新型核能典型特征分析

《2022-2026年中國新型核能行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，風(fēng)電和光伏具有不穩(wěn)定性，利用率低，綜合成本較高等特點(diǎn)，考慮到中國能源安全、碳中和效率、全球能源供應(yīng)等因素，中國對(duì)核電具有剛性需求。長期來看，在未來碳中和場(chǎng)景下，新型核能將成為中國支柱能源之一。其突出特征包括：

-安全性(總能量低、常壓運(yùn)行、無核泄漏、精準(zhǔn)控制)

-經(jīng)濟(jì)性(結(jié)構(gòu)設(shè)備簡(jiǎn)化、可工業(yè)化批量生產(chǎn)、建造成本較現(xiàn)有核電下降30%、度電成本下降70%可低于0.1元)

-小型化(全系統(tǒng)僅為集裝箱大小，便于移動(dòng)和部署，可用于偏遠(yuǎn)地區(qū)/海島、工業(yè)園區(qū)、船舶動(dòng)力等場(chǎng)景)

傳統(tǒng)核能與新型核能典型特征對(duì)比分析

新型核能行業(yè)變革方向

報(bào)告指出，核能與其他能源的最大差別就在核安全問題上，而解決公眾接受性的根本方案就是讓公眾適應(yīng)這個(gè)問題，把注意力放在“能”而非“核”上。傳統(tǒng)核反應(yīng)堆雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是用途相對(duì)較為單一。新型核能系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)用場(chǎng)景，在電網(wǎng)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)榷嗑S領(lǐng)域進(jìn)行碳中和部署。

核能要進(jìn)一步發(fā)展為各類大型設(shè)備的能量來源，或者進(jìn)入普通家庭，最為重要的就是要把握與其他行業(yè)或領(lǐng)域的“接入”和“嵌套”技術(shù)。如果新一代核能系統(tǒng)能夠與其他行業(yè)進(jìn)行深度融合，形成“核能+”的模式，那么公眾的關(guān)注的將是如何利用核能，開發(fā)核能的巨大潛力，而不再是如何遠(yuǎn)離核風(fēng)險(xiǎn)，這將是核能公眾接受性提升的關(guān)鍵一步。

1)從“孤立間接供能”到“多源聯(lián)合供能”

長期以來，核能系統(tǒng)在實(shí)際供能過程并沒有直接接入用戶需求端，而是“單一”地向大型電網(wǎng)供電，核能供給只能先通過電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分配，才能進(jìn)一步來滿足用戶的多元能源需求。用于供熱等非電領(lǐng)域的核能尚且不到1%，由此可以得知，核能效率受到極大的限制，成為一種遠(yuǎn)離消費(fèi)終端的“孤立供能模式”。同時(shí)，核能的“孤立供能模式”也體現(xiàn)在難以與其他類型的能源形成相互配合、相互補(bǔ)充的綜合能源系統(tǒng)。傳統(tǒng)大型堆核電站往往以基荷能源進(jìn)行供能，此種形式基本上無法參與電網(wǎng)中的調(diào)峰填谷活動(dòng)，因?yàn)檫@種方式不僅不安全，而且不經(jīng)濟(jì)，這就在很大程度上導(dǎo)致了核能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走向了死板固化。

除此之外，新興經(jīng)濟(jì)體國家電力需求急速擴(kuò)張但能源網(wǎng)絡(luò)相對(duì)偏小，GW量級(jí)的新建堆型難以適配這些國家中小型的能源網(wǎng)絡(luò)及其廣闊的非電應(yīng)用市場(chǎng)。可以看出，“孤立供能模式”已經(jīng)不能完全適應(yīng)未來對(duì)于核能的需求，從“孤立”走向“聯(lián)合”，是未來核能發(fā)展的必由之路。

隨著可再生能源份額的不斷上升，電網(wǎng)不穩(wěn)定性問題愈發(fā)顯著。未來核能應(yīng)該利用自身優(yōu)勢(shì)與其他清潔能源形成一個(gè)相互促進(jìn)、互為補(bǔ)充的共生網(wǎng)絡(luò)，通過與其他低碳能源的聯(lián)合，共同向大型電網(wǎng)進(jìn)行傳輸，以此滿足較大區(qū)域的穩(wěn)定供電需求。同時(shí)，在能源供給路徑中，核能也要逐步向用戶端靠近，簡(jiǎn)化能源傳輸和分配路徑，實(shí)現(xiàn)直接參與用戶供給，減少對(duì)于化學(xué)能的依賴。

