文献阅读 | 核能发电V.S可再生能源发电，谁的减排效果更好？

题目

Differences in carbon emissions reduction between countries pursuing renewable electricity versus nuclear power

作者

Benjamin K. Sovacool Patrick Schmid, Andy Stirling, Goetz Walter & Gordon MacKerron.

期刊

Nature Energy

时间

2020年

一作单位

Science Policy Research Unit (SPRU), School of Business, Management, and Economics, University of Sussex, Sussex, UK

链接

https://www.nature.com/articles/s41560-020-00696-3

研究背景

为了应对全球气候变化，各国政府相继推出减排措施，其中调整能源和发电结构是最为重要的行动之一。根据政策实践经验和前人的研究成果，提高能源效率、发展清洁能源比如核电、风能和水能以及开发碳捕集与封存技术是应用最广泛，也是呼声最高的几个政策选项。

当前已有不少文献针对这些措施所能带来的减排效果和协同效益开展研究，但这些研究大多选择将这些政策视作一个整体，着重评估其综合效果，而缺乏对其单独减排效果的讨论。本文收集了123个国家，25年时间序列，主要基于各类别发电量与碳排放的面板数据，旨在甄别可再生能源发电与核电政策各自减排效果和协同效益。为此，本文提出三点研究假说，并将通过研究一一验证：（1）核电规模与碳排放呈反相关关系。一个国家越多地使用核能发电，其碳排放量则会越低。作者经过文献调研发现坚持该假说的研究经常见诸于能源政策和经济等顶刊，比如IEA就将核能列为一种重要的“低碳技术”，并表示若世界要在2050年将能源相关碳排放减少50%，则必须快速将核电装机总量扩张至1200GWe[1]。（2）可再生能源发电规模与碳排放呈反相关关系。一个国家越多地使用风-水-太阳能等可再生能源发电，其碳排放则会越低。许多文献表明，全球完全可以负担一个100%由可再生能源发电的电力结构，这将大幅推动对电池、灵活储能和电力需求管理的新增投资，对全球来说收益大于成本。（3）核电规模与可再生能源发电规模呈反相关关系。推动两者矛盾相生的因素有很多，比如为大规模集中发电而优化的集中式电网结构——核电，将很难容纳一些小成本规模的分布式发电结构——太阳能光伏等。一些对核电和可再生能源的既成投资也很难同时投资除此之外的另一种。这是由于两种发电能源的投资规模、期限和风险很不一样。核电需要政府更多的介入和管控来保证安全和前期投入，需要更长的运转周期来努力实现盈亏平衡，这对于可再生能源的主要投资者来说不太现实，尤其是核能还涉及了国家军事安全。

研究发现

本文首先汇报了简单相关性检验的结果，变量包括：人均GDP、人均二氧化碳排放、核电比例和可再生能源发电比例。将数据时间段一分为二：1990-2004和2000-2014，并分别考察，结果如图1所示：

作者将具有核电的共计30个国家列为一套样本，称之为“核电国家”，具有可再生能源电力的117个国家列为另一套样本，称之为“可再生能源电力国家”。在核电国家样本中，核能与碳排放、可再生能源发电与碳排放的关系不是特别明显。但在可再生能源发电国家样本中，关系则比较明显。核电与碳排放甚至有正相关，而可再生能源与碳排放有显著的正相关。

图1  人均GDP、碳排放和发电比例的简单相关性检验

显然，简单的相关性分析并不足以支撑对三种假说的验证，为此作者进行了进一步的回归检验。结果如图2所示：

图2  回归结果

这里，各个国家人均碳排放为因变量，人均GDP，核电/可再生能源发电比例以及他们和人均GDP的乘积为自变量。Step1到Step4为逐步添加自变量的过程，ΔR²表示每一步比上一步增加的R²，表明拟合优度的逐步改良。作者认为，回归结果并不能支撑“核电规模与碳排放呈现反相关”的假说，不仅因为Step2的拟合优度并没有多大改进，且核电比例的回归系数在统计上并不显著，即不能排除系数为0的假设。不过从Step4人均GDP和核电比例的乘积变量的回归系数显著为负数可以看出，核电对碳排放的消减效应可能被人均GDP的效应给中和了。为此，作者进一步对结果进行解析发现在高收入国家，核电确实与碳排放具有反相关，但在低收入国家，核电与碳排放呈正相关。这一结果在图3中有所显现，虚线代表高收入国家，实线代表低收入国家。横坐标为核电比例由低到高，纵轴代表人均碳排放的实际水平：

图3  人均碳浓度与发电比例的关系（a: ‘核电国家’在1990-2004年之间的结果；b：‘可再生能源发电国家’在1990-2004年之间的结果；c：‘核电国家’在2000-2014年间的结果；d：‘可再生能源发电国家’在2000-2014年间的结果） 

同时，回归结果可以支撑“可再生能源发电与碳减排有显著的正相关关系”这一假说。如图2所示，Step3将可再生能源电力考虑进来后，模型不仅拟合优度变高，其回归系数也显著为负数，此外Step4结果表明人均GDP与可再生能源发电比例的乘积项回归系数并不显著，从本回归模型的角度出发，可以在统计上排除人均GDP对可再生能源发电变量影响机制的干扰。对于第三个假说，可再生能源发电占比可能与核电占比存在竞争和替代，原文中称之为“Crowd out”？作者认为结果只可以部分地证明这一点：由图1和图4表明，可再生能源发电比例与核电发电比例有显著的负相关关系，不过文章到此为止只进行了简单的相关关系计算，并没有排除更多的竞争性假设。

图4  核电比例与可再生能源发电比例的统计关系图

最后，作者认为可以从三个方面来解释研究结果：首先，从技术上说，核电站的建设难度，建设周期和维护成本都远高于可再生能源发电；其次，经历切尔诺贝利和福岛核电站等事件之后，政策对使用核能是远比可再生能源发电是更谨慎的。最后，综合考虑核能的国家机密性和安全影响，可再生能源显然更具社会接受度。为此，尽管多元的发电结构对于应对气候变化、保障人民生产生活秩序极其重要，但考虑到可再生能源具有更好的减排效果和更优的经济成本，以及它与核电的投资存在一定程度的互斥，故作者仍呼吁政策制定者、投资者等相关方应更多地考虑可再生能源发电项目。

参考文献

[1] International Energy Agency Technology Roadmap: Nuclear Energy (OECD, 2010).

编辑：郭超艺

排版：郭超艺 江琴

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