核电应该在清洁能源结构中发挥更大的作用
2023.08.07
随着时间的推移，人们越来越清楚核电应该在全球能源结构中发挥更大的作用。
根据国际能源署的数据，核能发电量约占世界电力的 10%，略高于太阳能、风能、地热能和潮汐能，但与水力发电相比仍相形见绌（如下图）。
但据 国际能源机构 (IEA) 估计，就一次能源消耗（指直接使用原始形式的能源）而言，核能的份额仅为 4% 左右，是所有能源类别中最低的。
毫无疑问，作为最古老的低碳能源技术之一，核能在能源排名上还有很大的提升空间，特别是如果我们要实现气候目标的话。
化石燃料依然占主导
我们不得不承认的事实是，化石燃料仍然是世界能源供应的主导力量，能源研究所 (Energy Institute) 最近与毕马威和卡尼咨询公司合作发表的一项研究证实了这一点。
注意，这甚至是在可再生能源增长创纪录的一年之后； 2022 年，我们看到风能和太阳能新建容量出现有史以来最大的增幅，合计占全球发电量的份额达到创纪录的 12%。
不包括水电，全年可再生能源占一次能源消费比重达到 7.5%，比 2021 年增长近 1%。不包括水电的可再生能源增长保持两位数，达到 14%。
尽管可再生能源取得了所有这些积极的发展，但我们总能源的 80% 以上仍然是化石燃料（如上图所示），这导致了去年创纪录的高排放水平，这是 EI 报告的主要结论。
考虑到我们多年来对可再生能源的投资，我们应该会看到化石燃料消耗和排放量明显下降，但这种情况显然没有发生。目前，我们至少需要几十年的时间才能将我们的气候目标变得更加现实。
也许核能是我们削弱化石燃料主导地位的最佳途径。
尽管自福岛灾难以来这已成为争论的热门话题，但核电无疑是清洁、可靠和高效的；因为否则甚至不会有辩论。
核能会是答案？
在提供清洁能源方面，核电几乎是最完美的选择，因为它通过核裂变而不是像化石燃料那样通过化学燃烧来发电，完全不留下碳足迹。
因此核电站在运行过程中基本上不产生温室气体，并且在整个生命周期中，其每单位电力产生的二氧化碳当量排放量与风能大致相同，是每单位电力排放量的三分之一根据世界核协会的数据，电力与太阳能相比。
核能研究所 (NEI) 估计，仅美国在 2019 年就避免了超过 4.76 亿吨二氧化碳排放。这相当于道路上减少了 1 亿辆汽车，比所有其他清洁能源的总和还要多。
采用核能还有助于保持空气质量，每年消除数千吨有害污染物，这些污染物会导致酸雨、烟雾、肺癌和心血管疾病。
除了保持空气清洁之外，与太阳能或风电场相比，核电站的占地面积也小得多。例如，NEI 估计，美国一座典型的 1000 兆瓦核设施需要略多于 1 平方英里的面积才能运行，而风电场则需要 360 倍的面积。
与化石燃料甚至其他可再生能源相比，核能的可靠性怎么强调都不为过。
核电站可以在更高的容量系数下运行，这意味着它们以最大功率运行更长时间，并且能够更容易地产生能量。事实上，美国能源信息管理局 (EIA) 发现，核能拥有所有其他能源中最高的容量系数——在超过 92% 的时间内产生可靠、无碳的电力。
在美国，核电站不间断运行，发电量占全国近 20%。与此同时，风能和太阳能等可再生能源被认为是间歇性能源，并且容量系数非常低（在美国两者均低于 40%），这意味着它们甚至无法在一半的时间内提供能源。
根据《科学美国人》发表的一项研究，与普遍看法相反，核能实际上向环境释放的辐射比任何其他主要能源都要少。
相反，煤炭可能是这方面最严重的罪魁祸首。作为地壳中发现的矿物质，煤含有大量的放射性元素铀和钍。当燃烧煤炭发电时，其有机物质会气化，将这些矿物成分浓缩成剩余的废物，称为飞灰。
研究发现，燃煤电厂排放的飞灰向周围环境带来的辐射比产生相同能量的核电厂多出 100 倍。粉煤灰铀有时会渗入燃煤电厂周围的土壤和水中，影响农田，进而影响粮食。
普利策奖获得者理查德·罗兹 (Richard Rhodes) 也在 2018 年 7 月的一篇文章中指出，核能比大多数能源更安全，如果世界希望从根本上减少碳排放，核能是必要的。
核燃料的密度也非常大，这意味着与其他能源相比，产生的废物相对较少。此外，核废料还可以进行再处理和回收。在美国，90% 以上的乏燃料可以回收利用，使核电生产延长数百年。
考虑核电的另一个好处是可以将潜在的成本节省转嫁给消费者。据估计，核能可以使美国平均电费减少多达 6%，为国家 GDP 增加约 600 亿美元。
经合组织核能机构 (NEA) 的一项研究表明，与其他形式的能源发电相比，核电具有成本竞争力。事实上，尽管前期资本投资很高，但从长远来看，核能可能是最具成本效益的脱碳投资。
根据 LCOE（平准化能源成本）指标（项目要实现收支平衡，电力必须达到的价格），NEA 的计算得出核电是所有国家成本最低的选择。
核能不容忽视
归根结底，随着全球人口的持续增长，只有最强大的能源才能满足我们的消耗。有了核电，世界就不用担心电力短缺了。
一颗铀燃料芯块可产生相当于一吨煤、149 加仑石油或 17000 立方英尺天然气的能量。典型的核反应堆可产生 1 吉瓦电力，我们根本无法用 1 吉瓦煤炭或可再生能源发电厂来替代。
