【導(dǎo)言】中國(guó)正處于核電發(fā)展的十字路口,不僅需要技術(shù)進(jìn)步,也需要在安全性和經(jīng)濟(jì)性上有更好表現(xiàn),才能在開(kāi)放的、低碳的現(xiàn)代電力系統(tǒng)中有立足之地。希望通過(guò)小型模塊化反應(yīng)堆的創(chuàng)新提升核能在能源系統(tǒng)中的存在價(jià)值,通過(guò)更靈活的分布式應(yīng)用參與區(qū)域能源系統(tǒng),并與天然氣、可再生能源等因地制宜地組合成更加低碳高效安全的多能互補(bǔ)智慧能源系統(tǒng)。

推薦序

在全球能源轉(zhuǎn)型與中國(guó)能源革命的大轉(zhuǎn)型時(shí)期,核能發(fā)展同樣也面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。新一輪能源革命尤其是能源技術(shù)革命已經(jīng)開(kāi)始,核能也亟需創(chuàng)新發(fā)展以適應(yīng)未來(lái)的能源系統(tǒng),小型化、更安全、更經(jīng)濟(jì)就是核能發(fā)展的方向之一。

《加強(qiáng)核能創(chuàng)新引領(lǐng)小型堆發(fā)展》中文版是一部描述小型模塊化反應(yīng)堆的專(zhuān)業(yè)性報(bào)告。報(bào)告以美國(guó)為例,分析了小型模塊化反應(yīng)堆的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全特征,在比較小堆與大堆優(yōu)劣特點(diǎn)的基礎(chǔ)上總結(jié)了小堆的特殊性,認(rèn)為小堆可為未來(lái)低碳電力系統(tǒng)提供靈活性,并協(xié)同可再生能源提升電網(wǎng)的可靠性;同時(shí)還可為制氫、海水淡化提供更多選擇。報(bào)告分析總結(jié)了小堆的適用場(chǎng)景及影響因素、技術(shù)路線及與其他能源方式的組合、發(fā)展?jié)摿拔磥?lái)紅利。

報(bào)告最大的優(yōu)點(diǎn)是詳細(xì)地分析了小堆的經(jīng)濟(jì)性,更加清晰全面地反映了小堆的競(jìng)爭(zhēng)力。報(bào)告比較了小堆與氣電等其他能源品種,包括平準(zhǔn)化電價(jià)、技術(shù)路線與商業(yè)模式的組合。與通常的核能技術(shù)性研究相比,報(bào)告更具可讀性。同時(shí),報(bào)告也對(duì)小堆的安全性及非民用領(lǐng)域進(jìn)行了分析,完整覆蓋了應(yīng)用領(lǐng)域。最后,報(bào)告提出了通過(guò)激勵(lì)研發(fā)、推進(jìn)市場(chǎng)化來(lái)發(fā)展小堆的政策建議。

報(bào)告對(duì)美國(guó)小堆的發(fā)展進(jìn)行了較全面地介紹,值得中國(guó)借鑒和進(jìn)一步研究。但在世界范圍內(nèi),小堆多年來(lái)并未規(guī)?；度肷踢\(yùn),仍然值得我們深思。值得一提的是,中國(guó)核能發(fā)展的環(huán)境與美國(guó)差距較大,大型商運(yùn)核電與小堆有差異,與其他能源品種的博弈關(guān)系也與美國(guó)不同,小堆的定位、潛力、條件仍需進(jìn)一步研究,尤其是與其他能源品種及商業(yè)模式的競(jìng)合關(guān)系。核安全監(jiān)管方面,中國(guó)也亟待制定并完善適合小堆的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系。

中國(guó)正處于核電發(fā)展的十字路口,不僅需要技術(shù)進(jìn)步,也需要在安全性和經(jīng)濟(jì)性上有更好表現(xiàn),才能在開(kāi)放的、低碳的現(xiàn)代電力系統(tǒng)中有立足之地。希望通過(guò)小型模塊化反應(yīng)堆的創(chuàng)新提升核能在能源系統(tǒng)中的存在價(jià)值,通過(guò)更靈活的分布式應(yīng)用參與區(qū)域能源系統(tǒng),并與天然氣、可再生能源等因地制宜地組合成更加低碳高效安全的多能互補(bǔ)智慧能源系統(tǒng)。

感謝核能創(chuàng)新聯(lián)盟和“核能研究展望”及時(shí)地將最新研究成果呈現(xiàn)給大家,讓能源界可以進(jìn)一步客觀地掌握核電發(fā)展最新動(dòng)態(tài),并以此為標(biāo)桿推動(dòng)中國(guó)核電與小堆創(chuàng)新發(fā)展。

