擴(kuò)建等，協(xié)調(diào)推進(jìn)核能消費(fèi)利用方式的多樣化，持續(xù)放大核能的環(huán)境和社會(huì)效益，有效提升核能的能源利用效率，進(jìn)一步拓寬核能在新型能源體系中發(fā)揮的作用。以海陽(yáng)核電廠供熱改造工程為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，供熱工程一期投運(yùn)后，海陽(yáng)一期熱效率由36.7%提高到37.2%;二期投運(yùn)，熱效率提升至39.94%;未來(lái)三期投運(yùn)后，熱效率將提升至55.9%。

3)主動(dòng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)和氫能利用要求。核能應(yīng)主動(dòng)配合新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，研究提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和調(diào)節(jié)能力等，替代、擴(kuò)展和增強(qiáng)傳統(tǒng)煤電承擔(dān)的基荷及調(diào)峰功能，配合化學(xué)和其他新型儲(chǔ)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，共同滿足系統(tǒng)對(duì)靈活性資源和可靠備用資源的更高要求。根據(jù)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》分階段目標(biāo)，核能應(yīng)加快先進(jìn)核反應(yīng)堆(如高溫氣冷堆)與先進(jìn)制氫工藝的耦合，為未來(lái)氫氣大規(guī)模供應(yīng)提供核能解決方案。

4)積極發(fā)展核燃料閉式循環(huán)及其全產(chǎn)業(yè)鏈，走好既定發(fā)展戰(zhàn)略。走好中國(guó)“熱堆-快堆-聚變堆”三步走的既定發(fā)展戰(zhàn)略。面向2035年，面對(duì)未來(lái)核電裝機(jī)規(guī)模提升和廢物量增加的可預(yù)見情況，當(dāng)前應(yīng)加快建設(shè)后處理廠、快堆及其全部配套產(chǎn)業(yè)，以實(shí)現(xiàn)核燃料閉式循環(huán)，配套制定相關(guān)政策以形成長(zhǎng)效機(jī)制等措施，循序漸進(jìn)的推進(jìn)相關(guān)工作，最終實(shí)現(xiàn)乏燃料后處理和廢物最終處理處置。

面向未來(lái)，中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志

降低能耗、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性，自主實(shí)現(xiàn)零碳規(guī)模化發(fā)展

面向未來(lái)，在中國(guó)自主核能和核燃料循環(huán)技術(shù)中，能夠采取先進(jìn)工藝進(jìn)一步節(jié)能降耗，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少混凝土、鋼材、管道和電纜等大宗材料應(yīng)用，使核能達(dá)到溫室氣體近零排放;同時(shí)結(jié)合對(duì)減碳、固碳技術(shù)的有效支撐，使核能最終成為零碳能源。

通過“簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單運(yùn)營(yíng)”、“提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，有效縮短工期”、“降低資金投入強(qiáng)度，縮短投資回報(bào)周期”等多種方式，持續(xù)有效的優(yōu)化核能經(jīng)濟(jì)性，力爭(zhēng)使經(jīng)濟(jì)性不再成為制約核能規(guī)模化發(fā)展的主要原因。

核能引領(lǐng)科技創(chuàng)新，滿足用戶多元化需求

面向未來(lái)，核能產(chǎn)業(yè)能采取更具創(chuàng)新性的手段如數(shù)字化、智能化等，推動(dòng)先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)設(shè)計(jì)，開展概念驗(yàn)證及模擬反應(yīng)堆耦合響應(yīng)等性能驗(yàn)證，能夠前瞻性滿足監(jiān)管要求，縮短機(jī)型開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)智能化全壽期目標(biāo)優(yōu)化。能夠吸引資本投入，進(jìn)而推進(jìn)產(chǎn)品迭代升級(jí)。可通過創(chuàng)新應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)反饋推廣各類型反應(yīng)堆，并以高安全水平提供不同的核能解決方案。如可在近期部署的一體化模塊式小型堆;可在中期部署的、采用非水冷卻劑和慢化劑的小型四代反應(yīng)堆;改裝或改進(jìn)的緊湊環(huán)路式小型模塊化反應(yīng)堆，包括駁載浮動(dòng)核電站和海床基反應(yīng)堆等。

