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世界核電發展現狀與展望

時間:[2019-09-19 ] 信息來源:中國能源報
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  編者按

  今年1月和5月,受國家原子能機構的推薦和國際原子能機構(IAEA)的邀請,筆者先后參加兩個關于全球核電發展的國際會議。以兩次會議主要內容為基礎,結合近年來對全球核電發展的觀察與思考,筆者對世界核電發展做了梳理和展望。

  根據IAEA統計,截至2019年6月底,全球共有449臺機組在運,分布在30個國家,核電裝機近4億千瓦,另有54臺機組在建,裝機約為5500萬千瓦,全球核電運行堆年超過1.8萬年。世界核協會年度報告顯示,2018年全球核發電量超過2500億千瓦時,占全球電力供應的10.5%。IAEA專家認為,目前全球核電有四個趨勢值得關注:一是作為清潔能源,核電是全球減碳的主要貢獻者,未來可發揮更大作用;二是人類要有效應對能源需求、氣候變化、環境保護挑戰,核電份額需穩步提升;三是從核電發展地域和技術看,世界核電發展的中心正從歐洲、北美向亞洲轉移;四是核電持續發展需要各國綜合性的政策支持。

  新興核電國家核電發展情況

  阿聯酋:由韓國承建的4臺機組進展順利,首堆于2012年開工建設,目前已基本完工,正在等待監管當局的許可,預計今年裝料、調試,明年運行。4臺機組(單機容量135萬千瓦)建成投運后,將占全國電力供應的25%;未來計劃新建4-8臺百萬千瓦核電機組。

  白俄羅斯:首臺機組于2013年開工建設,計劃今年6月開始調試工作,屬于內陸核電站。2021年兩臺機組并網后,可占全國電力供應的38%。中、日、韓、俄參與了競標,最后俄羅斯原子能公司中標。

  孟加拉:全國電力裝機中年天然氣發電占比53%;缺少本土能源資源,核電已作為國家基荷能源來發展,2017、2018年先后開工兩臺俄羅斯原子能公司承建的AES-2006,計劃分別于2023、2024年開始調試工作;未來20年擬陸續再建4臺百萬千瓦核電機組。

  土耳其:全國能源72%依賴進口,近年來能源需求上升快,需要發展核電;計劃2030年有3個核電基地共12臺機組,核電占比達到15%。與俄羅斯合作的Akkuyu核電站計劃建設兩臺VVER V-509機組,首臺機組已于2018年4月開工;與日本合作的第二個核電站Sinop,相關工作正在推進中;第三個核電站正在選址過程中,有與中國合作的計劃。

  埃及:由于本土缺乏一次能源,埃及于上世紀50年代就開始計劃引入核電,但由于各種原因,除了分別由俄羅斯和阿根廷援建了兩臺研究堆外,核電計劃沒有實質性進展。進入新世紀后,隨著能源需求增加,核電建設再次提上日程:2007年通過原子能法,2017年明確了發展核電的國家政策;2016年與俄羅斯原子能公司簽定了工程總承包合同(EPC)并于次年生效,計劃在El Dabaa電站建設4臺VVER-1200機組。俄羅斯將負責為該電廠提供核燃料、建造乏核燃料容器和儲存設施、人才培養、前十年核電廠運營和維護支持。

  波蘭:目前能源供應以煤為主,占比達78%,預計該國褐煤資源將在2040年左右消耗殆盡,因此于2009年啟動發展核電的計劃。福島核事故給該國推進核電發展帶來了一定的阻力,但因能源需求、大氣污染和CO2減排的壓力,目前重新推進核電的共識越來越多、呼聲越來越高。“波蘭核電規劃(PNPP)” 2013年獲經濟部批準,2014年經內閣會議審查通過,2018年升版后的規劃被納入波蘭國家能源規劃。該國計劃2030年核電占比為6%,2040年達到18%,目前正在開展選址和環境影響評價等前期工作。

