編者按：我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。能源領域碳排放總量大、占比高，是實現(xiàn)綠色低碳轉型和高質量發(fā)展的關鍵。公司能源業(yè)務部成立了以張宗玟等部門領導為核心、以青年黨員為骨干的“3060”研究小組，貫徹新發(fā)展理念和能源安全新戰(zhàn)略，對以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)、碳排放和水電、新能源、核電、儲能、煤炭等方面高質量發(fā)展進行了探索性研究，以推動構建清潔低碳安全高效的能源體系。為促進研究成果的應用，本公眾號將核心研究成果以系列文章的形式陸續(xù)刊發(fā)，供業(yè)界同仁參考。

“雙碳”背景下核能高質量發(fā)展的挑戰(zhàn)與對策

黃文 謝千 鄭保軍

摘要：核能具有清潔低碳、出力穩(wěn)定、邊際成本低等特征，且發(fā)展沿海核電的部署與我國經濟布局深度契合，是能源供給側尤其是新增非化石能源中最有望兼顧“低碳、經濟、安全”矛盾三角的能源形式，能通過規(guī)?；l(fā)展替代化石能源，并與新能源形成強互補發(fā)展。本文以“雙碳”目標（碳達峰、碳中和）及“兩個構建”（構建清潔低碳安全高效的能源體系、構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)）為準繩，總結提出核能在未來“雙碳”戰(zhàn)略目標下的挑戰(zhàn)和對策建議，以期促進未來核能高質量發(fā)展。

關鍵詞：“雙碳”戰(zhàn)略目標；核能；高質量發(fā)展；創(chuàng)新；高效；挑戰(zhàn)

一、引言

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論會上做出“碳達峰、碳中和”鄭重承諾，首次提出了我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的“雙碳”戰(zhàn)略目標。該戰(zhàn)略目標體現(xiàn)了我國將攜手世界積極應對全球氣候變化這一巨大挑戰(zhàn)的堅定決心，也彰顯了我國在構建人類命運共同體上的大國責任與擔當，這些都為新冠肺炎疫情后的全球綠色發(fā)展和協(xié)調共贏注入強大信心。已有研究指出，中國“雙碳”戰(zhàn)略目標的順利實現(xiàn)，將有效推動全球溫升趨勢的改變，使得全球溫度將比預期降低0.3℃甚至更高[1]。

自進入21世紀以來，我國經濟快速發(fā)展，我國的碳排放量也在快速攀升。相關研究數(shù)據(jù)[2]顯示，2019年我國碳排放量約115億噸，約占全球總排放量的30%，位居全球第一，較2000年我國碳排放量提高約168%。21世紀以來我國的碳排放量和GDP增長情況見下圖1。

圖1 21世紀以來我國的碳排放量和GDP增長情況

目前我國相關研究領域總體上對2060年“碳中和”背景下的碳排放限值已達成一定共識[3]。據(jù)有關研究機構的預測[2]，我國若要實現(xiàn)基準的“1.5℃情景”下的減排目標，2050年后允許碳排放值僅為當前碳排放量的15%～25%，即使在“退而求其次”、可行備用的“2℃情景”下，允許碳排放值也僅為當前碳排放量的40%～50%，并低于2000年我國碳排放量。而目前，我國經濟仍處于中高速、高質量發(fā)展階段，能源消費量還在增長，碳排放量還有增加的可能，需要經歷2030年前“碳達峰”，才能走向2060年的“碳中和”。相比發(fā)達國家，我國“碳達峰”到“碳中和”間隔僅有30年時間，減排強度及困難程度在全球范圍首屈一指。未來我國碳的達峰和減排情景設想見下圖2。

圖2 未來我國碳的達峰和減排情景設想

而實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標首當其沖的就是能源產業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，2019年我國能源供給側的碳排放量約46億噸，占比約40%；能源消費側（僅工業(yè)領域）的碳排放量約33億噸，占比約30%，合計貢獻已達70%，是我國二氧化碳排放的主要來源[3]。構建清潔低碳安全高效的能源體系、構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實現(xiàn)能源產業(yè)“低碳”甚至“零碳”轉型發(fā)展，是我國實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標的重要保障和前提，也是未來能源產業(yè)適應我國新時期高質量發(fā)展目標的重大要求和長久研究方向。

