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您的位置:中国核电信息网 >  > 科学论证核能在我国低碳绿色能源体系中的作用
 

1. 解读2014年全国电力生产数据

    近期中国电力企业联合会公布了2014年全国电力生产与消费等方面的详细数据资料。笔者将其中的主要相关数据汇总整理见下表:

    对上表数据,笔者有如下两点解读:

    第一,现在并网风电已占据电力装机总量的第三位。虽然2014年全国有5台新核电机组并网发电,但核电在全国电力装机中的份额只占到1.46%,是并网风电装机占比的约1/5,排名甚至落到并网光伏发电的后面。笔者相信,今后这“核老五”的帽子是很难摘下来了。但是,由于核电机组的平均利用小时数最多,约为并网风电机组的4倍,核电总发电量1262亿千瓦,与并网风电发电总量相差无几,比并网光伏发电总量多出1000亿千瓦时。这说明核电作为一种安全、稳定、清洁的基荷电源的特性,没有因可再生能源装机总量的增加而动摇,而且在未来的低碳绿色能源体系中,核能的这种支柱性作用也不会改变。我国今后还应该继续在确保安全的前提下发展核电,持续提高其技术水平和经济竞争力,为优化能源结构、减轻环境污染和发展国民经济作出更大的贡献。

    第二,在政府政策的大力扶持下,我国的风电和太阳能发电得到了飞速发展。水电与风电的装机容量已名列世界第一。但近年来越来越多出现弃风、弃光和弃水的现象已引起广泛关注。随着电力体制和机制改革的深化,以及智能电网的推广将大大提升电网的调节功能与水平,这个问题可望得到一定程度缓解。

    然而可再生能源发电的间歇性和随机性给电网调节性能,乃至电网安全性带来的挑战并不可忽视,而且可再生能源占比的持续增加,这种影响会进一步加剧。为此必须对现有电网系统进行相应改造,这将增加电力系统内部从电厂经过电网运营商,到消费者过程中累积产生的建设成本,即需要更高的投资成本、平衡成本和备用成本以及输配电上的额外开支,这会使得电力供应成本上涨。国外早就开始了这方面的研究。

    2012年底,在英国曼彻斯特召开的欧洲核会议(ENC 2012)上,经合组织/核能机构(OECD/NEA)的Ron Cameron做了一个题为《不同发电技术的系统成本:新视角看核能竞争力》的报告。针对欧洲一些国家通过实施长期保护性电价刺激可再生能源的增长,却往往忽略可再生能源发电所需的整个电力系统成本,从而影响到核电的竞争力。Ron Cameron的研究指出,可调度能源技术(核能、煤炭等)的电网成本比可再生能源(风能、太阳能等)至少低一个数量级;随着可再生能源的大量涌入,目前电力生产结构将发生较大变化,被特指为“去优化”。它会导致电网成本超比例地增加,从而严重影响电力供应的安全性。研究表明,间歇性可再生能源占总能源供应量的10%就会使得每兆瓦时的成本上涨,其幅度可达5%~50%(因国别而异);如果可再生能源占比达到30%,这种成本增加可达16%~180%。这个问题已引起欧盟的注意并采取了措施。据《世界核新闻》网站2014年4月15日报道, 根据欧盟委员会最新公布的《环境保护与能源国家援助导则(2014—2020年)》,欧盟国家的核燃料加工企业将有资格获得国家补贴,以应对因实施可再生能源融资计划而导致的生产成本的上升,补助额将达到其成本上升值的85%。

    鉴于我国风电和太阳能发电装机占比已近9%,笔者建议政府有关部门和科研单位防患于未然,结合中国具体国情加紧跟踪研究,及时制定相应对策,以利于新型多元能源体系的安全、稳定运行。

2. 制约我国核电发展规模最主要的自然因素

    随着自主化三代机组在国内批量建设,我国核电装机容量在2030年前将有较大增长。自主化三代核电技术将走出国门。中核集团已开始酝酿研发的更安全、更具经济竞争力的华龙二号新机型也将在此期间进入验证示范运行阶段。2030年前后,中国将成为世界核电装机容量最大的核电技术强国,对此笔者充满信心。

    围绕今年编制我国至2030年的能源发展中长期规划,以及由其指导的“十三五”核电发展规划,笔者经常思考一个问题:什么是制约我国核电可持续发展规模的决定因素。这些因素大体上可分为:人为因素,如政府发展核电的政策、设备制造国产化能力、核安全文化培育、公众对核电的接受心理等,以及不以人们意志为转移的自然因素两类。限于篇幅,下文只讨论后者。

    福岛核事故前夕,国内某有影响单位曾上书提出我国核电中长期发展的愿景目标:2020年投运装机7000万千瓦,2030年发展到2亿千瓦,2050年再增至4-5亿千瓦。更有甚者,今年2月,某核电公司计划发展部人士在主流报纸上撰文,闭眼不看目前核电现状,硬要鼓吹“力争到2020年达到1亿千瓦规模,2030年前再新增2-3亿千瓦,达到当前国际15%的平均水平,后续还应进一步提高,达到30%以上”。只要对照一下,现在全世界30个国家或地区共有投运机组近440台,总装机容量不到3.8亿千瓦。就可见这种气魄之大。基于我国这种超常估计,国际上也出现了2050年全球核电装机达到9-10亿千瓦的极其乐观的测算。