  越南:原計劃2020年建成首堆,日本福島核事故后,公眾更加關注核安全,加之國際國內經濟形勢的影響,推遲了核電計劃。2016年經過修訂的“國家電力發展計劃”得到總理批準,計劃到2030年建成4臺百萬千瓦機組,屆時核電占比將達到10.1%。一期項目為俄羅斯原子能公司承建的Ninh Thuan1號兩臺機組,首堆計劃2028年建成;二期項目計劃為日本公司承建的Ninh Thuan2號兩臺機組。

  約旦:一次能源短缺,約96%的能源依賴進口。因此,其“2007-2020國家能源戰略”以及升級版“2015-2025能源戰略”中,都將核能列入國家能源戰略的重要選項,包括發展百萬千瓦的大型商用堆和中小反應堆,目前核電計劃仍然處于初期階段。

  印尼:2016年其能源結構前三位分別是石油(37%)、煤(31%)和天然氣(23%),可再生能源為7.7%,一次能源嚴重依賴進口。2014年通過的政府法令中,規劃到2025年包括核電在內的新能源和可再生能源提高到23%,屆時核電裝機計劃為2GW;2050年占比將達到31%,核電裝機為8GW。近年來,印尼公眾對核電的支持率上升,由2011年(福島事故后)的49%上升到2017年的77%。

  尼日利亞:1976年成立國家原子能委員會,但推進核電的工作直到2006年才開始實際運作,核電推進計劃受福島核事故影響,進展緩慢。2015年初步計劃首臺百萬千瓦機組于2025年建成,另外還計劃在2030年建成3臺機組。2018年以來正在對2015年的計劃進行修訂和完善。

  蘇丹:在IAEA幫助下,自 2007年開始推進核電發展計劃,但由于政治、經濟等各方面的原因,進展緩慢。2016年通過水利電力部部長法令,計劃在2031年建設兩臺600MW萬千瓦機組的首座核電站。

  馬來西亞:2008年計劃引入核電,2011年1月成立馬來西亞核電公司,作為推進核電計劃的責任單位。福島事故后,核電計劃推進無實質性進展,主要原因是公眾接受問題和政府對核電的態度不明朗。

  部分有核電國家核電發展情況

  巴基斯坦:目前有5臺運行核電機組,裝機為143萬千瓦,核發電占比為4.3%。首臺機組為從加拿大引進、1972年建成投運的K-1機組;兩臺在建機組(K-2、K-3號)采用中國“華龍一號”技術,目前進展順利;C-5項目(華龍)正在與中核集團洽談商務合同。巴基斯坦計劃到2030年核電裝機達到8800MW。

  巴西:建立了較完整核燃料循環體系,有多座研究堆;首臺核電機組ANGRA 1號(657MW,西屋公司提供技術)于1985年投入運行,ANGRA2號(1350MW,由西門子等提供技術)于2001投運;目前正在推進建設ANGRA 3號機組(1405MW, 由西門子/法瑪通提供技術)。

  亞美利亞:現有兩臺機組分別于1977、1980年投運,1988年發生大地震后,盡管兩臺機組完好,前蘇聯仍然下令長期停機。1993年,為克服經濟危機影響,決定重啟2號機組。在俄羅斯幫助下,2號機組于1995年成功恢復運行,但1號機仍處于長期停運狀態。福島事故對該國核電新機組計劃帶來較大影響,但老機組依然進行了延壽,2015年,該國政府決定再建設1臺600MW新機組。

