“核能創新:清潔能源未來”(NICE Future)是清潔能源部長級會議發起的一項國際倡議,其于2020年9月發布《靈活性核能促進清潔能源系統》報告。報告介紹了靈活性核能的內涵,在目前和未來滿足能源需求方面可能發揮的作用以及建議。

報告將靈活性定義為核能在終端用戶所需的時間和地點經濟地提供能源服務的能力。這些能源服務包括利用傳統和先進核電廠以及綜合系統的電力和非電力應用。
如今,全球電力系統正在經歷迅速而重大的變革。過去十年間,在高成本效益、低排放的新技術不斷涌現及對清潔能源經濟性提出的更高要求下,能源生產、運輸和消費方式發生了快速變革與創新,而這僅僅是開始??梢钥隙ǖ氖牵磥硎陮⒂瓉砀鄤撔潞妥兏?,進一步推動各部門對清潔能源的使用,應對能源安全、經濟復蘇、環境管理、氣候彈性和全球健康等多重全球挑戰。作為能源轉型的一部分,各國正在積極尋求提升能源靈活性的方法,以確保其能夠經濟地使用可靠、可負擔的清潔能源。
核能行業正經歷快速革新,特別是在過去的十年間,核能在發揮其傳統的基核電力屬性的同時,迅速提高在靈活性、多用途方面的成熟度。雖然核能在調峰速度和長時間低功率運行方面存在限制,但在確保系統靈活性方面仍具有難以替代的價值。
現如今,核能已經在中國、法國等國提供了兆瓦到吉瓦量級的靈活電力系統。這種靈活性是清潔能源的寶貴財富。然而到目前為止,核能僅主要用于發電。未來,技術創新將為核能提供越來越多的靈活性。
例如,通過與儲能、新型熱電轉換系統和制氫技術進行新的結合,核電廠不僅是可調度電力的新來源,還將是熱能和化工生產的新來源。全球正在進行的幾個試點項目將使在運的吉瓦量級核電系統發生重大變革,且更加多樣化。
此外,先進第四代反應堆在改變功率輸出方面可以做到更小、更快的調節,因此可提供一系列新型電力和非電力能源服務。簡而言之,核能創新可能徹底改變清潔能源系統。
報告反映了“核能創新:清潔能源未來”國際倡議成員國的最新國際經驗和研究,主要內容為以下四點:
一、目前已建成完備的核電廠靈活性運行知識體系。
反應堆物理、熱工水力學和材料科學方面的研究已證明,反應堆可以安全地提供各種譜系的能源輸出。一些國家在靈活運行現有反應堆方面擁有數十年的經驗,多個機構也就靈活運行對安全性的潛在影響進行了相關研究。研究表明,靈活運行對核能安全不會構成已知威脅,現有反應堆可在確定約束條件下提供靈活的電力輸出。但是,對部分國家來說,由于需要專用設備和額外監管體系,采用靈活運營模式仍存在一定難度。此外,靈活性對各國電力系統的影響也各不相同。
二、創新可以增加現有核反應堆的靈活性,既可以生產清潔電力,也可以生產有益的非電力產品。
當前有多個組織正在研究如何提高反應堆調峰速度,并使其能源產品多樣化。由于裝機容量大、熱功率高,在運反應堆可以通過附加設施或調整運行模式,以儲存能量供后續使用。除電能外,反應堆還可提供熱能,支持氫和化學品等多種產品的生產。這些創新可使核電廠在額定功率水平持續運行的同時,靈活地支持電網運行。
三、先進反應堆將為核系統的靈活性提供更多機會。
盡管已對現有百萬千瓦級反應堆技術進行重大且高價值的創新,但仍有一些能源服務只有先進反應堆才能提供。當前世界范圍內的先進反應堆設計的裝機容量大多在1至100兆瓦之間。這些反應堆將在能源需求較小、無法支撐傳統百萬千瓦量級電廠的地區投入使用。“孤島應用”是先進反應堆靈活支持各種用途的重要舉措,如向偏遠社區和工業(如采礦業)提供熱能和電力。此外,這些設計還可以與新的儲能系統相結合,如熱儲能或產氫,以進一步提高靈活性。
四、核能的靈活性可成為其他清潔能源發電的關鍵。
在過去的幾十年中,除太陽能光伏和風力發電之外,如分布式徑流水電、地熱、生物質能、集中式太陽能和具備碳捕集手段的化石能源等其他能源也經歷了快速的技術和經濟發展。能源發電技術的每一次進步都要求工程師和政策編制者重新設想并拓寬對潛在能源互聯的認識。核能將可能以一種協同的方式與其他能源在結合一起,形成一個綜合系統,產生“1+1>2”的收益。
各國對清潔能源系統的部署取決于當地的自然資源、地理條件、能源結構、基礎設施和社會價值。清潔能源部長級會議的使命是通過分享國際經驗來促進清潔能源的轉型。因此,“核能創新:清潔能源未來”倡議,無論核能目前是否屬于國內的能源系統,各國能源部都應重新審視核能提供的機遇和潛在利益。報告建議:
首先,各國政府應促進清潔能源建設,鼓勵核能與可再生能源專家及利益相關者間的合作,合作旨在超出政府能源部委范圍,囊括涉及清潔能源技術和市場的所有相關機構,共同致力于創建清潔能源系統。
其次,政策編制者應為能源轉型和創新、氣候變化、電力、熱力、工業和交通領域謀劃具有前瞻性與可操作性的戰略。推進能進一步促進良性競爭市場設計和激勵措施的改革,從而提高效率,更好地利用各種能源方案的潛在新型應用。
第三、氣候與能源模型研究人員應廣泛考慮技術解決方案,拓寬減排途徑范圍。此舉既可減輕模型系統其它方面的壓力,又營造了新的市場。規劃切實可行的保經濟、促減排途徑是激勵投資者、供應鏈、決策者和公眾積極性的關鍵部分。
第四、分析與技術人員應加強減排方面研究,以應對并彌補(研究)文獻中缺少核能存在的空白。目前,核能要么被嚴重低估,要么完全被排除在清潔能源的選擇之外。
第五、投資者應考慮用組合投資的方式對清潔能源投資。將投資分散在一系列技術方案上,以減少風險敞口。始終如一、包容技術的融資渠道對于實現這一目標至關重要。
第六、商業領袖應幫助目前正在開發的清潔能源技術創造市場,并為示范這些核能技術投資,以便這些市場能得到充分實現,從而產生規模經濟和市場驅動的減排。
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