行业展望 | 核能的未来潜力

2022-01-05 17:47    核能潜力  核能利用  核能发电

世界需要低碳电力,决策者也需要展示核能发展符合未来需求的证据。


世界需要低碳电力,决策者也需要展示核能发展符合未来需求的证据。

1、核能的作用是什么?

5月,国际能源机构(IEA)发布了其“2050年前净零排放”报告。这个报告预测未来电力将占总能源消耗近50%。

在未来,电力在交通、建筑和工业中发挥着关键作用,在生产氢等低排放燃料方面也至关重要。这意味着,根据IAEA的数据,从今天到2050年,总发电量将增加2.5倍。当然,电力必须以零碳排放产生。

IEA对许多电力来源都很清楚。例如,从现在起,不应该对有增无减的煤电厂做出新的投资决定。

IEA表示,核能将为其净零排放方案做出“重大贡献”,并将为过渡到净零能源系统提供“必不可少的基础”。

报告称:“到2050年,近90%的发电来自可再生能源,风能和太阳能光伏加起来占近70%,其余大部分来自核能。”

2、核能的潜力全球

不过,世界核协会(WNA)反对这种说法。针对该报告,WNA表示,与其他能源相比,IEA的预测低估了核能的潜在贡献。

WNA表示,IEA的净零排放方案“过于相信不确定、未经测试或不可靠的技术,无法反映核技术可能做出的贡献的规模和范围。”

报告称,鉴于实现净零的必要时间表,IEA在评估核能的作用时,缺乏雄心壮志是“非常不切实际的”。

然而,IEA确实表示,如果不能及时就核电问题做出决定,将“增加净零排放途径的成本,增加无法实现目标的风险。”

对于WNA总干事萨马·毕尔巴鄂·莱昂(Sama Bilbaoy León)来说,这是一个呼吁行动。她说:“各国政府现在必须采取行动,确保核能能够在清洁能源转型中发挥重要作用,许多国家现在已经承诺了这一点。”

3、用电量大幅增长

所有组织都同意的一点是,全球用电量将大幅增长。这意味着,如果没有雄心勃勃的扩张计划,核能在电力结构中的重要性将降低。

IEA的数据确实预测了核能的扩张,这说明了这一点:在其净零情景下,到2030年,核能供应量将增加40%,到2050年将增加一倍,这意味着在2030年代初,新增的核电容量将达到每年30GW。

IEA还假设现有核反应堆的长期运行,根据IEA的说法,“它们是最具成本效益的低碳电力来源之一” 。

尽管如此,由于总用电量正在上升,核能在全球电力结构中的比例将从10.5%下降到8%。这一低雄心与全球核工业的“和谐”目标形成强烈对比——全球核工业的“和谐”目标是到2050年,核能将提供全球至少25%的电力。

要实现这一目标,将需要大约1000GW的新核电站建设和目前运行的反应堆的最大功率贡献。

4、IPCC观点

向净零发电转变的另一影响因素——国际气候变化专门委员会(IPCC)。IPCC如何看待核能?

报告将核能列为“能源供应部门的主要缓解方案”,同时还列出从化石燃料、可再生能源和碳捕获与储存(CCS)转向(有增无减)能源效率的提高。然而,它也看到核比例在短期内下降。

在其最近评估的能源系统章节(第七章)中,近年来,核能在世界发电中的份额已从1993年的17%下降到2012年的11%。报告称,这一趋势早在2011年3月福岛核事故之前就开始了。

