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前景广阔!一文了解核能的作用、面临的挑战及发展前景

  • 原创 2025-01-24
  • 碳中和最前线
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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


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

可靠性高核反应堆可以持续运行较长时间,不受天气、季节等自然因素的影响,能够稳定地提供大量电力。

这对于保障电网的稳定性和可靠性至关重要,特别是在用电需求高峰时期,核能可以作为稳定的电力来源,弥补可再生能源(如太阳能、风能)因间歇性和波动性而产生的供电不足

减少碳排放

低碳排放优势在发电过程中,核能几乎不产生二氧化碳等温室气体。随着全球对气候变化的关注日益增加,减少碳排放成为能源转型的关键目标。

核能作为一种低碳能源,可以有效降低电力行业的碳排放,对于实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。据统计,全球核电机组的发电量能够减少大量的碳排放量。

能源安全保障

降低对化石燃料的依赖:许多国家的能源供应高度依赖进口化石燃料,这不仅存在供应安全风险,还容易受到国际市场价格波动的影响。发展核能可以减少对化石燃料的进口需求,提高国家的能源自给率,增强能源安全

非电力应用潜力大

工业供热:核能可以为工业生产过程提供高温热能,用于炼油、化工、造纸等行业的蒸汽生产和加热过程。这不仅可以提高能源利用效率,还能减少工业部门对化石燃料的消耗和碳排放

核能在全球能源转型中的挑战



核能在全球能源转型中面临以下挑战:
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。


通过多种渠道,如电视节目、网络科普文章、社交媒体、科普讲座等,用通俗易懂的方式讲解核能原理、安全保障措施、核废料处理方式等知识,让公众了解核能的真实情况,减少因不了解而产生的恐惧。

在核废料处理方面,要展示可靠的处理方案。


向公众介绍核废料的储存和处置技术,比如深层地质处置,将核废料密封在稳定的地质结构中,让公众知道核废料能够得到妥善处理,不会对环境和后代造成长期危害。

还可以让公众参与决策过程。


在核电站建设等相关事务中,通过开展公众听证会、意见征求会等形式,让公众能够表达自己的观点和担忧,并将合理的建议融入到决策中,使公众感受到自己是核能发展的参与者,而不是被动的接受者


核电产业链上下游 



上游:原材料及设备供应

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%10%


中游:核电站建设及运营


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


核电站设计是指根据建设工程的要求,对建设工程所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证,编制建设工程设计文件的活动;核电设备制造包括核岛设备常规岛设备辅助设备系统(BOP)等设备的制造。

下游:发电及后处理市场


核电产业的下游


发电和后处理市场。核能发电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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