快堆和后處理體系建設(shè)完成，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)，可支撐核能大規(guī)模可持續(xù)發(fā)展

面向未來(lái)，中國(guó)以快堆為核心、后處理和燃料制造配套的核燃料閉式循環(huán)全面實(shí)現(xiàn)，經(jīng)后處理回收的鈾和钚進(jìn)入核電站循環(huán)使用，有效提高了鈾資源利用率，并大大減少需要最終處置的長(zhǎng)壽期廢物的體積，實(shí)現(xiàn)了廢物最小化，縮短了安全監(jiān)管年限，節(jié)省了處置費(fèi)用。核能行業(yè)通過規(guī)模化商用后處理廠，將壓水堆的乏燃料以及貧鈾用作快堆燃料，實(shí)現(xiàn)燃料增殖，并與壓水堆兼容發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)鈾資源的循環(huán)充分利用，使核能歸入可再生能源行列，從根本上解決核能的發(fā)展規(guī)模、核燃料中長(zhǎng)期供應(yīng)和高放廢物的處理問題。

樹立增量思維，凝聚聚變和混合堆創(chuàng)新，解決長(zhǎng)遠(yuǎn)能源需求

中國(guó)自2006年加入“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”以來(lái)，磁約束聚變研究取得重大進(jìn)展，已全面步入國(guó)際先進(jìn)行列，預(yù)計(jì)2027年實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。在Z箍縮聚變領(lǐng)域，中國(guó)自2000年起，以中國(guó)工程物理研究院為主，逐漸形成了“Z箍縮驅(qū)動(dòng)聚變裂變混合堆”的完整概念。面向未來(lái)，中國(guó)材料學(xué)最新進(jìn)展促進(jìn)了聚變能利用，高溫超導(dǎo)體改變了磁約束聚變關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)，通過增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度使聚變功率密度增加1個(gè)數(shù)量級(jí);聚變技術(shù)取得決定性突破，進(jìn)入聚變能源應(yīng)用開發(fā)階段;2050年，中國(guó)有望率先實(shí)現(xiàn)磁約束聚變能源和Z箍縮聚變裂變混合能源的發(fā)電演示。

“雙碳”戰(zhàn)略下中國(guó)核能現(xiàn)代化發(fā)展的情景預(yù)測(cè)

核電是新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐

面對(duì)“雙碳”目標(biāo)下再電氣化戰(zhàn)略，以更廣領(lǐng)域的電能替代和發(fā)展電制原材料及燃料為重點(diǎn)，大力提升工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域電氣化水平。核電有大型壓水堆、模塊化小堆及高溫氣冷堆等多種堆型，可以在以下領(lǐng)域提供解決方案。

與煤電和水電一樣，核電可以提供電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高電力系統(tǒng)阻尼，加強(qiáng)系統(tǒng)擾動(dòng)恢復(fù)能力，降低系統(tǒng)諧波污染的可能性，提高電網(wǎng)供電的安全性和可靠性。

配合可再生能源占比逐漸提高的電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，補(bǔ)充、擴(kuò)展、增強(qiáng)傳統(tǒng)燃煤電廠所承擔(dān)的基荷及調(diào)峰功能，配合化學(xué)和其他新型儲(chǔ)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，共同滿足不斷擴(kuò)張的新型電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)中靈活性資源和可靠備用資源的更高要求。

核能與可再生能源協(xié)同構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)的安全、高效、清潔和可持續(xù)發(fā)展。通過將現(xiàn)代信息技術(shù)、智能控制與優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)代能源供應(yīng)、儲(chǔ)運(yùn)、消費(fèi)技術(shù)深度融合，促進(jìn)核能和可再生能源比例提升和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，通過冷、熱、氣、水、電等多種能源互補(bǔ)構(gòu)建現(xiàn)代能源綜合集成與服務(wù)平臺(tái)。為消費(fèi)者創(chuàng)造獲取能源、存儲(chǔ)能源乃至售賣能源的全新方式。