洪濤

國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所能源政策研究室主任

刊發(fā)注

《加強(qiáng)核能創(chuàng)新引領(lǐng)小型堆發(fā)展》報(bào)告52頁(yè)，紙質(zhì)刊發(fā)。如需取閱，請(qǐng)聯(lián)系核能研究展望NPRV后臺(tái)小編，魯先生18612132796，或者致信[email protected]。報(bào)告免費(fèi)，但根據(jù)情況會(huì)如實(shí)收取印刷費(fèi)（帶發(fā)票），大約100元人民幣，平臺(tái)會(huì)根據(jù)訂購(gòu)量如實(shí)分?jǐn)傆∷①M(fèi)。希望閱讀的專(zhuān)家學(xué)者請(qǐng)盡快聯(lián)系后臺(tái)，統(tǒng)計(jì)完畢后統(tǒng)一印刷投遞。

報(bào)告概要

21世紀(jì)面臨的核心挑戰(zhàn)是如何使數(shù)十億人擺脫貧困，且不會(huì)對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境造成長(zhǎng)期損害。能源使用的持續(xù)增加已經(jīng)與生活質(zhì)量的提高有明顯的關(guān)聯(lián)性：全球，尤其是發(fā)展中國(guó)家對(duì)能源的需求，預(yù)計(jì)在2050年將會(huì)大幅增加。目前化石燃料提供了驅(qū)動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需能源的85%。然而，傳統(tǒng)能源造成嚴(yán)重的空氣污染并伴隨氣候變化風(fēng)險(xiǎn)。核能是一種清潔能源，已有幾十年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，可以幫助減少這些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提供刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必需的能源，從而提高世界各地居民的生活質(zhì)量。其中還有一種特殊的核能技術(shù)——小型模塊化反應(yīng)堆（SMRs）——有望帶來(lái)更多的好處。本文中提到的小型堆，如果不另加說(shuō)明，皆是小型模塊化反應(yīng)堆的簡(jiǎn)稱(chēng)。

小型模塊化反應(yīng)堆能提供更低的總成本、更短的建設(shè)周期和簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)以提高安全性。

過(guò)去，大型輕水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的復(fù)雜性導(dǎo)致了施工延誤，就像最近美國(guó)的核電建設(shè)工程那樣。小型堆能提供更低的建造成本、更短的建設(shè)周期和更簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)以提高安全性。他們提供了在美國(guó)商用機(jī)群中為非能動(dòng)核能安全設(shè)置新標(biāo)準(zhǔn)的潛力，并且在間歇性可再生能源發(fā)電量不斷上升的時(shí)代，它們的操作靈活性為電網(wǎng)可靠性提供了支持。在工業(yè)過(guò)程熱應(yīng)用方面，小型堆可以為電力以外的行業(yè)脫碳提供支持，并為核能/可再生混合能源系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。

在本報(bào)告中，我們從規(guī)模、多個(gè)模塊協(xié)同以及建造方式來(lái)定義小型堆，并不是通過(guò)冷卻劑來(lái)定義。在其他情況下，小型堆可能具體指的是輕水冷卻設(shè)計(jì)，但本報(bào)告包括了輕水和液態(tài)金屬、氣體冷卻的反應(yīng)堆和熔鹽反應(yīng)堆（見(jiàn)第二章：小型模塊化反應(yīng)堆選項(xiàng)的進(jìn)一步討論）。

鑒于天然氣價(jià)格低廉，天然氣發(fā)電（NGCC）是目前美國(guó)市場(chǎng)上最便宜的發(fā)電方式。對(duì)某一能源技術(shù)而言，平準(zhǔn)化度電標(biāo)準(zhǔn)（LCOE）是衡量該技術(shù)與其他能源的競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。相比于NGCC工廠的LCOE，小型堆的LCOE在很大程度上依賴(lài)于發(fā)電廠的監(jiān)管環(huán)境，以及反應(yīng)堆建設(shè)的具體融資結(jié)構(gòu)。在管制寬松的州，雖然相對(duì)于NGCC的LCOE，小型堆的LCOE要高得多，但在其他環(huán)境中會(huì)降低?？紤]到溫室氣體排放的成本，小型堆可在公共電力事業(yè)單位與NGCC競(jìng)爭(zhēng)。小型堆加入發(fā)電組合也將減少天然氣價(jià)格波動(dòng)對(duì)公共事業(yè)單位的敞口。

由于全球公共和私營(yíng)部門(mén)承諾部署清潔能源技術(shù)，預(yù)測(cè)在未來(lái)的23到33年中，核能裝機(jī)容量將增加數(shù)百GW。即使小型堆僅占據(jù)全球范圍內(nèi)核能的一小部分，并進(jìn)入到過(guò)程熱應(yīng)用領(lǐng)域中，小型堆的部署量可達(dá)幾百GW甚至更多。小型堆大部分將部署在美國(guó)外的發(fā)展中國(guó)家，三家主要的小型堆供應(yīng)商是:中國(guó)、俄羅斯和美國(guó)。這些國(guó)際機(jī)會(huì)可以為美國(guó)創(chuàng)造成千上萬(wàn)的就業(yè)機(jī)會(huì)。

