在双碳(碳达峰、碳中和)背景下,核能发展前景较为广阔。
从低碳角度看,核能在发电过程中基本不产生二氧化碳等温室气体。与传统的化石燃料发电相比,核能是一种低碳能源,可以有效减少碳排放,助力碳达峰、碳中和目标的实现。
在能源供应稳定性方面,核能能够提供稳定的电力供应。核反应堆可以持续运行很长时间,不受天气、季节等自然因素干扰,和风电、光电的间歇性和波动性形成互补,增强电网的稳定性。
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技术进步也为核能发展提供了动力。新一代的核反应堆技术,如小型模块化反应堆(SMR)安全性更高、建设周期更短、可以灵活地应用于多种场景,包括为偏远地区供电、为工业供热等。
核能在全球能源转型中的作用
核能在全球能源转型中具有多方面的重要作用:
稳定的基荷电力供应
减少碳排放
能源安全保障
非电力应用潜力大
核能在全球能源转型中的挑战
01 | 安全风险方面
● 核事故的潜在危害 尽管现代核技术在不断进步,安全措施也日益完善,但核事故一旦发生,其后果极其严重。例如,切尔诺贝利核事故和福岛核事故,都对当地的生态环境、居民健康以及经济发展造成了长期的、巨大的负面影响。 核泄漏会释放出大量的放射性物质,污染土壤、水源和空气,导致周边地区长时间无法居住和进行生产活动,还可能引发公众对核能的恐惧和不信任,阻碍核能的进一步发展。
02 | 核废料处理问题
● 长期储存的安全隐患 核废料具有高度的放射性,其放射性衰减需要数万年甚至更长的时间。因此,如何安全、长期地储存核废料是一个亟待解决的难题。 目前,核废料的储存方式主要有地下深埋、海底储存等,但这些方式都存在一定的安全隐患,例如地质变化可能导致核废料泄漏,海底储存则可能受到海洋环境的影响。
03 | 经济成本因素
● 建设投资巨大 核电站的建设需要大量的资金投入,包括核反应堆的设计、建造、安全防护设施的建设等。与其他能源发电方式相比,核电站的建设成本较高,投资回报周期较长,这对投资者的资金实力和风险承受能力提出了较高的要求。 而且,核电站的建设还需要考虑周边环境、人口分布等因素,选址难度较大,进一步增加了建设成本。
04 | 公众接受度问题
● 安全担忧 由于历史上发生过的核事故给人们留下了深刻的印象,公众对核能的安全性始终存在担忧。人们担心核电站可能会发生泄漏、爆炸等事故,对自己的生命财产安全造成威胁。这种安全担忧在一定程度上影响了公众对核能的接受度。
提高公众对核能的接受程度
要提高公众对核能的接受程度,可以从以下几个方面入手。
首先是加强科普宣传。
在核废料处理方面,要展示可靠的处理方案。
还可以让公众参与决策过程。
核电产业链上下游
核燃料供应
核燃料是指含有易裂变核素,能够在反应堆内实现自持链式核裂变反应的物质。
核燃料棒最核心的材料是二氧化铀,由天然铀提炼而成,铀矿需经过勘探开采、水冶、铀转化与铀浓缩等过程,最终送往核燃料加工厂制造出核燃料元件。在核燃料成本结构中,天然铀所占比例最高,达到49%。
核电设备核电设备
即核电站的组成设备,在核电站固定资产投资中核电设备投资占50%左右,是核电投资最主要的环节,核电自主化程度主要取决于核电设备自主化程度。
核电设备包括核岛(NI)、常规岛(CI)和辅助设备(BOP)三部分,按照三部分分别占核电设备投资的58%、22%、20%计算,则三部分分别占电站总投资的29%、11%和10%。
核电产业的中游
核电站的建设及运营。核电站建设是包括前期策划、初步可行性研究、可行性研究、设计、采购、设备监造、施工、安装、调试、移交运营等一系列过程的总集成,流程包括核电站设计、土建施工与设备安装、调试等流程。
核电站设计
核电产业的下游
发电和后处理市场。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电,它是实现低碳发电的一种重要方式。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍),而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。
核废料处理
主要是对核废料短期存放、后期处理、运输、永久掩埋等工作。核废料泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。按照比活度可以分为高、中、低放射性核废料。
高放废料又称乏燃料,在核废料中占比小约3%,辐射量却占总量的95%。其处置方式分两种:
一是开放式核燃料循环,将乏燃料作为放射性废物直接最终处理;
二是闭式核燃料循环:从乏燃料中回收的铀、环等易裂变材料加工制成核燃料组件,提高燃料使用率,其他废物做深地质处理。
中国核电发展
目前,我国核电机组均分布于广东、浙江、福建、江苏等沿海省份。
一方面,核裂变过程中会产生巨大热量,需稳定的冷却水源,海洋比河或者湖水更具优势。
另一方面,东部沿海地区经济发展速度快,电力需求旺盛,靠近市场建设核电站有利于减少电力长距离传输过程中的损耗。
除此之外,核电站所需大件设备更适合通过海运运输,因此形成了当前核电机组沿海建设的格局。但目前沿海适合新建核电站的厂址已经越来越少,加上内陆电力需求增加,未来在内陆启动核电站是大势所趋。
“碳中和”背景下,核电不可或缺。
2021年10月26日,国务院印发2030年前碳达峰行动方案。提出到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右。
核电作为清洁、稳定的基荷能源,在全社会用电量不断提升,煤电新增项目大幅减少的背景下,是我国实现碳中和的一个重要选择。
与燃煤发电相比,2020年全年核能发电相当于减少燃烧标准煤10474.19万吨,减少排放二氧化碳27442.38万吨、二氧化硫89.03万吨、氮氧化物77.51万吨,相当于造林77.14万公顷。
根据欧洲核能协会公布的统计数据,1000克标准煤、矿物油及铀分别产生约8千瓦时、12千瓦时及24兆瓦时的电力。
核能作为清洁能源的未来发展前景
随着全球人口增长、经济发展以及电气化进程的不断推进,对电力的需求持续攀升。核能能够提供大量稳定的电力,是满足不断增长的电力需求的重要选择。
例如,一些发展中国家的工业化和城市化进程加快,对电力的需求急剧增加,核能可以在这些地区的能源供应中发挥重要作用。
在全球应对气候变化、减少温室气体排放的大背景下,核能的低碳优势愈发凸显。核能发电过程中不产生二氧化碳、二氧化硫等温室气体和污染物,对于缓解气候变化、降低碳排放具有重要意义。
据统计,与化石燃料发电相比,核能发电在全生命周期内的二氧化碳排放量仅不到燃煤发电的1%。
为了实现能源结构的低碳转型,各国需要增加清洁能源在能源供应中的占比。核能作为一种清洁能源,可以与可再生能源相互补充,共同构建低碳、清洁的能源体系。
在一些国家,核能与太阳能、风能等可再生能源相结合,形成了多元化的能源供应模式,提高了能源系统的稳定性和可持续性。除了传统的核能发电,核能综合利用的领域不断拓展,如核能供暖、海水淡化、核能制氢、同位素生产等。
这些应用不仅可以提高核能的利用效率,还可以为其他行业提供清洁的能源和原料,具有广阔的发展前景。
核能的发展需要国际合作,各国在技术研发、核燃料供应、核安全等方面开展合作,共同推动核能的发展。
国际原子能机构等国际组织在促进核能技术的交流与合作、制定核安全标准等方面发挥了重要作用。同时,跨国公司之间的合作也在不断加强,共同开展核能项目的建设和运营,促进全球的可持续发展。
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