IPCC的作用不是倡导解决全球变暖的具体技术,它考虑了核能选择的某些方面。

首先,考虑其排放证明。核对排放主要与发电厂的制造和安装有关,适用于任何技术,但在铀浓缩等过程中产生的与核电相关的排放可能非常重要。

总的来说,该公司表示,最近的分析证实,尽管浓缩和采矿等燃料循环的某些部分存在固有的排放,但核能仍能保持其“低碳”特征。

长期的燃料供应问题。IPCC表示,燃料供应不是问题——铀资源足以满足130多年的现有需求,“如果考虑到所有常规铀矿藏,则可满足250多年的需求”。

此外,“快速增殖反应堆技术,理论上可以将铀利用率提高50倍甚至更多”。

5、核能的劣势

IPCC列出一系列实际的扩张障碍,与其他方案相比,这些障碍使核能处于劣势。

最重要的是核能的经济概况。虽然它同意核电厂的运营成本较低,“但核电投资的特点是前期投资成本非常高,技术、市场和监管风险巨大”。

如果没有政府的支持,对新核电站的投资目前在经济上通常没有吸引力,尽管IPCC认为碳定价可以提高核能的竞争力。

废物管理成本也被列为清单上的高成本——尽管IPCC承认,使用快堆的封闭燃料循环将减少高放废物的处置量。

不过,核扩散恐惧,以及确保获得裂变材料的必要性是一个相关的障碍。其他障碍涉及核能对总体供应和电网管理方面。核能的巨大潜力也可能带来实际问题。

如果未来的核电站位于距离负荷中心一定距离的地方,则可能还需要投资扩大传输线路,以服务于这些核电站。

这也可能是一个缓慢发展的过程。在今年早些时候的一次英国会议上,英国国家电网表示,他们已经为目前正在建设中的辛克历角C项目的电网建设工作了17年。

IPCC一致认为,核能是一个可靠的大规模供应商,其“产能信用”高于其铭牌产能的90%。

这与使用CCS、地热、大型水力和相当高的可再生能源发电机的火力发电厂类似。然而,在未来,电网的灵活性可能与容量一样重要,而这并不是一种核力量。

IPCC表示,核电站的部分负荷运行是可能的,但真正的可变负荷跟踪“更具挑战性,必须在设计阶段加以考虑”。可再生能源发电的比例很高。例如,电力“可能无法理想地得到核能的补充”——尽管必要的灵活性可以由第三方供应商提供。

最后,IPCC指出,能源供应系统的资产寿命很长,其中核能的潜在寿命长达一个世纪是一个极端。尽管IPCC没有明确提出这一点作为核能发展的障碍,但其含义是,担心在核电站上进行的投资,可能无法满足未来的规模需求——灵活性需求就是一个例子。担心对一项后来“搁浅”的资产进行巨额投资,可能会增加核投资的成本,并使最终的投资决策更成问题。

小型模块化反应堆(SMR)有助于解决其中一些障碍,事实上,IEA认识到SMR和其他先进堆设计的核创新在“朝着全面演示的方向发展,具有可扩展的设计、较低的前期成本,并有可能提高核电在运行和输出方面的灵活性,如电力、热力或氢气。”

6、什么是合理的发展态度?

考虑到IPCC提出的一系列问题,很容易看出IEA为何对其雄心壮志持谨慎态度。

鉴于目前迫切需要一个更大的净零电力系统,这种谨慎是否合理?WNA表示,不,“由于没有考虑到足够的雄心,核能所能做出的贡献,在IEA的净零方案下交付的能力就有更高的失败风险。”

相比之下,IPCC认为当前的核目标已经雄心勃勃,提高这一目标是不可能实现的。

IPCC引用的研究称,“根据对技术组合的假设,在20年(2030-2050年)内,低碳份额将翻两番。”这将导致平均每年建造29至107座新的核电站。

虽然下限估计值相当于1980年代观察到的核电安装率,但高估计值在历史上是前所未有的。”如果核工业旨在说服决策者和投资者,大规模提高核能力不仅是可取的,而且是可以实现的,那么就不应该拖延。

这让拥有、管理和建造核电站的公司有责任证明它们能够克服IPCC的障碍,并允许决策者投资于新的核电站。现在是展示该行业能够实现的时候了。

由于SMR的可选性,SMR正受到世界各国政府和电力供应商的关注。

正如丹尼尔·加顿(Daniel Garton)等人所解释的那样,SMR的研发人员必须努力工作,以确保其潜力得到充分挖掘。



图为技术

深圳核博会

中国核电网


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