在未來(lái)幾十年中，包括那些既沒(méi)有核能項(xiàng)目或僅有非常初步的核能項(xiàng)目的州在內(nèi)，核能發(fā)電容量的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)將會(huì)對(duì)全球核不擴(kuò)散體系產(chǎn)生影響。自1953年艾森豪威爾總統(tǒng)發(fā)表和平演說(shuō)以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)表達(dá)了對(duì)支持和平利用核能活動(dòng)的支持，以換取在設(shè)置不擴(kuò)散條件方面的影響力。美國(guó)政府在20世紀(jì)50年代和60年代的投資為早期美國(guó)在全球核能能源市場(chǎng)的主導(dǎo)地位鋪平了道路，這反過(guò)來(lái)使得美國(guó)可在制定供應(yīng)商的防擴(kuò)散規(guī)范方面發(fā)揮巨大作用。隨著核能在發(fā)展中國(guó)家的不斷擴(kuò)大，美國(guó)需要再次承擔(dān)在核能方面的領(lǐng)導(dǎo)作用以確?？稍俅伟l(fā)揮類(lèi)似的領(lǐng)導(dǎo)作用。

考慮到不同核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的成本和可用性的不確定性，美國(guó)應(yīng)在開(kāi)發(fā)反應(yīng)堆的不同階段提供持續(xù)的支持工作，并利用市場(chǎng)的力量來(lái)幫助進(jìn)行技術(shù)路線的選擇。聯(lián)邦政府也應(yīng)該對(duì)最有可能第一批部署小型堆的區(qū)域和事業(yè)單位有針對(duì)性的進(jìn)行激勵(lì)和支持。“國(guó)內(nèi)部署和美國(guó)核管會(huì)（NRC）授權(quán)許可”可以為美國(guó)的小型堆公司在尋求國(guó)際市場(chǎng)立足點(diǎn)中提供市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)優(yōu)勢(shì)。這將確保美國(guó)未來(lái)幾十年里在全球核能和核不擴(kuò)散制度的發(fā)展和演變方面發(fā)揮積極作用，這反過(guò)來(lái)也將為美國(guó)國(guó)家安全利益提供保障。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，建議采取以下行動(dòng)（見(jiàn)第六章：進(jìn)一步的建議詳述）。其中將分別詳細(xì)敘述支持非輕水反應(yīng)堆所需的附加的研究、發(fā)展和示范建議。

建議1：國(guó)會(huì)和政府應(yīng)擴(kuò)大對(duì)新型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的支持和許可，包括非輕水堆的設(shè)計(jì)，并對(duì)成熟的設(shè)計(jì)加以支持。

建議2：國(guó)會(huì)應(yīng)修改核能生產(chǎn)稅抵免（productiontaxcredit，PTC）。國(guó)會(huì)應(yīng)該修正2005能源政策法案第1306條（EPACT05），取消2021年1月1日生效日期，將上限提高到9000兆瓦，允許非營(yíng)利性公共電力機(jī)構(gòu)獲得資格，并將新部署的支付利率提高到2.7美分/kWh。

建議3-1：國(guó)會(huì)應(yīng)允許聯(lián)邦設(shè)施在20年或更大的時(shí)間內(nèi)，為低排放技術(shù)簽訂電力購(gòu)買(mǎi)協(xié)議。

建議3-2：在西部地區(qū)電力管理局轄區(qū)，能源部長(zhǎng)應(yīng)與西部地區(qū)電力管理局（WAPA）、美國(guó)能源部（DOE），美國(guó)國(guó)防部（DOD）以及其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)合作，從猶他州聯(lián)合市政電力系統(tǒng)（UAMPS）小型堆項(xiàng)目處采購(gòu)100~200MW的電力。

建議3-3：能源部應(yīng)該與田納西河流域管理局（TVA）、DOE、DOD和其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)合作，從TVA的小型堆項(xiàng)目中購(gòu)買(mǎi)100~200MW電力。

建議3-4:DOE能源部應(yīng)該確定聯(lián)邦電力購(gòu)買(mǎi)協(xié)議的選擇，以幫助啟用新的反應(yīng)堆技術(shù)。

建議4：各州應(yīng)將現(xiàn)有或擬議的可再生能源配額標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大到清潔能源標(biāo)準(zhǔn)。各州應(yīng)將可再生能源配額標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大到清潔能源標(biāo)準(zhǔn)，以增加所需的低碳電力總量，并使公用事業(yè)單位在減少空氣污染和溫室氣體排放方面具有更大的靈活性，同時(shí)也滿(mǎn)足電網(wǎng)的可靠性要求。