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世界核协会发布研究报告:大堆和小堆的今天与明天

2020-10-16 11:23  来源:中核智库    SMR  核电  核反应堆

世界核协会(WNA)2020年9月发布《大堆和小堆的今天与明天》研究报告。报告指出,若要实现《巴黎协定》气候目标,将全球变暖控制在1.5℃以内,必须迅速降低碳排放量,核能可为实现这一目标提供最高效且低碳的解决方案。


世界核协会(WNA)2020年9月发布《大堆和小堆的今天与明天》研究报告。报告指出,若要实现《巴黎协定》气候目标,将全球变暖控制在1.5℃以内,必须迅速降低碳排放量,核能可为实现这一目标提供最高效且低碳的解决方案。大型核反应堆是唯一被证明能够在规模和时间上满足《巴黎协定》设定目标的低碳技术,而小型模块堆则可作为大型堆的补充,共同致力于气候目标的实现。报告最后给出了WNA对决策者的政策建议,以帮助各国应对气候问题,实现能源可持续发展。

当今世界能源格局正处于转折点,尽管已为碳减排花费了数十亿美元,付出大量努力,但对化石燃料的依赖度仍然较高。化石燃料满足着全球80%以上的能源需求,可以明显地看出,我们对化石燃料的依赖非但没有减少,反而在增加。联合国环境规划署最近发布的《2019年排放差距报告》强调了国家自主贡献(NDC)等政策承诺与需要达到的排放水平之间存在相当大的差距,如下图所示,若要将全球变暖控制在1.5°C以内,必须迅速降低碳排放量。

全球温室气体排放的各种情景

使用核能可提供一条可负担、通向大功率清洁能源系统的快速通道,一个更健康的环境,并加强了国家能源安全。发展中国家对清洁能源的需求十分紧迫,未来20年,电力需求将从1.5万太瓦时增加到3万太瓦时,翻一番以上。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)全球升温1.5℃的中间道路发展(SSP2)设想,到2040年,核能将为实现这一目标做出重大贡献,核电装机容量将增加700 GWe。更重要的是,无论在技术还是融资方面,核能都可提供最高效且低碳的解决方案,以实现可持续增长。

在消除贫困和空气污染方面,核能同样发挥着关键作用。2019年,世界上约9.4亿人无法使用电能,大部分位于撒哈拉以南非洲和南亚地区。此外,全球有百分之四十的人口无法获得清洁烹饪燃料,成为每年约800万人死于空气污染的主要原因。通过投资大大小小的核反应堆,可以使全球数亿无电人口接触到现代化的世界。

大型核反应堆是唯一被证明能够在规模和时间上满足《巴黎协定》设定目标的低碳技术,其运行不受天气或季节影响,全天候24小时提供巨大的电力。从全球来看,核电机组拥有良好的运行业绩,平均容量因子超过80%,很多甚至达到90%以上。

尽管大型反应堆仍将是清洁能源系统的支柱,但未来,小型模块堆(SMR)具有相当大的机遇。作为大型反应堆的补充,小堆可为核能拓展新的应用和市场,如供热、制氢,以及为小型或偏远电网发电等。

当前核电机组

目前世界各地在运核电机组均基于经过验证的技术,在过去40年中逐步发展和成熟。反应堆的容量从600 MWe到1700 MWe不等,为各国电网提供安全稳定的电力供应。此外,核电机组的建设和运营所带来的广泛好处,如促进工业和城市发展及支持脱碳等方面,都得到了很好的验证。

世界各地都有“随时可用”的核电项目,约有106个计划中的反应堆已获得批准、资金或承诺。一旦得到适当的支持,这些项目就可立刻提供就业机会,并创造长期高价值的岗位。如果现在做出决定,到2035年或再有114 GWe的核电机组投入运行,为数百万人提供清洁、可靠、可负担、和可持续的电能。

然而,最近几个“首创”的大型反应堆项目都遭遇了工期延误和成本超支。这些项目表明,在长期中断之后开始新核电项目的国家可能会受到技能和供应链丧失的影响。而中国、韩国、俄罗斯和阿联酋近期的核电项目显示,受益于持续建造给定设计和发展强大的供应链,大幅降低了建造成本和工期,即使在新核电国家,核电厂仍可以按时和按预算建造,甚至成本更低。这些国家证明了从发展其国家核能力和供应链中获得的价值,以及对反应堆计划的持续承诺。因此,持续建设和发展谱系化机组可以大大节省新核电的建造成本。

小型模块堆

大型反应堆的技术、供应链和经验是成功部署SMR的关键。SMR技术一部分来自现已成熟的轻水堆,具有很高的技术和商业水平,其它则是源自研究堆项目的新设计。然而,要将这种SMR作为商业产品推向市场,还需要大量的开发和投资。大型反应堆和SMR的使用可以帮助满足各部门的需求,将能源脱碳拓展到电力之外的领域。SMR将是对大型反应堆设计的重要补充,而非直接竞争,更适于工业和居民供热、海水淡化、制氢和生产合成燃料。此外,SMR非常适合偏远地区和小型电网,在这些电网中,部署大型反应堆是不现实的。

核技术的众多应用

实际上,SMR已经运行多年,全球有超过27个中小型反应堆在运。SMR还为破冰船和航空母舰提供动力。2020年初,世界上采用SMR技术的第一座浮动核电站“罗蒙诺索夫号”开始运营,为俄罗斯北极的偏远地区供热和发电。

世界第一座可移动的浮动核电站——“罗蒙诺索夫号”(图片来源:俄原集团)

众多拥有丰富核经验的国家正在研发并准备部署SMR技术,以满足本国需求和出口。到目前为止,SMR供应商与包括东欧、中东和南亚国家在内的用户之间已经达成协议,进入后期开发阶段。开发商预计第一批电力反应堆将于2028-2030年开始商运,非电力应用反应堆或于本世纪30年代末大量部署。一旦示范反应堆建成并完成SMR部署,将会有较大的经验回报并降低成本,进一步加强特定设计的商业可行性。

政策建议

大型反应堆是唯一得到证实的低碳技术,可以按照实现《巴黎协定》目标所需规模和时间进行部署。而SMR将是大型反应堆的重要补充,可促进新应用和新市场的核开发。通过在工业、海水淡化以及制氢和产热方面的广泛使用,将拓宽核能适用的应用和场景。随着SMR设计达到商业成熟,预计从本世纪三、四十年代起,在脱碳方面的作用将迅速增长。

对许多国家来说,核能将是其未来低碳能源系统的支柱。在选择最适合每个国家的计划和需求的技术时,应谨慎分析考量。鉴于此,世界核协会呼吁决策者:

考虑所有核电技术(大型反应堆和不同SMR)的作用,作为其国家长期和可持续能源战略的一部分。

积极探索核技术在工业供热、绿色制氢等行业的应用。

快速部署大型反应堆,以满足日益增长的清洁和可靠电力需求,并履行气候变化承诺。

考虑到SMR提供的许多额外应用,应加快其开发和商业化。建立更适于SMR安全特性的取证方法,积极解决取证过程中可能出现的关键监管挑战,并促进国际协调。

与多边银行密切合作,确保发展中国家日益增长的电力需求与核能解决方案相匹配,而不是与化石燃料解决方案相匹配。




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