全球核電發展有何新趨勢?
在能源市場、地緣政治和全球經濟不穩定背景下,在俄烏衝突、中東局勢持續影響下,全球能源危機仍面臨着嚴峻的挑战。許多國家國內能源供應喫緊,能源成本持續飆升,爲了保持自身能源產出,越來越多的國家將核能視爲一種彈性、可靠和低碳的能源,各國奔赴核能的步伐日益加快。
許多國家或將延長國內現有核反應堆的壽命,並尋求建設新項目來填補退役的缺口,從而來應對能源危機、氣候變化和經濟發展帶來的挑战。全球權威機構的預測數據表明,全球核電發展趨勢總體上都是積極的,未來全球核電的裝機容量會有顯著增長,主要增長來自中國和其他新興市場以及發展中經濟體。
核電回暖
截至2023年底,全球在運核電機組413台(不包含長期停運核電機組25台,其中日本21台,印度4台),總裝機容量37151萬千瓦,分布在全球31個國家。主要包括壓水堆、重水堆和沸水堆三種堆型,數量分別爲304、46和41台,分別佔據在運反應堆總數的73.6%、11.1%和9.9%。2023年,全球有5台機組新並網發電,有5台機組永久關閉,其中日本2台核電機組暫停操作後又重新啓動。
2022年,全球各國電力結構中,核電佔比大於10%有21個國家,大於25%有12個國家,大於50%有2個國家。
截至2023年底,全球在建核電機組達到58台,分布在17個國家或地區,總裝機容量5986.7萬千瓦,有5台核電機組新开工建設。在建反應堆中壓水堆佔比最高,爲84.48%。未來核電裝機的主要增長來自中國和其他新興市場以及發展中經濟體。
發展分化
目前,全球在運核電機組運行年齡超過30年、35年、40年和45年的機組是278台、255台、165台和74台,佔在運機組總數的67.31%、61.74%、39.95%和17.82%。許多國家國內能源供應喫緊,能源成本持續飆升,爲了保持自身能源產出,許多國家在通過嚴格的安全審評的前提下或將延長現有核反應堆的壽命。美國考慮將部分核電站運行許可證的有效期從60年延長至80年;法國、俄羅斯、日本計劃將部分機組運行許可證有效期進行延續。
國際能源署(IEA)於2023年10月發布《2023年世界能源展望》中預測,核電是當今僅次於水電的全球第二大低碳電力來源。根據現有能源政策,全球核電裝機容量預計將從2022年的4.17億千瓦增加到2050年的6.2億千瓦。全球核能發電量將從2022年的2.682萬億千瓦時增加到2050年的4.353萬億千瓦時。
國際原子能機構(IAEA)在2023年版的《2050年能源、電力和核電預測》中認爲,無論是在高值還是低值的情景下,到2050年,核能裝機容量將比2020年多出四分之一。並且最新預測指出,在高值情景中,核電裝機容量將在目前每年3.69億千瓦的基礎上於2050年達到8.9億千瓦;在低值情景中,裝機容量將增加到4.58億千瓦。與22年的展望相比,當前的高值和低值情景預測分別上升了2%和14%。
技術多元化
第三代核電技術是目前技術成熟度最高的先進核電技術,正在全球开展大規模商業部署。全球公認的第三代核電技術有壓水堆和沸水堆兩種堆型,設計壽命爲60年,到壽期末還可以進行延壽,一般延壽兩次,每次延壽10年甚至20年,總計可以延壽20—40年,因此第三代核電技術的運行壽期有望達到80—100年。考慮到目前是21世紀第二個十年代,部分第三代核電技術機組已經投入商業運行,因此第三代核電技術將貫穿整個21世紀,甚至在22世紀上半葉。
截至目前,已經實現商業部署的第三代核電機型包括華龍一號、國和一號、AP1000、CAP1000、EPR、VVER-1200、VVER-Toi、APR1400和ABWR等9種型號。
全球核能技術進入新一輪“百花齊放”期,三代核電技術已經成爲全球主流並網的核電技術,四代核電技術高溫氣冷堆、鈉冷快堆、熔鹽堆等方向並存。多國考慮开始進行先進反應堆的設計和建造,並研究小型模塊化反應堆,包括探索用於發電以外的應用,即供熱、海水淡化、制氫等多用途發展,目的是使核電更容易建造、更靈活部署、更便宜。