  烏克蘭:1986年4月,前蘇聯時代烏克蘭境內發生了爾諾貝利核事故,切爾諾貝利電站共有4臺機組,事故機組為4號機組,事故發生后即永久封存,但該廠址另外3臺機組保持了持續運行,最后一臺機組運行至2000年才宣布永久停機。目前,核電仍然是該國主要能源來源,現有4個核電站15臺機組在運,裝機13835 MW,2017年核發電占比超過55%。2017年8月內閣通過的“2035年能源戰略”中,核電仍然拌演重要角色:計劃通過對現在機組延壽、功率提升(已有9臺機組獲延壽10年或20年), 繼續建設KHMELNITSKI3號和4號兩臺百萬千瓦機組(分別于1986、1987年開工),使其核發電占比保持在50%左右。

  法國:目前有58臺機組在運,1臺EPR機組在建,多年來其核發電占比保持在75%左右。法國未來的能源規劃中,計劃大量發展包括核能、可再生能源在內的低碳能源,2035年核發電規模仍將保持在50%左右。

  伊朗:首臺核電機組(Busheher核電站,俄羅斯提供的VVER-1000堆型)于2013年并網發電。未來計劃包括建設一臺100MW小型反應堆(用于發電和海水淡化),建設兩臺俄羅斯的VVER-1000型號的大型機組。

  俄羅斯:目前,俄羅斯共有35臺機組商運,其中包括兩臺快堆,13臺氣冷堆,2018年核發電占比近18%,還有6臺機組在建。俄羅斯十分重視核電全球戰略布局。今年1月在IAEA在維也納開的“核電基礎結構開發的熱點問題技術會議”上,該國派出7名代表與會,作了多篇富有針對性的報告。

  俄羅斯在全球推銷核電的方式方法非常值得學習:強調可以提供從核電基礎結構開發、選址、設計、建造、運行、維修、廢物處置及退役全鏈條全方位的服務;把核電基礎結構建設與核電工程總承包(EPC)相結合,便于及早介入而鎖定項目;充分借助IAEA平臺,通過資助IAEA核電管理學校(NEMS)、技術合作(TC)項目和跨地區(INT)項目,培殖親俄力量;他們有專門核電推廣團隊,有針對性地整體開展工作。目前,俄羅斯核電出口占據了全球絕大部分新興市場,據報道,目前其在手的核電訂單近40臺機組。

  美國:現有97臺機組運行,2臺AP1000機組在建。長期以來,美國核發電占比保持在20%左右,2018年核發電占比為19.32%。自上世紀九十年代以來,盡管美國沒有規模建設核電機組的計劃,但通過升級改造、提升容量,相當于新建了6-8臺百萬級核電機組。美國核電業屆不斷提升運行水平,政府給予電力消納方面的支持,其機組能力因子近年來保持在92%左右,核電有效利用率極佳。美國政府在核電中小型反應堆、先進堆等方面持續給予政策和資金支持,以期保持其在先進核電技術方面的領先地位。

  韓國:核電技術引進自美國,但通過幾十年來有效的消化、吸收、再創新,成功開發出自己的三代技術APR1400,首臺機組于2016年投入運行;憑借自主三代技術,韓國贏得阿聯酋首批4臺機組的訂單,并于2012年開工建設。韓國目前有25臺核電機組運行,4臺機組在建,2018年核電發電量占比近24%。福島事故后,隨著韓國國內反核勢力的日漸高漲,政府部門在調整原來比較龐大的核電規劃,但核電作為重要的清潔低碳能源仍將在其能源結構中占有重要地位。

  印度:目前有22臺機組在運,7臺機組在建,核電占比不高,保持在3.2%左右,其主要能源仍然是化石能源。印度核電起步較早,具有核電設計建造能力,但其核電機組容量較小。近年來,印度與俄羅斯合作,開工建設了百萬千瓦級的核電機組,部分機組已投入運行。

  阿根廷:目前有3臺機組在運行,2014年開始的CREAM25MW小堆仍在建設中,預計2022年完工。另外,阿根廷與中核集團合作建設“華龍一號”機組的協議已經簽署,各項工作正在推進中。

