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您的位置:中國核電信息網 >  > 科學論證核能在我國低碳綠色能源體系中的作用
 

1. 解讀2014年全國電力生產數據

    近期中國電力企業聯合會公布了2014年全國電力生產與消費等方面的詳細數據資料。筆者將其中的主要相關數據匯總整理見下表:

    對上表數據,筆者有如下兩點解讀:

    第一,現在并網風電已占據電力裝機總量的第三位。雖然2014年全國有5臺新核電機組并網發電,但核電在全國電力裝機中的份額只占到1.46%,是并網風電裝機占比的約1/5,排名甚至落到并網光伏發電的后面。筆者相信,今后這“核老五”的帽子是很難摘下來了。但是,由于核電機組的平均利用小時數最多,約為并網風電機組的4倍,核電總發電量1262億千瓦,與并網風電發電總量相差無幾,比并網光伏發電總量多出1000億千瓦時。這說明核電作為一種安全、穩定、清潔的基荷電源的特性,沒有因可再生能源裝機總量的增加而動搖,而且在未來的低碳綠色能源體系中,核能的這種支柱性作用也不會改變。我國今后還應該繼續在確保安全的前提下發展核電,持續提高其技術水平和經濟競爭力,為優化能源結構、減輕環境污染和發展國民經濟作出更大的貢獻。

    第二,在政府政策的大力扶持下,我國的風電和太陽能發電得到了飛速發展。水電與風電的裝機容量已名列世界第一。但近年來越來越多出現棄風、棄光和棄水的現象已引起廣泛關注。隨著電力體制和機制改革的深化,以及智能電網的推廣將大大提升電網的調節功能與水平,這個問題可望得到一定程度緩解。

    然而可再生能源發電的間歇性和隨機性給電網調節性能,乃至電網安全性帶來的挑戰并不可忽視,而且可再生能源占比的持續增加,這種影響會進一步加劇。為此必須對現有電網系統進行相應改造,這將增加電力系統內部從電廠經過電網運營商,到消費者過程中累積產生的建設成本,即需要更高的投資成本、平衡成本和備用成本以及輸配電上的額外開支,這會使得電力供應成本上漲。國外早就開始了這方面的研究。

    2012年底,在英國曼徹斯特召開的歐洲核會議(ENC 2012)上,經合組織/核能機構(OECD/NEA)的Ron Cameron做了一個題為《不同發電技術的系統成本:新視角看核能競爭力》的報告。針對歐洲一些國家通過實施長期保護性電價刺激可再生能源的增長,卻往往忽略可再生能源發電所需的整個電力系統成本,從而影響到核電的競爭力。Ron Cameron的研究指出,可調度能源技術(核能、煤炭等)的電網成本比可再生能源(風能、太陽能等)至少低一個數量級;隨著可再生能源的大量涌入,目前電力生產結構將發生較大變化,被特指為“去優化”。它會導致電網成本超比例地增加,從而嚴重影響電力供應的安全性。研究表明,間歇性可再生能源占總能源供應量的10%就會使得每兆瓦時的成本上漲,其幅度可達5%~50%(因國別而異);如果可再生能源占比達到30%,這種成本增加可達16%~180%。這個問題已引起歐盟的注意并采取了措施。據《世界核新聞》網站2014年4月15日報道, 根據歐盟委員會最新公布的《環境保護與能源國家援助導則(2014—2020年)》,歐盟國家的核燃料加工企業將有資格獲得國家補貼,以應對因實施可再生能源融資計劃而導致的生產成本的上升,補助額將達到其成本上升值的85%。

    鑒于我國風電和太陽能發電裝機占比已近9%,筆者建議政府有關部門和科研單位防患于未然,結合中國具體國情加緊跟蹤研究,及時制定相應對策,以利于新型多元能源體系的安全、穩定運行。

