实现“双碳”：核能的机遇与挑战

文／于俊崇 钟明君

随着国民经济飞速发展，国内传统能源产业越来越不能满足国家发展和人民生活的需要。要求进行能源供给侧与消费侧、体制与机制革命，以及加强国际合作，建立以新能源为主体的新型电力系统，使中国在实现“双碳”过程中，构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系，推动我国走上高质量发展轨道。习近平总书记在第75届联合国大会上向世界庄严承诺，为应对全球气候变化，中国人民共和国二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年实现碳中和。在已制定的“十四五”国民经济发展纲要中，也明确要求“落实2030年前碳达峰行动方案”“锚定努力争取2060年前实现碳中和，采取更加有力的政策和措施”，彰显了我国走绿色低碳发展道路的坚强信念和坚定决心。

实现“双碳”是我国向世界宣布的公开承诺

专家指出，节能增效是支撑碳达峰、碳中和最核心的因素。目前我国在节能增效方面落实举措尚有巨大潜力。以2005年到2015年为例，中国通过节能，累计减少消费1.5亿吨标准煤，减少二氧化碳排放3.6亿吨，但能耗仍是世界平均水平的1.4～1.5倍。

我国地域辽阔，人口众多，国民经济规模如此庞大，既有技术革新、革命的潜力，更有每一个人“处处事事节约”的潜力。如果每一个人从大处着眼，小处着手，养成节能好习惯，一年一人节省一度电，全国就是一个2万kW小电站的全年发电量；一人一天节约一粒米，14亿人口就是2300多斤，更重要的是节约从耕种、栽培、浇水、化肥、农药到收割所需的能源。但仅依靠“技术创新、节能增效”来实现“双碳”，无论是进度还是力度都难以满足要求。另外，无论是技术创新和技术改造，还是培育人们尊重自然和节约的素养，所有这些都不能拈手就来，需要能力和时间两方面的积累与培养。

实现“双碳”到目前为止还没有拿来即成的措施取代燃煤实现“双碳”，也没有“成熟可用的技术”拿来解决实现“双碳”过程中所有的技术问题。但在规定时间内实现“双碳”是我国向世界宣布的公开承诺，只能提前决不能延期。在这种前有“阻截”（技术难点），后有“追兵”（限期完成）的情况下，要想取得胜利（实现“双碳”），不仅要有勇（苦干）而且要有谋（创新），即只有通过创新——技术创新和机制创新，也就是习总书记倡导的“实施创新发展战略”和能源革命五点要求：消费革命、供给革命、技术革命、体制革命和全方位加强国际合作。

在当今形势下，实施创新战略显得特别重要。我们国家“以市场换技术”“拿钱买技术”等方法，以获得先进国家二流甚至三流技术时，过去他们感到有利可图，还是愿意的。但当我们从“跟跑”到“并跑”，再到局部（或个别）“领跑”的时候，人家不干了。不仅得不到他们的技术，还处处打压我们。西方国家的所作所为，大家都亲历了。怎么办？只有走自己的路。必须自己摸索，自己创造、发明。

核能，难得的历史机遇期

在其他能源为实现“双碳”尚需技术攻关的情况下，核能较其他清洁能源具有独特满足“双碳”需求的发展优势：

首先，能量密度特别大，1kgu-235裂变能相当于2700吨标准煤。

其次，技术成熟、绿色环保、供热稳定，是以可再生能源为基础新型电力系统的安全稳定电源；实现碳中和以后仍是满足生产、生活需要的优选辅助电源。

再次，减排效果显著。一座百万kW核电厂可替代300～360万吨标煤，可减少600万吨左右二氧化碳，40万吨左右烟尘、灰渣排放。

党和国家为发展“双碳”，对发展核电寄予期望和鼓励。习近平总书记在党的二十大报告中提到加快规划建设新型能源体系时，强调“积极有序发展核电”。李克强总理在十三届人大四次会议上指出2021年重点工作时，强调“在确保安全前提下积极有序发展核电”；在最近向二十三届太平洋地区能源大会致贺文中，又一次表示“中国政府坚定支持在确保绝对安全前提下积极有序发展核电”。

专家预测，为了实现“双碳”，到2035年可能需要2亿kW核电，到2050年则需3.35亿kW，而目前（2021年）仅5560万kW，按建设周期5年计，每年必须投产12～15台百万kW级机组。总之，核能需要大发展。

核能发展将受到其他能源技术发展的挑战

我国清洁可再生能源资源丰富，是未来高峰能耗的2.7倍，随着一系列“卡脖子”技术的突破，将对核能产生极大挑战。

首先是新能源技术快速发展前景的挑战。“储能”技术发展很快，钠电池、钙钛矿电池出现较锂电池不仅充电时间快，而且使用寿命长、安全性高、稳定性好。大容量储能技术也有很大发展，熔盐储能、电磁储能、压缩空气储能等都有很大发展，储能电站已建10余座，最大容量已达30万kW。

