【田慧芳】全球核能发展的现状与趋势
The following article is from 世界知识 Author 田慧芳
核能在构建现代能源体系、保护生态环境、应对气候变化、实现碳中和目标、促进科技进步、提高国家综合实力和保障能源安全等方面均可以发挥重要作用。
2021年9月以来，全球能源价格飙升，一场能源危机席卷而来，至今仍未完全缓解。当前，全球能源格局处于深度调整中，传统的化石能源逐渐被清洁低碳能源取代，而核能在构建现代能源体系、保护生态环境、应对气候变化、实现碳中和目标、促进科技进步、提高国家综合实力和保障能源安全等方面均可以发挥重要作用。但核能的潜在风险也真实存在，切尔诺贝利和福岛核事故留在人们心里的阴影难以消除。究竟应该如何看待核能发展在现代能源体系中的作用？
早在气候变化被提上全球议事日程之前，核能就已经显示出其在实现可持续能源转型方面的积极作用。核能最主要的应用是核能发电。历史上，核电的发展大致经过了验证示范、高速发展、滞缓发展和缓慢恢复四个阶段。
1951年美国首次利用核能发电。1954年，苏联的第一座核电厂开始向电网送电，随后核电在全球范围内出现高速发展。根据英国石油公司（BP）的报告,在2011年福岛核事故爆发前的2010年，世界核电发电总量为27672.25亿千瓦。美国是世界最大的核电发电国，2010年占世界核电总量的30.7%；法国和日本分居世界第二和第三位，2010年分别占世界核电总量的15.5%和10.6%。
2011年日本福岛核电站事故爆发后，世界核电工业遭遇沉重打击。2012年，全球核电发电量出现了有史以来最大规模的下滑。全世界对核电安全性的审视再度兴起，全球核电工业进入滞缓发展阶段，直到2013年后世界核能产量才出现缓慢回升的趋势。但截至目前，全球核能消费量仍低于2010年的水平。根据国际能源署（IEA）最新发布的《2021年全球能源回顾》报告，由于2020年疫情导致全球电力需求下降，再加上核电机组大修临时停堆和部分机组永久关闭，2020年全球核能发电量为25530亿千瓦，比2019年下降了约4%，降幅最大的是日本（-33%）、欧盟（-11%）和美国（-2%）。核电对全球电力供应的贡献从1996年的峰值17.5%降至2020年的10.1%。尽管近年来核电工业发展速度放缓，但IEA预测，核电仍将是发达国家最大的低碳电力来源，2021年将出现微增。2021年，全球核电容量最大的十个国家依次是美国（91.5吉瓦，1吉瓦=100万千瓦）、法国（61.3吉瓦）、中国（50.8吉瓦）、日本（31.7吉瓦）、俄罗斯（29.6吉瓦）、韩国（24.5吉瓦）、加拿大（13.6吉瓦）、乌克兰（13.1吉瓦）、英国（8.9吉瓦）和西班牙（7.1吉瓦）。
从国家层面来看，核能在各国能源供给中所扮演的角色呈现巨大差异，各国在核能发展政策方面也各有区别。多数经济体，如美国、加拿大、中国、俄罗斯、印度、阿根廷、巴西、埃及、芬兰、匈牙利、波兰、沙特、英国和乌兹别克斯坦等对核能发展持乐观态度。但也有不少发达经济体，如法国、德国、西班牙、比利时、瑞士等计划逐步降低核电份额或坚持淘汰核能。
美国是目前世界上核能发电量最多的国家，有93座核反应堆，占全球核能发电量总量的24%，核电占美国清洁电力的50%以上。美国政府一直支持核电发展。2020年美国启动了先进反应堆示范计划(ARDP)，打算提供总额1.6亿美元的初始资金，支持建造两座可在五至七年内投入运行的示范先进反应堆。2021年美国基础设施法案对先进核反应堆示范项目投资和清洁电力标准的规定，也将更有效激发美国现有核工业的潜力。此外，小型模块化反应堆（SMR）设计认证也在进行中。美国还宣布了一项2500万美元的“核期货一揽子计划”，旨在推动现代核能发电和创新发展，并与其他国家建立伙伴关系，以支持美国实现核能发展目标。
截至2020年底，中国大陆运行核电机组共49台。尽管2020年核电仅占中国电力的5%，但中国已经仅次于美国和法国，成为世界第三大核能生产国。中国目前在建的核反应堆有18座，计划建设的有39座。中国“十四五”规划明确提出核电运行装机容量要达到70吉瓦，并加大自主技术研发推广力度，目前“华龙一号”“国和一号”、高温气冷堆等都是中国拥有自主知识产权的核电型号。2021年1月“华龙一号”5号机组已正式投入运行。