二、核能是我國能源和電力統(tǒng)籌發(fā)展的戰(zhàn)略性保障

近年來，隨著我國穩(wěn)步實施“兩個構建”，我國風能和太陽能等可再生能源成為增速最快的能源。2020年，我國風能發(fā)電裝機容量約2.82億千瓦，太陽能發(fā)電裝機容量約2.53億千瓦，較2015年分別增長約1.2倍和4.8倍；預計2025年、2030年、2035年，我國風能發(fā)電裝機規(guī)模有望達到4億、6億、10億千瓦，太陽能發(fā)電裝機規(guī)模有望達到5億、9億、15億千瓦[3][5]。

但是，過往數(shù)十年來世界各國能源和電力發(fā)展實踐和研究成果均表明，能源結構的低碳化是一個漫長、復雜、曲折的過程。可再生能源固有的能量密度低、發(fā)電不穩(wěn)定等特征，使其在大規(guī)模發(fā)展下仍將面臨一些短時期內無法回避的現(xiàn)實瓶頸或問題。如新能源大發(fā)時段需要大量可控電源深度調節(jié)以保障消納，在熱潮、寒潮等特殊天氣需要電力穩(wěn)定供應時往往又出力下降，甚至出現(xiàn)如2021年7月28日東北電網風電的短時最低出力不足網內風電裝機千分之一的極端情況。

而從全球尤其是發(fā)達國家過往發(fā)展經驗和未來發(fā)展策略等來看，能源和電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)多種能源形式并存的局面，可再生能源、核能、儲能等新型能源形式與必要的化石能源等不同能源并存互補，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，為全球和各國經濟和社會發(fā)展提供充足的能源和電力保障。全球及典型地區(qū)能源消費和電力供應情況及未來預測[6]見下圖3～圖6。

圖3 全球及典型地區(qū)能源消費情況（單位：EJ）

圖4 全球及典型地區(qū)電力供應情況（單位：TW·h）

圖5 全球及典型地區(qū)能源消費預測（單位：EJ）

圖6 全球及典型地區(qū)電力供應預測-核電高低方案平均（單位：TW·h）

目前，全球GDP前15強國家基本均已明確2050年前后實現(xiàn)“碳中和”目標，除意大利和澳大利亞外，核能在其能源和電力系統(tǒng)中均占有一定比重[6]（見圖7），在GDP前10強國家尤其是聯(lián)合國5大常任理事國中，我國核電所占比例相對較低（見圖8）。

圖7 2020年全球GDP前15強國家核能發(fā)電情況（單位：GW，%）

圖8 2010-2020年5大常任理事國核電發(fā)電量及占比情況（單位：TW·h，%）

鑒于其具有的清潔低碳、出力穩(wěn)定、邊際成本低等特征，且發(fā)展沿海核電的部署與我國經濟布局深度契合，核能是我國能源供給側尤其是新增非化石能源中最有望兼顧“低碳、經濟、安全”矛盾三角的能源形式，可規(guī)模化發(fā)展替代我國沿海負荷中心周邊的化石能源。核電與可再生能源技術特征對應互補，可實現(xiàn)電力電量時空匹配度更高的互補型發(fā)展，共同成為未來能源和電力系統(tǒng)非化石能源的重要組成部分。

圖9 我國各省區(qū)市經濟發(fā)展及核電基地位置示意

當前我國正處于實現(xiàn)“兩個一百年”偉大奮斗目標的征程中，未來我國經濟社會仍將高質量發(fā)展和持續(xù)壯大，人均能源消費水平仍將不斷提高，而終端能源消費更多地由一次能源向以清潔高效電力為主的二次能源轉變，能源和電力需求仍有較大的持續(xù)增長空間。據(jù)相關預測，我國非化石能源到2030年在一次能源消費中占比約達25%，而到2060年，在一次能源消費中占比將約達80%甚至更高。而核電作為我國非化石能源的重要組成部分，未來發(fā)展前景廣闊。部分研究機構預測，到2030年、2035年，我國核電在運裝機容量將分別達到1.1億千瓦和1.5億千瓦[7]。

三、“雙碳”目標下我國核能行業(yè)高質量發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

（一）核能要應對能源電力市場化及未來“碳市場”建立的競爭挑戰(zhàn)

近年來，我國能源和電力市場化改革積極推進，各區(qū)域電力市場已經建立，市場化售電量比例迅速提高。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會網站信息，全社會用電量中市場交易電量比重正在逐年提高，2020年全國市場化交易電量占上網電量的比重已超過40%。2020年核電上網電量市場化率約33%，較2019年繼續(xù)提高2個百分點，較2018年和2017年分別提高約8個百分點和15個百分點。而隨著風電、光伏平價上網工作的深入推進，以及電力市場化改革的持續(xù)深化，核電需要在控制成本、適應電力系統(tǒng)需求等方面開展更多工作，以面對市場競爭的挑戰(zhàn)。未來隨著我國“碳市場”的建立，核能行業(yè)需要進一步思考如何發(fā)揮自身優(yōu)勢，以迎接“碳市場”建立帶來的清潔能源價格競爭及挑戰(zhàn)，并充分吸收能源和電力產業(yè)低碳發(fā)展的紅利。