利用固有安全的小微型反應(yīng)堆，提供定點(diǎn)式、精準(zhǔn)化、原位型非化石能源的替代選項(xiàng)，結(jié)合燃煤鍋爐以外的輔助設(shè)施，繼續(xù)提供同等品質(zhì)的發(fā)電蒸汽，緩解上萬(wàn)億元發(fā)電資產(chǎn)的擱淺和浪費(fèi)，維護(hù)煤電行業(yè)數(shù)十萬(wàn)人的就業(yè)崗位，避免不必要的金融和社會(huì)穩(wěn)定問題。

核能供熱等實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)體系多樣化，保障城鎮(zhèn)化推進(jìn)

城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)和人民生活水平的不斷提高，驅(qū)動(dòng)了中國(guó)北方地區(qū)供暖面積的快速增加，從而導(dǎo)致了快速增長(zhǎng)的供暖能耗、碳排放與不容忽視的環(huán)境影響。目前北方供暖總面積已達(dá)132億㎡，預(yù)計(jì)未來(lái)將繼續(xù)發(fā)展到200億㎡。日益增長(zhǎng)的采暖需求將給未來(lái)清潔取暖工作帶來(lái)更多的困難。在2017年，國(guó)家發(fā)展改革委、能源局等10部委聯(lián)合編寫的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017—2021年)》中指出立足本地資源稟賦，根據(jù)不同區(qū)域的自身特點(diǎn)選取適宜的清潔供暖策略，試點(diǎn)核能供熱。

以核能作為北方供暖的主要清潔熱源之一，對(duì)緩解熱源緊缺、優(yōu)化供熱能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。核電供熱后，還有利于調(diào)和北方地區(qū)冬季熱電比矛盾，通過熱電協(xié)同等方式幫助電網(wǎng)靈活調(diào)峰，對(duì)于增強(qiáng)供電靈活性、提高能源利用效率有積極作用。若將核能供熱與海水淡化相結(jié)合，則可通過水熱同輸?shù)姆绞皆诠岬耐瑫r(shí)解決中國(guó)北方沿海地區(qū)的缺水問題，提供電氣水熱冷等清潔能源可獲得性，提升人民美好生活水平。

核能供工藝熱助力能源消費(fèi)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能效提升

目前的壓水堆在適當(dāng)?shù)臏囟?約300℃)下產(chǎn)生熱能，通過汽輪機(jī)動(dòng)力循環(huán)將熱量轉(zhuǎn)換成電能。在先進(jìn)核反應(yīng)堆(如第四代反應(yīng)堆)中，產(chǎn)出的熱能可以達(dá)到更高的溫度(500~1000℃)，這些較高的工作溫度，可以結(jié)合目前壓水堆，提供各種不同溫度和產(chǎn)量的工藝熱(圖3)，并在石油化工和鋼鐵生產(chǎn)等各不同工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。

圖3 各工業(yè)領(lǐng)域所需的不同溫度的工藝熱

構(gòu)建低碳復(fù)合能源系統(tǒng)，促進(jìn)傳統(tǒng)化石能源向資源轉(zhuǎn)型

從碳資源利用的角度出發(fā)，將煤等高含碳資源與核能進(jìn)行耦合集成，通過物質(zhì)流、能源流和信息流的集成，可實(shí)現(xiàn)高含碳資源的低碳化利用，這是應(yīng)對(duì)中國(guó)未來(lái)能源安全和減排的可行之路。圖4為技術(shù)路線。

 

圖4 基于碳循環(huán)的復(fù)合能源系統(tǒng)的技術(shù)路線

復(fù)合系統(tǒng)在低碳情景下大規(guī)模生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品等，能夠作為國(guó)內(nèi)能源需求的有力保障，并降低石油的對(duì)外依存度;實(shí)現(xiàn)CO2的減排與資源化，有助于提高過程碳效率;提高核能及可再生能源等低碳能源的能效，并且降低系統(tǒng)投資與產(chǎn)品單位生產(chǎn)成本。

