低碳约束下中国核电发展及其规模分析

张生玲　李强

摘要

面对能源紧缺和环境约束问题，世界各国纷纷投入到新能源开发中来。核电因其清洁、高效、低碳、经济等特性逐渐受到各国的青睐。福岛核事故后，世界核电发展进入低潮，中国于2012年11月重新启动核电项目建设。在国际低碳发展背景和约束下，分析中国核电发展情况及发展空间与规模显得十分有必要。本文根据中国发展核电的政策形势，结合当前国际低碳发展背景和国内能源情况，阐述了在降低碳排放和优化能源结构保障能源安全方面，中国发展核电的积极作用。其次，在借鉴国内外研究数据的基础上，讨论和比较了在基于碳价的基础上核电项目的经济性，得出在考虑碳排放的环境外部性情况下，核电经济优势明显，同时当贴现率为5%时，核电极具竞争力。再次，在电力行业碳排放约束下，采用情景分析方法，分析中国核电发展中长期的适宜规模：2020年装机容量为0.5-0.7亿kW，发电量为3 750-5 250亿kWh（设备年利用小时数按7 500h计算），总发电占比为5%-7%；2030年装机容量为1.2-1.4亿kW，总发电占比为7%-10%。最后，针对未来核电发展规模的扩大，提出了健全核安全文化，加大安全管理监督力度；建立铀矿储备保障体系；注重核电产业链建设，提升核电设备国产化水平；激励核电企业自主创新，参与国际竞争等政策建议。

关键词低碳发展；能源结构；核电经济性；中长期规模

中图分类号F426文献标识码A文章编号1002-2104（2015）06-0047-06doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.06.008

在全球应对气候变化减排CO2的紧迫形势下，世界出现了能源变革和低碳发展的潮流，强化节能和能源结构低碳化已成为大国能源战略的共同选择。核电作为一种清洁高效能源，是能增加能源供应、优化能源结构、应对气候变化、减少温室气体排放、实现低碳发展的有效途径。然而2011年发生的福岛核事故，使世界核电发展进入低潮。2012年10月，国务院常务会议通过《核电中长期发展规划（2011-2020年）》，11月我国重新启动核电建设，标志着我国核电发展再度提上议程。

1核电发展的国内外背景

1942年，美国建成了世界上第一座人工核反应堆，开创了核能利用的新纪元。20世纪70年代，工业发达国家受到两次石油危机的冲击，以核代油的选择使核电进入发展高潮。 1979年的三哩岛核事故和1986年的切尔诺贝利核事故，引发国际社会对核安全问题的质疑，全球核电发展速度放缓进入低潮。但各国出于种种考虑，仍然把核电放在重要的能源发展位置。2000年后，随着能源价格快速上涨、世界对气候变化的重视及环境保护的需要，核电再次逐渐受到各国政府重视和青睐。然而2011年的日本福岛核事故，再次将核安全问题带入全球各国政府与民众视野，引发国际社会对核安全的重新评估和反思。在日本福岛核事故前，核能发电占全球电力供应的15%左右；福岛核事故后，日本大量机组停运，2012年以来全球核能年发电量占比降至11%-12%。不仅如此，福岛核事故还使得全球核电建设步伐明显减慢，如图1所示。

如今事故已过去三年多，福岛综合征总体上基本克服，与2002年相比，2013年世界核电显示回升趋势，步入稳定状态[1]。日本也于2014年4月11日通过了新的《能源基本计划》，将核能定义为“重要的基荷能源”，彻底告别“零核”方针。国际原子能机构2013年9月发布《2050年能源、电力和核电发展预测》称“通过核电安审、修正、停堆，增强了对核安全的信心”，“全球核能发电量将在2030年以前持续增长”。