2. 制約我國核電發展規模最主要的自然因素

    隨著自主化三代機組在國內批量建設,我國核電裝機容量在2030年前將有較大增長。自主化三代核電技術將走出國門。中核集團已開始醞釀研發的更安全、更具經濟競爭力的華龍二號新機型也將在此期間進入驗證示范運行階段。2030年前后,中國將成為世界核電裝機容量最大的核電技術強國,對此筆者充滿信心。

    圍繞今年編制我國至2030年的能源發展中長期規劃,以及由其指導的“十三五”核電發展規劃,筆者經常思考一個問題:什么是制約我國核電可持續發展規模的決定因素。這些因素大體上可分為:人為因素,如政府發展核電的政策、設備制造國產化能力、核安全文化培育、公眾對核電的接受心理等,以及不以人們意志為轉移的自然因素兩類。限于篇幅,下文只討論后者。

    福島核事故前夕,國內某有影響單位曾上書提出我國核電中長期發展的愿景目標:2020年投運裝機7000萬千瓦,2030年發展到2億千瓦,2050年再增至4-5億千瓦。更有甚者,今年2月,某核電公司計劃發展部人士在主流報紙上撰文,閉眼不看目前核電現狀,硬要鼓吹“力爭到2020年達到1億千瓦規模,2030年前再新增2-3億千瓦,達到當前國際15%的平均水平,后續還應進一步提高,達到30%以上”。只要對照一下,現在全世界30個國家或地區共有投運機組近440臺,總裝機容量不到3.8億千瓦。就可見這種氣魄之大。基于我國這種超常估計,國際上也出現了2050年全球核電裝機達到9-10億千瓦的極其樂觀的測算。

    現在讓我們來理性地分析一下我國核電發展愿景的現實可能性到底有多大。不難算出,一座采用熱中子反應堆的百萬千瓦核電廠在其60年設計壽期內大約要消耗1萬噸天然鈾。5億千瓦核電全壽期則需要500萬噸天然鈾。國際原子能機構(IAEA)出版的有關鈾資源的紅皮書中指出:截至2013年1月1日,成本≤130$/kg的已探明常規鈾資源量為590.3萬噸。將成本增加一倍到≤260$/kg,常規鈾資源儲量也只有763.5 萬噸。從目前公布的國內鈾資源儲量資料可知,要發展上億千瓦的核電,我國絕對離不開到海外開采鈾礦和國際鈾期貨市場的大量采購。從鈾資源供應安全的角度,我國發展4、5億千瓦核電的現實可能很小。

    有人會說,通過加大鈾礦勘探和利用快堆增殖技術可能解決所需鈾資源問題,那么能否找到足夠多的既符合核安全要求、經濟代價又可以承受的廠址,將是另一個極為棘手的制約難題。

    我國大陸可能建設核電的省、市和自治區約有20個。現已開工建設或已投運的48臺核電機組分布在沿海8省(區)13個優質廠址,總功率約4800萬千瓦。筆者粗略估算,所有這些沿海已開建及已明確待建的廠址,可建機組總容量約為1億千瓦。筆者認為,根據目前掌握的資料來看,要在這20個省、市和自治區的剩余地區安排另外的4億千瓦核電機組簡直難以想象或者坦率而言根本不可能。下面的事實是一個很好的佐證:據核能行業協會兩年前發表的有關內陸核電的調研報告透露,在本世紀頭十年核電被炒得最燙手、一哄而起的時候,內陸各省市共向國家有關部門呈交了26份候選核電廠址可行性報告書,其中不乏地質、氣象、水文條件很不理想者。即使將這些“魚目”統統網羅在內,其待建機組容量也只有1億千瓦左右。

    所以根據以上可獲取到的正式資料,筆者建議:2030年前,我國核電投運裝機總量宜控制在1.2億千瓦以內,在建機組容量4000萬千瓦左右。這將是單個國家核電裝機最高值。為了使核電此后繼續有較大發展,建議積極尋找、論證更多的合格廠址,同時大力開發先進的模塊式小堆,使之配合可再生發電機組,有效提升分布式電網的安全性和經濟性。盡管如此,筆者委實難以設想核電裝機超過2.5億千瓦的現實可能,筆者樂意將來被證明過于保守。

