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第三代核电技术是未来全球核电产业的中流砥柱。
核电是清洁、低碳、安全、高效的能源形式之一。自1954年全球首座核电机组并网以来,核电为全球提供了重要的清洁能源,并且现在仍是全球第二大清洁电力来源。规模化发展的商用核电技术已经发展了三代,第三代核电技术成为当前批量化建设的主流技术,预计将在未来相当长的一段时间内,第三代核电技术都将会是全球核电产业发展中扮演着中流砥柱的作用。
自1954年全球第一台核电站——前苏联奥布宁斯克核电站并网以来,全球核电技术已经发展了四代。第一代核电技术为原型堆,各国为了验证核能商业应用的可行性而建,发挥了验证核能发电可行性的作用,在设计上没有形成标准化,发电功率也较小。第一代核电技术的典型代表是前苏联的奥布宁斯克核电站,英国镁诺克斯反应堆,美国希坪港压水堆和德累斯顿沸水堆。采用第一代核电技术的机组已经全部退役。
第二代核电技术吸收了第一代核电技术的设计、建造和运行经验,形成了标准化的核电技术,实现了批量化商业部署,单位造价也较低,相比火电也具有较好的经济性。目前全球在运的核电机组大部分采用了第二代核电技术,2022年底为393台,占全部在运核电机组数量的93%。但是,第二代核电技术面临运行到期即将退役等问题。
第三代核电技术是目前全球核电建设的主流技术,全球绝大部分在建的核电机组采用了第三代核电技术,预计在整个21世纪都会有很大的市场空间。当然提高第三代核电技术的经济性是全球核电界重点研究的课题之一。
第四代核能系统处于起步阶段,钠冷快堆和高温气冷堆是发展较快的两种堆型。
第三代核电技术研发时间较早,受三哩岛核事故影响,美国、俄罗斯、欧洲、韩国、日本等国外主要核电国家或地区发展了第三代核电技术,形成了如AP1000、EPR、VVER-1200、VVER-Toi、APR1400、ABWR、ESBWR等堆机型。我国第三代核电技术研发时间虽然稍微晚于上述国家和地区,但是目前已经有3种自主技术型号实现了商业部署,还在研发其他型号,已成为全球重要的第三代核电技术研发国家。
截至2023年底,全球第三代核电技术约有18个型号,目前已经实现商业部署的型号有9种,已经建成机组26台。全球在建核电机组58台,总装机容量5986.7万千瓦,全球在建第三代核电技术44台核电机组,总装机容量5174.9万千瓦,占全球在建核电机组数量的75.0%,占全球在建核电机组总装机容量的84.1%。
(一)推动自主三代核电技术规模化发展
推动“双碳”目标实现是当前我国能源电力行业重要而紧迫的任务使命,核电将在实现“双碳”目标过程中发挥重要作用。我国核能实施热堆—快堆—聚变堆“三步走”发展战略,第三代核电技术最为成熟,是核电行业支撑“双碳”目标中坚力量。根据相关机构预测,相比2023年我国在运核电装机容量的5700万千瓦,2030年、2040年、2050年和2060年在运核电装机增幅分别为90%、205%、331%、465%。建议我国每年核准8-10台核电机组,推动自主三代核电技术规模化发展。
(二)提高第三代核电技术的经济性
相比于第二代核电技术,第三代核电技术造价较高。相比于风电、光伏发电等几乎零边界成本的电源形式,第三代核电技术的经济性有待更加进一步提高。提高第三代核电技术经济性,建议从以下几个方面开展:一是一个厂址批量化开工核电机组,同一机型批量化建设;二是在确保安全的前提下,简化和优化重复性配置措施;三是在设计、建造、运行等环节尽可能引入数值化手段。
(三)推动核电纳入绿电体系
我国已经重视核电的清洁性,但是尚未将核电纳入到绿色电力交易和绿证交易体系中。法国、俄罗斯、比利时、荷兰、芬兰、加拿大等国家已经将核电纳入到绿电范畴。我国核电每年可以提供数千亿度电的市场电力交易,将核电纳入到绿电体系,将有助于缓解我国华东、华南等地区绿电供不应求局面。
(四)实施启动内陆核电建设
我国核电均位于东部沿海地区。按照我国每年8-10台核电机组的核准节凑,预计我国东部省份沿海厂址将在2030年前处于较为紧缺的状态。根据核电建设节奏,我国宜在2025年左右启动内陆核电建设准备工作,2030年开展内陆核电建设。针对风电和光伏发电输出的西北省份,以及电力供应缺口问题突出的华中省份,建议“十五五”期间适时启动中西部地区核电建设,进一步优化我国核电时空布局。
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