电网的挑战。适合稳定性差的电源传输的柔性电网技术已投入使用，如张家口到北京、苏北到上海等。适合家庭分散的“分布式智能电网”也已由南方电网研制成功，在贵州六盘水投入使用。

价格的挑战。光伏、风电初投资分别为3000～4600元/kW和2400～5500元/kW；上网电价国家于2022年始已全部停止补贴，风电为0.29～0.47元/度，光伏为0.35～0.49元/度，现已低于煤的上网电价；据报道，有些地方风电价格已降到0.10元/度，太阳能0.15～0.20元/度。核电机组造价12000～18000元/kW，国家规定上网电价0.438元/度，现在有些地方降为0.3～0.4元/度。

制造时间的挑战。中国风光电发展速度和设备制造能力领先全世界。2021年可再生能源增长占全球总增长46%，为134GW；欧盟为47GW，英国为36.2GW。全球使用的太阳能电池约2/3来自中国，太阳能晶片市场占有率高达95%左右；全球十大太阳能组件制造厂七家在中国；十大风力发电机制造商七家在中国。一座百万kW风电厂制造时间仅要36天；百万kW光伏电厂制造时间约两个月。一台百万kW核电机组制造周期约60个月，国内年生产能力仅6～8台机组。

光伏电池光电转换效率的挑战。目前我国的转换效率已达26.5%（钙钛矿太阳能电池），居世界第一位；而2000年当时钙钛矿薄膜电池的转换效率最高值为16.7%，20世纪70年代，非晶硅转换效率仅10%。

风电机组发电能力的挑战。一根风电发电机组的发电能力，近几年几乎提高10倍，从过去的0.8MW到现在的最大7.5MW，现在陆地单机容量10MW级、海上单机容量16MW级在我国也已下线。

煤的清洁利用的挑战。我国有丰富的煤炭资源，被称为我国能源的稳压器和压舱石，近些年来，我国对煤的清洁利用取得不俗成绩，除尘、脱硫、脱硝技术基本普及，CCUS示范技术已在多处电厂和水泥厂开展。大自然的碳汇能力恢复提升很快，森林覆盖率从建国初的8.6%提升到目前的23.04%。清洁利用的煤资源必然是以新能源为基础新型电力系统的优先备选的保障能源，对核能形成强烈挑战。

各种新技术的挑战。还有一些原来看似异想天开的技术也已成为事实或已体现它的发展前景。如城市垃圾变为城市“油田”“飞机燃料”；新型镁/海水燃料电池已完成三千米深海试验；天地间温差发电；太阳能直接裂解水产生氢气；空气电池、微生物燃料电池；二氧化碳各种直接利用技术（二氧化碳制葡萄糖、制化工原料、晶体材料、矿化发电等）；液态阳光；太阳能电池板夜间也能发电；二氧化碳和水、阳光产生航空燃油，光催化剂一步到位将硫化氢转化为氢，等等。现在虽还处于开发阶段，但幼小树苗终会成长为参天大树。所有这些技术必将成为能源行业的新兴力量，都将会对核能构成挑战。

迎接挑战，核能必须与时俱进

在其他能源利用技术突飞猛进发展的情况下，核能的“初投资高”和“技术要求高”是难以克服的“缺点”，必须不断发展新技术，以保证总体性能立于不败之地。

用新技术改造二代加核电机组。我国有近50台二代加机组，在实现“双碳”以后大多仍要继续运行，所以必须加强技术改造，以提高经济性。

积极有序发展三代核电。努力提高三代核电机组的经济性，主要减少保守型，降低照价。

开发适用不同场合的小微核反应堆。用于供汽供热水，用于取代化工和民用的燃煤，以及用于制氢和热解地下稠油等。

加大核能利用产业链中薄弱环节的技术研发。如三废处理和乏燃料处置中的关键技术，以及还未自主的一些软件及元器件等。

加大先进核能技术研发及应用。如长寿期燃料、耐事故燃料元件、高可靠性设备及健康管理、老化管理技术，数字化、信息化和智能化技术及应用，非压水型反应堆及四代堆技术，等等。

在党中央新发展理念的指引下，实现“双碳”不仅仅是为了拯救地球气候，也是我国高质量发展的内在需求，不仅是一场能源领域的深刻变革，而且也是人类生态文明理念的一场革命，意义重大。

短期内没有一种能源能够独立取代煤炭实现碳达峰、碳中和。在实现“双碳”过程中及其以后，需要每一种能源做贡献，包括煤的清洁利用。

核能是人类不可或缺的能源，在实现“双碳”过程中及碳中和之后，都是不可或缺的。每一种能源的应用技术都在不断发展，核能的安全性、经济性、方便可用性等技术也必须与时俱进，否则在发电领域将被其他能源取代，不是不可能的。

在实现“双碳”过程中，每个人既是节能减排的变革者，又是建设生态文明的变革对象，变革不尊重自然的陈旧观念，使我们每个人做到尊重自然、顺应自然、人与自然和谐共生，并要保护自然，并将这一理念内化于心、外化于形，体现在我们日常生活的一点一滴中。