我国核电建设起步比发达国家晚得多，发展只有30多年，以“运行堆年”为指标的实践经验尚不及美国的1/33、法国的1/15、日本的1/14、俄罗斯的1/11。福岛核事故发生后，我国立即对核设施开展全面详细的安全检查，要求加强安全管理，对有安全隐患的核设施提出短、中、长期改进要求，并全面审查在建核电站。直至2012年《核电中长期发展规划（2011-2020年）》发布后，才正式重启核电建设项目。“规划”提出：到2015年将完成原规划中在运40 000 MW核电装机的目标，在建核电装机规模有所上调，将略超过20 000 MW；到2020年中国核电装机将达到在运58 000 MW，在建30 000 MW。截止2014年底，我国建成投运的核电机组共有22台，装机容量约20 100 MW，约占全国发电总量的2.1%；在建的核电机组27台，装机容量28 450 MW（中国核能行业协会2014年数据），在建机组数居世界第一，约占世界在建规模的四成。新一轮的核电规划与部署，表明我国的核电发展已由适度发展转变为积极发展阶段。

对比世界主要核电国家，法国超过70%，占比在10%到50%的核电大国有美国、加拿大、德国、韩国、俄罗斯、英国、乌克兰等，印度近年来加快核电发展步伐，核电占比也达到了3.5%。我国一直在2%左右，核电发展规模还很小，离世界11%-12%的平均发电占比水平都有着不小的差距。因此有学者提出[2]：至2015年应建成核电装机容量40 000 MW，至2020年应建成核电60 000-70 000 MW，在建机组保持在30 000 MW左右。

随着经济的不断发展，我国能源消费量还会不断增长，而近年来全国范围内频发的环境问题，引发了全社会对以煤炭为主导的能源结构的反思和对能源清洁化的高度重视。在保障能源供给与安全、应对气候变化、保护生态环境等多重压力下，对于“核电该在我国能源转型中担当何种角色”这一重大问题，应当结合我国具体国情，参考发达国家的多年实践经验和最新认知，选择最适宜的规模来开展我国的核电建设，发展核电事业。

2低碳背景下我国发展核电的必要性和经济性

2.1低碳背景下核电发展的必要性

低碳经济是以能源高效利用和清洁开发为基础，以低能耗、低污染、低排放为基本特征的一种经济发展模式。在低碳发展的国际背景下，我国承诺到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%-45%，非化石能

源占一次能源消费的比重达15%左右；并力争在2030年左右，实现温室气体排放量开始减少，非化石能源占一次能源消费的比重达20%左右。随着经济的高速增长，我国能源消费需求无疑将会日益增长，如何在满足能源需求的同时完成碳减排目标这一问题，对我国能源体系提出了考验。

我国能源消费结构与美国、欧洲国家以及世界平均水平都存在很大差异，原油、天然气占据一次能源消费比重偏低，而煤炭消费比重过高，这和我国多煤、贫油、少气的具体国情是紧密相关的；而过大的煤炭使用量，造成了过高的碳排放量，以及一系列的环境问题。清洁能源方面，除了水电比例达到世界平均水平，核能和其他可再生能源都低于世界平均水平，尤其是核能占据比重严重偏低。如表1所示：

面对减排压力，优化能源结构势在必行。要逐步实现能源清洁低碳化，必须大力发展非化石能源，提高非化石能源比例。非化石能源包括可再生能源和核能等，2012年用于发电的非化石能源占其利用总量约为94%，近年来我国发电电源中各能源的发电占比如表2所示[3]。

非化石能源发电中，水电截止2014年底已开发3亿 kW，随着今后电力需求量的增长，后续即使开发达到5亿 kW的极限，考虑到5-8年的建设周期，其所占发电比重很难再有大的提升；风电近年来的发展速度非常快，正朝着大型化、规模化的方向发展，然而，受限于大规模并网的电网技术和长距离传输的经济性，近期内风电实现更大规模的发展尚有一定难度；太阳能光伏发电等虽然快速发展，但受到地理条件和电网并网技术以及经济成本等的制约，很难成为主力军；由于以上可再生能源仍然不能达到非化石能源比例的预定目标，积极加快发展核电是必然选择。也唯有核电，可以不受地理条件和气候的制约，稳定发电。