俄罗斯作为能源出口大国，核能出口一直是俄罗斯的国家战略，这一战略在福岛核事故发生后也从未间断。其核能技术，包括三代反应堆（VVER）、小型模块化反应堆（SMR）以及浮动堆，都处于世界领先水平。2021年，俄罗斯批准了建造浮动SMR船队的计划，为俄罗斯远东地区的采掘业提供动力。截至2020年底，核能在俄罗斯能源结构中占比为20.28%，俄罗斯的目标是在2045年前将核电在俄罗斯能源结构中的占比提高到25%。
虽然福岛核事故对日本核电工业造成巨大影响，但日本已确认到2030年，要将核电在能源结构中的占比提高到20%～22%（2020年核能占比为4.3%），并强调核能在实现日本2050年气候中和承诺方面的作用。
英国于2020年底发布了《能源白皮书》，《白皮书》强调了核能对于兑现英国2050年气候中和承诺所起的作用。《白皮书》指出，到2024年英国还将至少再建一座核电站，并为SMR、先进反应堆以及核聚变反应堆提供支持，目标是到2050年将核容量增加到40吉瓦。
加拿大于2018年12月发布了SMR路线图，随后在2020年发布的SMR行动计划中，详细列出多种应用开发、演示和部署SMR的后续步骤。2021年3月，加拿大政府宣布为莫尔泰克斯能源（Moltex Energy）提供5600万加元的资金，用于加拿大大西洋地区SMR的开发。目前加拿大安大略省的达林顿和布鲁斯核电站正耗资260亿加元进行翻新工程，以使核电站能够在本世纪中叶之后继续运行。2020年，核电占加拿大总发电量的15%左右。
印度和波兰也都制定了自己的核能发展计划。印度计划到2030年建造21座新的核电站。2021年初，波兰批准了一项面向2040年的能源政策，计划开发6吉瓦～9吉瓦的核能作为多元化能源组合的一部分，以降低对煤炭和进口天然气的严重依赖。波兰的第一座核电站有望在2033年启用，预计到2043年还会额外增加五座。
然而，核事故的阴影仍然在许多国家和民众心里挥之不去，直接影响了政府的决策。福岛核事故发生后，西班牙、德国、比利时和瑞士都先后宣布要放弃核能或减少对核能的依赖。2020年，法国在《中期能源规划》和《长期脱碳战略》中，强调了核能是法国能源战略支柱，但同时也承诺将在2035年以前关闭14座核反应堆，把核电比例从2020年的70%多降到2035年的50%。
总的来看，当前核能的发展与其作用相比还有很大不足，潜力亟待挖掘。IEA预计，到2050年，在全球90%的可再生能源电力中，风力和光伏发电的份额占70%，其余的30%则需要由核能来提供。尤其核能和可再生能源相结合的混合能源系统可以显著减少温室气体排放，其固有的高安全性和高效率的热电联产能力，可以满足不同用户的电力需要。除核电外，核能的非电力应用潜力巨大。SMR和先进四代堆技术能够供应更高温度的热量，这使得核能技术可以满足某些电力和供热领域的生产要求，包括海水淡化、制氢、原油开采、石油化工、船舶运输甚至是太空应用。因此，综合考虑清洁低碳、经济性、灵活性和能源安全等要素，核能将为全球过渡到净零能源系统提供“必不可少的基础”。
尽管希望多多，但核能的发展仍然受到很多因素的制约。一是高昂的成本。新建核电站的成本依然不断上升。无论是二代还是三代机组，从前期工作到最后建成往往需要十年以上，建设投资巨大，且单位造价极高。同时，核电站的运营和维护成本高。核电站的运营成本占到总成本的30%，包括高要求的备品备件、核安全级供应商资质的维护、人员的终身培训以及对高素质人才的需求等。二是核废料的选址和处置带来的对核安全的担忧。切尔诺贝利和福岛核事故发生后，公众情绪发生了显著变化，很多人抵触发展和利用核能。这种抵触情绪与继续提供可靠和负担得起的电力供应之间的平衡往往会对政治决策产生重要影响。尽管目前核废料技术的进步和国际标准都已经将风险降至最低，但公众对核事故的担忧使核能成为一种最有争议的能源。三是新型反应堆的研发时间和高额成本问题，再加上核电特有的核不扩散及敏感技术限制，增加了私人投资者的风险，这也在很大程度上限制了私人投资者参与项目的可能性，影响核电技术的创新与广泛的商业化应用。
因此，充分发挥核电的综合能源作用，优化其特性，并与其他能源形成有效配合互补，逐步小型化并降低成本将是核电未来的发展方向。这首先需要政府通过对核能的有效监管，实现核能的安全部署和利用，保护人类和环境免受电离辐射的潜在有害影响，从而增强民众和投资者信心。其次，需要创造有力的政策环境，为更广泛部署创造条件，包括促进核能投资的增加。根据IEA发布的《世界能源展望2021》，由于政策和市场存在不确定性，2020年核能投资为370亿美元，比2019年减少了5%。此外，还应该推动更安全的核能技术的研究和广泛应用，并在能源政策和融资方面采取科学主导和技术中立的方式，促进核能和可再生能源之间的可持续合作。