（二）尚不完善的相關法規(guī)體系對核能新型產業(yè)發(fā)展支撐作用不足

核能發(fā)展各階段各類型項目均具有資金投入大、建設周期長、需要較長的前期準備工作等特點，從廠址普選到初步可行性研究、可行性研究、核準和開工建設往往需經歷數(shù)年的時間，需取得數(shù)十個政府支持性文件。雖然核能行業(yè)從業(yè)人員經過多年的歷練和磨合，已經初步形成了一整套的經驗和方法，并較好地在核能行業(yè)應用實踐。但從“十三五”末核電規(guī)劃目標的完成情況來看，仍然存在未能完全適應新時期能源和電力整體發(fā)展要求等現(xiàn)象，以致規(guī)劃目標未能完全實現(xiàn)的問題（“十三五”核電在運裝機目標實現(xiàn)96%，在建裝機目標僅實現(xiàn)40%左右）。而在核電以外的核能新型產業(yè)領域如核能綜合利用等，由于缺乏完善、可指導的相關標準體系，更使得產業(yè)發(fā)展緩慢，甚至出現(xiàn)核能項目與用能單位在進度目標上的倒掛問題，即“需要核能時卻頂不上來”“區(qū)域用能的需求萎縮后核能項目方能建成”。

（三）針對發(fā)展面臨的重大轉變亟需突破思維和開展新型研究

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標的實施推進，短期內核電受益于清潔低碳的優(yōu)勢，但伴隨其他清潔能源技術的發(fā)展，核能過往具有的低碳優(yōu)勢將被弱化甚至逐步消失，外部面對的常規(guī)電力系統(tǒng)、常規(guī)能源體系將逐漸轉變?yōu)樾滦碗娏ο到y(tǒng)、新型能源體系及其更高的安全高效要求等。因此，過往簡單的電力項目滾動型發(fā)展模式、作為電網基荷以追求穩(wěn)定出力等訴求將受到全面的挑戰(zhàn)和面臨更多的問題。如何適時有效調整我國核能發(fā)展的思維模式和訴求狀態(tài)，適應并促進核能成為新型電力系統(tǒng)尤其是新型能源體系的有機部分或者重要基石、探索形成與高比例新能源匹配度高甚至一體化發(fā)展新模式、核能積極安全有序發(fā)展帶來的前后端能力建設等研究，應成為未來核能研究發(fā)展的重要方向，從而幫助核能行業(yè)適應發(fā)展規(guī)模增加及面臨的新型發(fā)展形勢的要求。

四、“雙碳”目標下我國核能行業(yè)高質量發(fā)展的對策建議

（一）完善法規(guī)體系，拓展核能在未來我國能源體系中的作用和定位

未來我國核能發(fā)展應充分結合能源供應的發(fā)展趨勢和經濟安全需求等研究成果，進一步完善相關法規(guī)體系，既疏導核電持續(xù)發(fā)展及前期開發(fā)存在的各方面壓力，又積極拓展核能在未來我國能源體系中的作用和定位。核電行業(yè)可通過“已有規(guī)模穩(wěn)妥發(fā)展、后續(xù)規(guī)模有序增長”等有效途徑，使核電成為我國新型電力系統(tǒng)的重要基礎支撐，從而在幫助電力系統(tǒng)應對極端氣候挑戰(zhàn)和保障電力安全供應中發(fā)揮更加重要的作用。在積極實現(xiàn)已有核電機組安全穩(wěn)定運行的基礎上，通過一批核能綜合利用型工程項目的開工建設或技術改造等，逐步推動核能開發(fā)資源配置的擴展化、多樣化，從而推動核能在新型能源體系中發(fā)揮更重要的作用。

（二）持續(xù)鞏固核能在安全能源、高效能源及創(chuàng)新能源等領域的優(yōu)勢

隨著未來清潔能源的更加普遍應用，核能在清潔低碳之外的安全、高效及其創(chuàng)新性要求將進一步強化。核能行業(yè)應時刻清醒地意識到“核安全是核能行業(yè)的生命線”“高效是核能行業(yè)的生存線”“創(chuàng)新是核能行業(yè)的發(fā)展線”。在未來我國核能發(fā)展時，采取各種有效的針對性政策、措施或活動，鞏固我國在核能領域已取得的安全性、高效性及創(chuàng)新性成果，并在未來核電項目建設及綜合利用等新領域中進一步發(fā)展和提升。未來可將諸如核電網絡安全、信息數(shù)據(jù)安全、與高比例新能源的數(shù)字協(xié)同、智能匹配外部新型電力系統(tǒng)發(fā)展等作為行業(yè)專項活動，保證在未來固有核電領域和拓寬后的技術應用領域中，核能的安全性、高效性和創(chuàng)新性等特征仍可以得到持續(xù)保障。