  捷克:上世紀70年代開始建設核電基礎結構,目前該國50%的電力和大部分供熱由核電提供。

  匈牙利:目前有4臺前蘇聯提供的440MW機組運行,已批準延壽20年,功率提升至500MW;另計劃從俄羅斯引進建設兩臺VVER1200機組,2017年已獲廠址許可。

  羅馬尼亞:目前有兩臺重水堆機組在運,核電占比為16%,政府積極支持核電發展。今年5月9日與中廣核簽署了有關協議,擬由中廣核投資建設另兩臺重水堆機組。該國建有干式中間儲存設施,乏燃料可保存50年。

  斯洛伐克:現有4臺機組運行,2臺在建,3臺永久停運,核電裝機占25%,核發電占比達55%,該國還有再建新機組的計劃。

  德國:目前還有7臺機組在運行,按關停計劃,今年將關停兩臺、2021年關停3臺、2022年關停最后一臺,但仍將保留研究堆。

  瑞士:現有5個機組仍將運行至壽期結束,將持續保持核電研發能力,暫無新核電機組建設計劃。

  中國核電發展概況

  截至2019年6月30日,我國大陸運行核電機組共47臺,裝機容量4873萬千瓦;在建機組11臺,裝機容量約1134萬千瓦,多年來保持全球首位。中國核能行業協會統計報告顯示,2018年,我國大陸共44臺商運核電機組,總裝機容量4464.516萬千瓦,占全國電力總裝機容量的2.35%;全年核發電為2865.11億千瓦時,約占全國累計發電量的4.22%,全年核電設備平均利用小時數為7499.22小時,設備平均利用率為85.61%。與燃煤發電相比,核發電相當于減少燃燒標準煤8824.54萬噸 ,減少排放二氧化碳23120.29萬噸,減少排放二氧化硫75.01萬噸,減少排放氮氧化物65.30萬噸。

  經過30多年持續不斷的發展,中國核電從無到有、從小到大,自主建設和引進消化吸收再創新同步進行,實現了三代核電技術設計自主化、重要關鍵設備國家產化;具有四代核電特征的高溫氣冷堆示范工程已進入工程最后階段,預計在明年實現裝料,60萬千瓦霞浦示范快堆于2017年開工,目前工程推進順利;在聚變堆研究方面,作為重要成員之一,中國積極參加國際熱核聚變反應堆計劃(ITER),并在關鍵領域取得了重要進展。

  切爾諾貝利事故和日本福島核事故為世界核電界敲響了警鐘,也促使中國核電行業進一步優化設計、加強安全監管和日常運行管理,不斷提升核電安全運行水平。

  長期以來,我國核電安全運行一直保持良好業績,根據世界核電運行協會(WANO)的綜合指數統計,2017年,全球有57臺機組獲得滿分100分,中國有11臺;2018年,全球53臺機組獲得滿分100分,中國有12臺。我國是世界上少數幾個擁有完整核燃料循環體系的國家,幾十年來核電建設步伐沒有停止,積累的核電建造能力居世界前列,包括AP1000、EPR在內的主要的三代核電率先在中國建成投運,自主三代核電華龍一號全球首堆福清5號已于今年4月提前50天啟動冷試 全面轉入調試階段,海外華龍首批項目(巴基斯坦卡拉奇2、3號機組)推進順利。

  核電的前景與發展方向

  核電起步于上世紀50年代,在60多年的發展歷程中,核電技術經歷了原型堆、一代、二代、二代改進型等不同的技術發展階段。隨著BWER(美日)、APR1400(韓國)、VVER(俄羅斯)、AP1000(美國)、EPR(法國)等核電機組投運,以及我國華龍一號機組建設順利推進,三代核電逐步成為當前及今后一段時間內的主力軍;高溫氣冷堆、快堆等具有四代特征的核電技術正在中國示范建設,國際社會也正在組織對核聚變技術進行合作攻關,核電為人類解決未來能源大規模安全穩定供給問題提供了長遠的解決思路。