為了實(shí)現(xiàn)能源清潔化的目標(biāo)，以及強(qiáng)化能源供給安全穩(wěn)定性，打造一個(gè)包含新型核能在內(nèi)的多元共生能源系統(tǒng)尤為重要。結(jié)合核能清潔、穩(wěn)定、高功率密度的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生了小型模塊化堆為代表的新路徑。小型模塊化堆提出了非能動(dòng)安全、模塊化建造、單堆功率限制與多堆組合等創(chuàng)新思路，不僅能夠降低能源傳輸中的損耗，還能夠近乎完美的實(shí)現(xiàn)不同能源系統(tǒng)之間的以及能源供給方和需求方的多元共生。

傳統(tǒng)核能和新一代核能在能源結(jié)構(gòu)中的作用

2)從“高端裝備制造”到“規(guī)模化生產(chǎn)制造”

參考部分國家核電發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，核電產(chǎn)業(yè)具有明顯的反規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，即反應(yīng)堆功率越大，建設(shè)周期越長，單位成本越高。針對(duì)極小概率發(fā)生的嚴(yán)重事故及其產(chǎn)生的核泄漏、核污染問題，不斷疊加一系列多層次、多冗余的安全應(yīng)急技術(shù)在反應(yīng)堆和核電站中，不可避免的造成單堆機(jī)組體積越來越大，建設(shè)成本越來越高。同時(shí)，核電項(xiàng)目的決策、監(jiān)管審核、許可取證、建造交付的周期也因此越來越長，如果裝備和部件的需求受到抑制，那么核電供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的成本都會(huì)隨之上升。高額的成本抵消了核心功能系統(tǒng)(反應(yīng)堆與能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng))的動(dòng)力工程規(guī)模效益，而以現(xiàn)場(chǎng)施工為主的核電站建造方式加劇了成本上升問題。

如何兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性是核電事業(yè)要重點(diǎn)解決的問題，而該問題能否被解決也決定了民用核能未來的發(fā)展前景。堅(jiān)持安全至上的標(biāo)準(zhǔn)不斷彌補(bǔ)核電技術(shù)和設(shè)計(jì)上的缺陷會(huì)不可避免地降低核電的整體經(jīng)濟(jì)性。只有不斷提高核能技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力，降低風(fēng)險(xiǎn)感知和外溢，才能使得核能的推廣和使用得到政府和社會(huì)的廣泛接受和支持。這需要我們把民用核能的功能目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則明確分離出來，按市場(chǎng)需求和準(zhǔn)則重新定位。

與傳統(tǒng)能源不同，核電遵循一種自身的發(fā)展規(guī)律。相同的技術(shù)路線，隨著時(shí)間的推移，核電建設(shè)的周期和成本都會(huì)隨之減少。核電站首堆建設(shè)往往會(huì)遭遇設(shè)計(jì)變更、關(guān)鍵技術(shù)難以突破、相關(guān)設(shè)備缺失、建設(shè)窩工返工等一系列困難。而受到學(xué)習(xí)效應(yīng)的影響，后續(xù)的施工能夠總結(jié)之前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，整體的施工規(guī)劃更加合理和規(guī)范，整體的建設(shè)工期得到大大的節(jié)約。而且同種技術(shù)的工程設(shè)計(jì)也會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備制造和工程建設(shè)的技術(shù)成熟度增加，建設(shè)經(jīng)驗(yàn)得到積累和及時(shí)反饋應(yīng)用。

報(bào)告指出，目前絕大多數(shù)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)可以通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的生產(chǎn)制造工藝來降低成本。而核電的建設(shè)周期及成本等特有的發(fā)展問題同樣也能夠在核電的大規(guī)模建設(shè)中得以解決。借助國內(nèi)強(qiáng)大的制造業(yè)基礎(chǔ)，再疊加學(xué)習(xí)效應(yīng)，未來模塊化小型堆在批量生產(chǎn)后將產(chǎn)生巨大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

報(bào)告指出，在樂觀情況下，當(dāng)核能系統(tǒng)制造型范式從單機(jī)規(guī)模經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向制造規(guī)模經(jīng)濟(jì)后，以小型模塊化反應(yīng)堆為代表的新型核能技術(shù)的工期和成本都將大幅度下降，而核電產(chǎn)業(yè)也將從高端裝備制造業(yè)逐步過渡為規(guī)模化制造業(yè)。