而安全性作為核能行業(yè)的生命線，更應該在全產業(yè)發(fā)展中得到優(yōu)先保障。核能行業(yè)應將核安全始終作為重要工作全面受控開展，通過全面監(jiān)督發(fā)現(xiàn)可能存在的安全問題、潛在風險苗頭、安全文化松動跡象等，開展定期普適性和不定期專門性的專項安全活動。同時，積極研究探索公眾宣傳新思路新辦法，提高和加強核能在公眾方面的接受程度，樹立核能在公眾心中的安全、高效、創(chuàng)新發(fā)展形象。

（三）提高未來核電經濟性，以應對能源和電力市場化等改革

隨著我國能源和電力市場化改革深化以及未來全國“碳市場”的發(fā)展成熟，核能行業(yè)不可避免地將面臨與其他低碳能源形式的競爭發(fā)展。當前我國核電發(fā)展已逐步完成向三代技術的全面轉型升級，相關建設成本在大幅提升后，后續(xù)將逐步凸顯三代技術的技術經濟優(yōu)勢及其規(guī)模效應。而未來核電機組為適應新型電力系統(tǒng)可能需要開展的調峰及購買服務等，也將對核電經濟性帶來影響。在保障核能安全性、高效性、創(chuàng)新性等特征的基礎上，核能行業(yè)需要充分提高經濟性以應對能源和電力市場化等改革，如通過完善核電價格組成和優(yōu)化核電設計以降低核電造價（核能行業(yè)協(xié)會提出的“批量化建設的三代核電站建成價15000元/kW左右、上網電價0.40元/kWh左右”，具有市場競爭的比較優(yōu)勢）、通過后續(xù)核電建設規(guī)模有序增長以實現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、基于綜合成本優(yōu)勢來積極拓展核能應用以實現(xiàn)核能在更廣闊的能源領域發(fā)展而不局限電力領域的競爭等，穩(wěn)妥有序提高核能市場競爭力和在能源及電力體系中的份額，樹立并鞏固核能對穩(wěn)定清潔低碳能源價格乃至全社會用能成本的重要戰(zhàn)略地位。

（四）通過科技專項帶動等核電成功經驗推動核能持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展

在國家重大專項和重點科研課題的帶動下，我國核能行業(yè)積極吸取全球先進核能技術并自主取得了一系列先進研究成果，建成全球首座AP1000三代核電機組、全球首座“華龍一號”自主三代核電機組，正在建設國際領先的高溫氣冷堆核電示范工程和國內首個商業(yè)化快堆示范工程。未來我國核能發(fā)展應積極總結過往發(fā)展成功經驗，圍繞“雙碳”目標持續(xù)推動核能及其產業(yè)范疇內的科技領域創(chuàng)新，如圍繞核電站相關設備材料回收利用、綜合能源一體化發(fā)展新模式、新型節(jié)能增效工藝及設備（及國產化）等開展專項研究，或對已有核電站及未來核電站開展整體物聯(lián)網設計甚至智慧核電廠設計等，部分重大方向還應凝聚全行業(yè)力量建立國家級綜合創(chuàng)新研發(fā)中心?？傊?，通過助力能源供給側和消費側兩端的創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)對“雙碳”戰(zhàn)略目標的貫徹落實。

五、結束語

在“雙碳”戰(zhàn)略目標的指導下，我國能源產業(yè)的轉型主要將從能源結構調整、能源增效利用和能源“碳匯”工程三方面開展。核能作為已具有清潔低碳特征的能源品種，當前應將重點放在促進能源結構調整和能源增效利用方面，助力我國實現(xiàn)“兩個構建”及能源和電力產業(yè)高質量發(fā)展。本文基于對國內外能源發(fā)展趨勢和核能發(fā)展現(xiàn)狀的分析，提出我國核能未來高質量發(fā)展的一些建議，以供有關核能發(fā)展政策或措施行動出臺參考。

注：原文載自《中國工程咨詢》2021年第10期，本次發(fā)表有較大改動。文中部分圖片來源于網絡。

參考文獻

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