3.構建以風能和太陽能為主的安全、穩定、多元、清潔的能源體系。

    基于核電的可持續發展,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,特別是風能和太陽能發電來補足。

    風電是最具發展前景的可再生能源發電技術之一。我國幅員遼闊,海岸線長,風能資源豐富。2007年啟動的全國風能資源詳查和評價結果表明:我國陸地上離地面50、70m和100m高度上達到年平均風功率密度300W/m2 以上的風能資源技術可開發量分別為20億千瓦、26億千瓦和34億千瓦,近海水深5~50m區域70m高度上風能資源技術可開發量約5.12億千瓦。2014年全國風力發電裝機容量為9581萬千瓦,僅占風力資源的很小部分,風電理應得到更大的發展。

    按照年總輻射輻照量和年平均總輻射輻照度,我國太陽能資源分布分為四類地區,其中新疆東南邊緣、西藏大部、青海中西部、甘肅河西走廊西部、內蒙古拉善高原及其以西地區構成了一條占國土面積22.8% 的中國太陽能資源“最豐富帶”,為第一類地區。可見我國發展太陽能發電的資源也非常豐富,太陽能發電將是我國低碳綠色能源體系的重要支柱。

    據《中國能源報》2014年12月22日報道,由中國和丹麥兩國專家歷時數年聯合開展的《中國可再生能源發展路線圖2050》研究項目已經完成。該項目的研究報告詳細描述了我國開發風電和太陽能發電技術與設備制造的發展趨勢,以及具體的時機與空間部署展望。路線圖設計了基本與積極兩種發展情景。在基本情景下,到2020、2030、2050年,我國風電累計裝機容量將分別達到2億千瓦、4億千瓦和10億千瓦,風電發電量將分別達到0.4萬億千瓦時、0.8萬億千瓦時和2萬億千瓦時;太陽能應用將替代化石能源分別超過1.5億、3.1億和8.6億噸標準煤,其中提供電力分別為1500億、5100億和21000億千瓦時。生物質能利用總量分別達到1.1億噸、2.4億噸和3.4億噸標準煤。

    按照國家發改委能源所副所長、聯合研究項目執行主任王仲穎介紹的研究報告結論,到2050年,我國終端能源消費量為32億噸標準煤,電的使用將占到一次能源最終消費的60%以上。電力供應中,非化石能源占比91%,可再生能源占比86%,亦即核電占比5%左右。筆者完全認同這樣的核電占比配制。目標實現后,我國CO2、NOX和重金屬的各種污染物排放量將低于1980年的排放水平。這是筆者見到的對我國新型能源體系描述最樂觀的愿景。在全球利用可再生能源最先進的丹麥、德國也還沒有實現。

    由于前文討論的大量可再生能源涌入電網,其間歇性和隨機性帶給電網調峰、調頻性能,乃至電網安全特性的影響非同小可。特別是像中國這個最大的發展中國家的超大型電網,其技術的復雜性和解決難度以及對售電價格的影響,遠非中小電網和發達國家所能比擬。維持多大容量的基荷電源和調峰、調頻安全備用容量,是一個極其重要又難以決斷的大問題。不少專家對于該研究報告中的化石能源占比提出質疑,這些均需要審慎研究。

    筆者認為,在這次編制能源發展2030年的中長期規劃時,組織能源體系各領域專家各抒己見,集思廣益,優化配置,合理確定非化石能源為主的發電結構,既能保證兌現應對氣候變化的國際承諾,又能確保電力系統的安全性和電價可接受性。經過數十年的不懈努力,我國一定能建成一個以風能和太陽能為主、火水核電共同參與的安全、穩定、多元、清潔的低碳綠色能源體系。

 
 
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