  與傳統能源形式相比,核電具有低碳、清潔、高效、換料周期長(12-18個月換料)、使用壽期長(二代改進型及三代設計壽命已達60年)、運行成本低等屬性,是目前唯一能夠大規模替代化石能源的基荷能源形式。盡管核電發展面臨核安全、公眾接受等諸多挑戰,但長遠看,隨著人類科技進步、管理升級,核電將越來越安全。譬如,核電行業正在開發耐事故核燃料,這種燃料與鋯結合后不容易過熱,也很少產生氫氣,從而避免發生類似福島事故那樣的氫氣爆炸;一些單位正在研究用其他材料取代鋯或者二氧化鈾,進一步提升核電安全性。可以預見,核電將會與水電、風電、太陽能等清潔能源以及傳統的化石能源有機組合,為人類社會提供更加安全穩定的能源供應。核電的未來與人類社會和諧發展緊密相關,有著光明的未來。

  那么,未來的核電、核能是什么樣,又會以什么方式來滿足人類社會對安全清潔電力供應的需求,以緩解氣候變化、環境保護等問題。要回答這些問題,首先要回頭看核能的本質屬性,其次要思考未來社會的對能源的需要。

  眾所周知,1千克鈾(U235)全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒釋放出的能量,核聚變效率比核裂變還要高出好幾倍,核能高效,且裂變、聚變過程均無溫室氣體或其它有害氣體產生,因此,一代代科學家和工程技術人員潛心于和平利用核能,為人類社會服務。展望未來,核電或者核能將以大、中、小、微等多種方式服務于人類社會。

  首先,在清潔能源供應方面,核電將為人類解決大規模安全穩定的電力供應問題提供解決方案。以中國為例,目前可以提供30萬千瓦、60萬千瓦、百萬千瓦及以上的各種類型成熟核反應堆技術,設備國產化率可達85%以上。

  其次,人類核電站技術主要利用核裂變機理,從原型堆發展到目前開始示范的具有四代核電特征的快堆、高溫堆技術。同時,包括中國在內的世界各主要核電國家均在研發核聚變堆。按照科學分析,核聚變技術將為人類終極解決電力供應問題提供可靠選擇。

  第三,隨著中小型反應堆技術的發展和成熟,核電將在滿足島嶼、海洋平臺、遠洋運輸、偏遠地區等特殊環境下的電力或動力供應發揮獨特作用。近年來,模塊化小型堆研發廣受關注。美國能源部支持mPower、Nuscale兩種模塊化小型堆設計;俄羅斯KLT40S 浮動核電站處于調試階段,預計今年完工,RITM—— 200 核動力破冰船首艘“北極號” 2013 年開工、2016下水。韓國SMART模塊化小型堆完成設計,正在開展工程可行性研究。我國模塊化小型堆ACP100已完成初步設計,具備工程條件;浮動核電站ACP25S、ACP100S,ACPR50S均在開展初步設計;“燕龍”低溫供熱堆正在開展方案設計,清華大學低溫供熱堆已完成初步設計。

  另外,利用放射性同位素衰變機理研發的放射性同位素電池(核電池)已成功用作航天器、心臟起搏器、海底電纜中繼器等的電源。核電池取得實質性進展始于20世紀50年代未,由于其具有體積小、重量輕和壽命長等特點,且其能量大小、速度不受外界環境如溫度、化學反應、壓力、電磁場等影響,可在很大溫度范圍和惡劣環境中工作。隨著同位素利用技術的不斷進步,核電池將在航天航空、深空探測、深海探測、交通運輸、電動機械等領域廣泛利用。

  總之,核能是二十世紀人類最偉大的發現之一。核科學與技術已廣泛應用于能源、工業、農業、醫學等廣泛領域,隨著人類科學技術不斷進步,未來的核能必將以其獨有優勢發揮獨特作用,服務于人類對于和平美好生活的需要。

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