第一，核电是环保的清洁能源，消耗少量的核燃料就可以产生巨大的能量。在核电的生产过程中，温室气体接近零排放。核电链总温室气体排放系数为13.7 g CO2 /kWh，而煤电链总温室气体排放系数高达1 302.3 g CO2 /kWh [4]。有学者以2011年为基准年， 采用生命周期评价法核算了实施《核电中长期发展规划（2011-2020） 》对温室气体减排的贡献。通过核算，2015年核电可减排温室气体3.41 亿t CO2/a （年CO2排放量，其中，新增减排量为2.45 亿t CO2/a），2020年可减排温室气体4.94亿t CO2/a （其中，新增减排量为3.98亿t CO2/a） [5]。而如果在2030年核电装机达1.5-2.0亿kW，将替代煤炭3.75-5.0亿t，减少CO2排放10-13亿t[6]。可以说，发展核电是减少CO2排放、实现低碳的保证。此外，核电本身不产生烟尘，也不排放SO2、NOX。因此，积极发展核电，增加核电比例，对于减少SO2、NOX、PM2.5等常规污染物排放也将发挥重要作用，对于治理近年来我国多个省份出现的“雾霾”天气，有着积极的意义。

第二，核电在优化能源结构、保障能源安全方面大有作为。根据BP公司的预测[7]：1990年至2030年，美国能源自给率从84.6%上升到93.6%；而中国却从109.2%下降到78.6%。换句话说，美国逐年减少对外的依赖，而中国加剧对国外的依赖。过高的能源对外依存度将直接威胁到我国的能源安全，而积极发展核电，对于实现能源结构的低碳化和多样化，提升能源自给率，保障国家能源安全都将有不小的贡献。

2.2基于碳价的核电经济性

核电具有建设成本高、燃料费用相对较低、运行维护费用相对较高及投资回报期长等特点。从国际上看，核电和煤电发电成本比率从0.58-1.1不等，其中最低为俄罗斯，美国、日本、韩国都在0.85左右，而最高是中国，不仅高于国外的核电价格，也高于火电价格。这一方面与中国核电还没有实现规模化、批量化发展有关，另一方面，也与我国核电设备国产化率不高有关。在国内， 随着国产化比例的提高， 核电发电成本明显降低。国产2×600兆瓦超临界火电发电成本为0.217元/ kWh，当核电国产化达到50%时，百万级核电的发电成本为0.254元/ kWh，较火电高出约15%；在国产化率达到70 %时，核电发电成本降低到0.211元/ kWh，已较火电低[8]。而我国新建核电机组自2013年起执行0.43元/ kWh的标杆电价，并与当地燃煤上网电价进行比较，取其低值，说明目前核电与火电比较已有竞争力。

而当考虑环境外部性时，核电经济优势更加明显。欧盟的一项研究表明（如表3所示）：在CO2排放费用按20欧元/t计算时，发电成本（PGC）为：核电2.37欧分/ kWh，其中工程造价、运营与维护成本、燃料成本分别为1.38、072和0.27 欧分，无CO2排放成本，煤电4.43 欧分/ kWh，其中CO2排放成本占发电成本的36%。

经合组织于2010年公布了一份题为《预期发电成本》的研究报告， 报告对将在2015年投运的基荷电厂以及可再生能源的发电成本进行了比较分析，所预测的中国区结果如表4所示：当碳税征收标准达到30美元/t CO2且贴现率低时（燃煤和天然气碳排放成本分别为2.5美分/kWh和1.3美分/kWh），核电将极具竞争力。

另外，从发电效率来看，水、光、风等清洁能源受地理资源和自然条件的约束，不仅规模受限，利用小时数也收到气候条件的限制，有一定起伏。而核电布置灵活，单机容量大，运行稳定，以2012年我国的平均数据计算[4]，核电设备利用小时数是水电的2.2倍、风电的4.1倍。核电作为不受气象环境影响的稳定电源，优势明显。

3低碳约束下我国核电发展规模分析

3.1低碳约束下核电发展规模的理论基础

假设：电力需求量等于电力供给量，核电、水电、风电、太阳能及其他发电方式的CO2排放量为零。有：

QS=∑Qii=1，2，…，6（1）