突破核能制氫技術(shù)，全面對(duì)接各類戰(zhàn)略需求

核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、高效率和大規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案之一。高溫氣冷堆是中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)，具有固有安全性高、出口溫度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最適合用于核能制氫的堆型。其利用高溫工藝熱制氫的主要技術(shù)路線分為熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫和生物質(zhì)制氫兩種工藝。目前兩種工藝均在推進(jìn)，根據(jù)技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，生物質(zhì)制氫工藝有望更快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，2023年有望完成制氫關(guān)鍵技術(shù)、中間換熱器等關(guān)鍵設(shè)備研究，2025年有望完成工業(yè)放大并啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)化工程建設(shè)。

此外，核能還應(yīng)突破自身大容量、中心式、基荷型的傳統(tǒng)極限，推廣中小型多用途反應(yīng)堆，開辟移動(dòng)式核能利用新領(lǐng)域。在海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略中，支持獨(dú)立島礁、海上平臺(tái)的能源和淡水需求;在航天強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略中，提供太陽(yáng)系內(nèi)可達(dá)的空間核動(dòng)力和核電源等。綜合各種預(yù)測(cè)情景，探索提出了面向2035年的核能現(xiàn)代化發(fā)展需求和應(yīng)用前景(表4)。

表4 面向2035年的核能現(xiàn)代化發(fā)展需求和應(yīng)用前景

 

面向2035年，中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的路徑建議

考慮到中國(guó)核能現(xiàn)代化發(fā)展的要求和方向等，以及面向未來(lái)的中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，本文提出了面向2035年，中國(guó)核能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的路徑建議。

1)在保障能源安全方面，基于2035年初步建設(shè)實(shí)現(xiàn)核電強(qiáng)國(guó)的發(fā)展目標(biāo)，積極統(tǒng)籌國(guó)家科技創(chuàng)新資源，形成強(qiáng)大的原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)前沿領(lǐng)域引領(lǐng)核能發(fā)展，確保核科技水平位于世界領(lǐng)先地位;具有完整的全產(chǎn)業(yè)鏈能力，并且具有強(qiáng)大的自主保障和供應(yīng)能力。

2)在促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型方面，通過大力推進(jìn)三代壓水堆核電批量化建設(shè)等部署，使中國(guó)核電發(fā)電量在2035年前占比達(dá)到10%左右的發(fā)展目標(biāo);有效發(fā)揮燃料能量密度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、換料周期長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)核能規(guī)模質(zhì)量效益并舉。

3)在核能綜合利用方面，到2035年，形成具有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力的整體布局;具備完備的原子能法律法規(guī)體系，產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力及發(fā)展模式得到社會(huì)廣泛認(rèn)可，在國(guó)際核能治理方面具有重要話語(yǔ)權(quán)。

4)在燃料閉式循環(huán)方面，到2035年，實(shí)現(xiàn)四代先進(jìn)快堆的商用示范，并具備規(guī)模化推廣的條件，規(guī)模化商用后處理廠穩(wěn)步推進(jìn)，初步形成了閉式核燃料循環(huán)可持續(xù)發(fā)展模式。

5)在構(gòu)建2050年及更長(zhǎng)遠(yuǎn)未來(lái)的發(fā)展格局上，應(yīng)將主要目標(biāo)放在：積極實(shí)現(xiàn)壓水堆和快堆二元核電體系的協(xié)同發(fā)展、可控核聚變能夠取得突破等方面，確保在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度內(nèi)，核電裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量仍能夠持續(xù)提升，從而更好的保障和支撐中國(guó)“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

本文作者：葉奇蓁、蘇罡、黃文、楊勇、張東輝

作者簡(jiǎn)介：葉奇蓁，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司，中國(guó)工程院院士，研究方向?yàn)榉磻?yīng)堆技術(shù)及核能戰(zhàn)略;蘇罡(通信作者)，中國(guó)核電工程有限公司，研高，研究方向?yàn)楹税踩昂四馨l(fā)展戰(zhàn)略。

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