俄羅斯計劃2035年前建成全球裝機容量最大的鈉冷快堆技術BN-1200。俄羅斯別洛雅爾斯克聯合廠的BREST-OD-300鉛冷快堆完成重160噸、直徑26米的基底安裝工作,核燃料測試工作也在順利推進。美國與意大利籤署开發基於鉛冷快堆技術的下一代核電廠合作協議,旨在提升鉛冷快堆性能,包括提高核電廠經濟性、可持續性和非電力應用的能力。英國和意大利將合作建造一個非核原型鉛冷快堆系統,以研究熱力學、機械和功能性能。
美國X能源公司完成高溫氣冷堆Xe-100基礎設計,並在橡樹嶺國家實驗室燃料設施中測試首批三元結構各向同性燃料顆粒。英國政府宣布支持高溫氣冷堆研究,並計劃2030年前建成一個示範項目。美國ThorCon公司推動印尼建設50萬千瓦的浮動熔鹽堆技術,英國莫爾泰克斯能源公司推出熱功率4萬千瓦、堆芯平均溫度爲700℃、換料周期爲20年的FLEX熔鹽堆概念設計,荷蘭、加拿大等國也在爲熔鹽堆研發提供資金支持。
俄羅斯RITM-200型小堆技術在22220型核動力破冰船上實現批量化部署。韓國原子能研究所、韓華電力、現代工程等多家研發機構籤署研發基於小堆爲動力的超臨界二氧化碳發電技術。韓國和美國聯合加快小堆研發和全球部署,並且加入美國主導的使用小堆技術基礎設施(FIRST)計劃。英國宣布在“先進核能基金”框架下投入2.1億英鎊支持羅爾斯·羅伊斯公司低成本SMR項目的小堆第二階段研發工作。加拿大確定了小堆开發和部署的5項關鍵優先領域。
各國發展政策
歐盟將核能視爲解決能源危機的方法之一,將核能納入《淨零工業法案》战略技術清單,旨在到2030年歐洲每年至少有40%的清潔能源設備由本土制造。並於2023年11月,成立小堆產業聯盟,致力促進所有相關夥伴之間加強推進小堆合作和聯合行動。
美國能源中核能有着不可替代的地位,美國發布《先進核能商業騰飛之路》報告,啓動先進核能建設助力脫碳。並發布《國家清潔氫战略和路线圖》報告,將核能列爲生產清潔氫的重要能源之一,大力發展核能制氫,發布路线圖。在第28次聯合國氣候變化大會召开期間,美國宣布了旨在推動核電產業大力發展的三大重要舉措,聯手法國、英國等20余國聯合發布《三倍核能宣言》;與日本、加拿大、法國和英國共同宣布,未來三年五國將調動至少42億美元政府主導和私營投資,用於加強鈾濃縮和轉化產能建設;助力小堆全球部署,爲美國供應商提供融資支持。
俄羅斯核能發展政策穩定,將大力新建核電機組,到2045年將建成29台新核電機組,其中12台將在2035年之前投運。俄羅斯積極推進小堆研發與市場开拓,持續投入先進核動力研發,搶佔全球核電市場。
法國立法消除核電發展限制,法國國民議會通過了《加速核能發展法案》,完成重振核電的立法工作。將取消2015年設定的“到2035年核電佔比不超過50%”的上限要求,並簡化行政手續以促進新反應堆建設。法國核安全局批准首台核電機組(特裏卡斯坦核電廠1號機組)延壽,可延長運行10年。
英國將核能視爲重要基荷能源,發布政策文件《爲英國提供電力》,描繪了實現2022年《英國能源安全战略》目標的未來發展藍圖。未來英國核電在電力結構中所佔的份額將從15%提高到25%。
日本計劃充分利用核能,批准綠色轉型基本政策,並採取三項措施:一是盡可能多地重啓現有核電機組;二是將現有機組運行壽期延長至現行法定限值(60年)以上;三是推進在現有核電廠址建設先進核電機組,以取代即將關閉的核電機組。並且於2023年4月,通過《聚變能源創新战略》,旨在推動聚變能發展的國家战略。
韓國計劃大力發展核電,發布第10份《長期電力供需基本計劃(2022—2036年)》,核能發電量在韓國總發電量所佔份額將從2021年的27.4%增至2030年的32.4%,到2036年進一步增至34.6%,成爲韓國最大的電力來源。韓國政府高層在訪問捷克、波蘭、荷蘭等韓潛在市場時曾重點就核能領域合作進行深入交流,爲項目推進提供外交支持,並取得一定成效。
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