    现在让我们来理性地分析一下我国核电发展愿景的现实可能性到底有多大。不难算出,一座采用热中子反应堆的百万千瓦核电厂在其60年设计寿期内大约要消耗1万吨天然铀。5亿千瓦核电全寿期则需要500万吨天然铀。国际原子能机构(IAEA)出版的有关铀资源的红皮书中指出:截至2013年1月1日,成本≤130$/kg的已探明常规铀资源量为590.3万吨。将成本增加一倍到≤260$/kg,常规铀资源储量也只有763.5 万吨。从目前公布的国内铀资源储量资料可知,要发展上亿千瓦的核电,我国绝对离不开到海外开采铀矿和国际铀期货市场的大量采购。从铀资源供应安全的角度,我国发展4、5亿千瓦核电的现实可能很小。

    有人会说,通过加大铀矿勘探和利用快堆增殖技术可能解决所需铀资源问题,那么能否找到足够多的既符合核安全要求、经济代价又可以承受的厂址,将是另一个极为棘手的制约难题。

    我国大陆可能建设核电的省、市和自治区约有20个。现已开工建设或已投运的48台核电机组分布在沿海8省(区)13个优质厂址,总功率约4800万千瓦。笔者粗略估算,所有这些沿海已开建及已明确待建的厂址,可建机组总容量约为1亿千瓦。笔者认为,根据目前掌握的资料来看,要在这20个省、市和自治区的剩余地区安排另外的4亿千瓦核电机组简直难以想象或者坦率而言根本不可能。下面的事实是一个很好的佐证:据核能行业协会两年前发表的有关内陆核电的调研报告透露,在本世纪头十年核电被炒得最烫手、一哄而起的时候,内陆各省市共向国家有关部门呈交了26份候选核电厂址可行性报告书,其中不乏地质、气象、水文条件很不理想者。即使将这些“鱼目”统统网罗在内,其待建机组容量也只有1亿千瓦左右。

    所以根据以上可获取到的正式资料,笔者建议:2030年前,我国核电投运装机总量宜控制在1.2亿千瓦以内,在建机组容量4000万千瓦左右。这将是单个国家核电装机最高值。为了使核电此后继续有较大发展,建议积极寻找、论证更多的合格厂址,同时大力开发先进的模块式小堆,使之配合可再生发电机组,有效提升分布式电网的安全性和经济性。尽管如此,笔者委实难以设想核电装机超过2.5亿千瓦的现实可能,笔者乐意将来被证明过于保守。

3.构建以风能和太阳能为主的安全、稳定、多元、清洁的能源体系。

    基于核电的可持续发展,非化石能源在一次能源中占比的不足部分,需要由其它的可再生能源,特别是风能和太阳能发电来补足。

    风电是最具发展前景的可再生能源发电技术之一。我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源丰富。2007年启动的全国风能资源详查和评价结果表明:我国陆地上离地面50、70m和100m高度上达到年平均风功率密度300W/m2 以上的风能资源技术可开发量分别为20亿千瓦、26亿千瓦和34亿千瓦,近海水深5~50m区域70m高度上风能资源技术可开发量约5.12亿千瓦。2014年全国风力发电装机容量为9581万千瓦,仅占风力资源的很小部分,风电理应得到更大的发展。

    按照年总辐射辐照量和年平均总辐射辐照度,我国太阳能资源分布分为四类地区,其中新疆东南边缘、西藏大部、青海中西部、甘肃河西走廊西部、内蒙古拉善高原及其以西地区构成了一条占国土面积22.8% 的中国太阳能资源“最丰富带”,为第一类地区。可见我国发展太阳能发电的资源也非常丰富,太阳能发电将是我国低碳绿色能源体系的重要支柱。

    据《中国能源报》2014年12月22日报道,由中国和丹麦两国专家历时数年联合开展的《中国可再生能源发展路线图2050》研究项目已经完成。该项目的研究报告详细描述了我国开发风电和太阳能发电技术与设备制造的发展趋势,以及具体的时机与空间部署展望。路线图设计了基本与积极两种发展情景。在基本情景下,到2020、2030、2050年,我国风电累计装机容量将分别达到2亿千瓦、4亿千瓦和10亿千瓦,风电发电量将分别达到0.4万亿千瓦时、0.8万亿千瓦时和2万亿千瓦时;太阳能应用将替代化石能源分别超过1.5亿、3.1亿和8.6亿吨标准煤,其中提供电力分别为1500亿、5100亿和21000亿千瓦时。生物质能利用总量分别达到1.1亿吨、2.4亿吨和3.4亿吨标准煤。

    按照国家发改委能源所副所长、联合研究项目执行主任王仲颖介绍的研究报告结论,到2050年,我国终端能源消费量为32亿吨标准煤,电的使用将占到一次能源最终消费的60%以上。电力供应中,非化石能源占比91%,可再生能源占比86%,亦即核电占比5%左右。笔者完全认同这样的核电占比配制。目标实现后,我国CO2、NOX和重金属的各种污染物排放量将低于1980年的排放水平。这是笔者见到的对我国新型能源体系描述最乐观的愿景。在全球利用可再生能源最先进的丹麦、德国也还没有实现。

    由于前文讨论的大量可再生能源涌入电网,其间歇性和随机性带给电网调峰、调频性能,乃至电网安全特性的影响非同小可。特别是像中国这个最大的发展中国家的超大型电网,其技术的复杂性和解决难度以及对售电价格的影响,远非中小电网和发达国家所能比拟。维持多大容量的基荷电源和调峰、调频安全备用容量,是一个极其重要又难以决断的大问题。不少专家对于该研究报告中的化石能源占比提出质疑,这些均需要审慎研究。

    笔者认为,在这次编制能源发展2030年的中长期规划时,组织能源体系各领域专家各抒己见,集思广益,优化配置,合理确定非化石能源为主的发电结构,既能保证兑现应对气候变化的国际承诺,又能确保电力系统的安全性和电价可接受性。经过数十年的不懈努力,我国一定能建成一个以风能和太阳能为主、火水核电共同参与的安全、稳定、多元、清洁的低碳绿色能源体系。

 
 
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