如前所述，核能是所有能源中密度最高的，几乎全年都以最大功率运行。按照目前的速度，它的发电量大约是天然气和煤炭发电站的 1.5-2 倍，可靠性比风能和太阳能发电站高 2.5-3.5 倍。
世界核协会表示，民用核电现在拥有超过 18000 个反应堆年的经验。
目前，全球有 32 个国家有核电站投入运行，但通过区域输电网，更多国家部分依赖核电；例如，意大利和丹麦近 10% 的电力来自进口核电。
如下图所示，最大的经济体（法国、美国、中国、俄罗斯和加拿大）都不同程度地依赖核能发电。
法国 70% 以上的电力来自核能——在全球所有国家中所占比例最大——其电力行业排放量是欧洲平均水平的六分之一。在大约 15 年的时间里，核电从在法国电力系统中扮演的次要角色发展成为法国电力系统的大部分电力来源，这表明如果需要的话，核能可以迅速扩展。
尽管如此，当今世界许多地区仍然没有核电，有些是由于监管和金融障碍，有些是因为核电仍然被“误解”为安全问题。但如果全球排放量继续像去年那样打破记录，决策者最终需要改变他们对核能的立场。
最近的发展
而在加拿大，我们已经见证了政府对核电态度的转变。
7月初，安大略省政府宣布计划将一座核电站扩建为世界上最大的核电站，有可能超过日本柏崎刈羽核电站，该核电站已经拥有七个反应堆和超过 8 吉瓦的发电能力。
这一公告标志着这个因安全和成本超支问题而停滞了数十年的行业的重新觉醒。它还代表了一种公开承认，即必须采取大胆措施对老化的电网进行现代化改造，该电网需要在不增加本已很高的电力成本或威胁排放目标的情况下增加容量。
作为加拿大人口最多的省份，安大略省目前拥有该国 19 座核反应堆（其中一座除外），但其中大部分是 20 世纪 60 年代至 80 年代建造的。因此，预计新增装机容量高达 4.8 吉瓦的 Bruce Power 扩建项目预计将是 30 年来的首个项目。
安大略省能源部长托德·史密斯 (Todd Smith) 在宣布这一消息时表示：“新型核电发电对于建设未来的清洁电网至关重要。”
加拿大核协会主席约翰·戈尔曼 (John Gorman) 最近对彭博社表示：“我们正在回归核根源，这在一个更重要的时刻发生。”他补充说，随着全球对清洁能源的需求飙升，加拿大将再次成为国内外核反应堆的供应国。
联邦政府目前正在制定计划，要求到 2035 年实现净零电网，其中核电可能处于领先地位。
安大略省专业工程师协会的一项研究模拟了在目标年实现净零电力供应的八种不同情景，发现扩大核电容量和长期电力储存是保持尽可能低电费的最佳方法。
据管理该省电网的机构称，随着驾驶员转向电动汽车、家庭和企业逐渐远离电动汽车，到 2050 年，仅安大略省就需要花费约 4000 亿加元（3030 亿美元）将其发电能力翻一番，达到 88.4 吉瓦。化石燃料。
得益于现有的核电、水电和风电，安大略省的电网已经达到 90% 的清洁度，但不断增长的需求可能会使最后 10% 的电网变得最难实现。核能可以提供最佳解决方案。
美国也重振了其长期闲置的核工业，该国最近宣布佐治亚州韦恩斯伯勒附近沃格特尔工厂的 3 号反应堆开始商业运行。
Vogtle 3 号反应堆自 2009 年开始建设，完工时间比原计划要长，它标志着近七年来第一座向美国电网供电的反应堆。预计将产生 1110 兆瓦的能源，在未来 60-80 年内为大约五十多万个家庭和企业提供清洁能源。
据核管理委员会称，上一次核反应堆开始向电网供电是在 2016 年 10 月，当时田纳西河谷管理局开始其瓦茨巴 2 号机组的商业运营。在此之前，自 1996 年 5 月瓦茨巴 1 号核反应堆以来，就没有新的核反应堆启动。美国的大部分核能是在 20 世纪 70 年代和 80 年代上线的。
核工业倡导组织核能研究所首席执行官玛丽亚·科斯尼克 (Maria Korsnick) 在一份声明中表示：“Vogtle 3 号机组的商业运营标志着美国核能工业的一项重大成就，也是推进全球清洁可靠能源解决方案的里程碑。”。
沃格特尔工厂 4 号机组预计将于 2023 年第四季度末或 2024 年初投入使用。
与此同时，大洋彼岸的中国继续扩建世界上最大的新原子能项目，本周批准了六座新核反应堆，总投资达 170 亿美元。
根据世界核协会的数据，中国目前拥有世界第三大核电舰队，仅次于法国和美国，全球目前在建的 55 座反应堆中，中国就有 23 座。该国将于 2022 年批准建造 10 座新反应堆，分析人士认为，最近的批准可能不会结束今年的工作。
总结
毫无疑问，考虑到我们对化石燃料的依赖，我们 2030 年及以后的气候目标几乎都是“悬而未决”的。关键是向更清洁的能源过渡。
无论我们喜欢与否，核电在全球能源结构中所占的份额都应该增加，以加快能源转型。它的碳足迹最低为每千瓦时 15-50 克二氧化碳。相比之下，燃气发电机的平均排放量约为 450 克二氧化碳/千瓦时，燃煤发电机的平均排放量约为 1050 克二氧化碳/千瓦时。
据 IEA 称，核能每年可以避免全球约 1.5 十亿吨的排放量和 1800 亿立方米的天然气需求因此，核电绝对可以为全球能源系统的脱碳做出贡献。
我们必须记住：由于使用化石燃料，电力生产现在和将来都是第一大碳排放源，而且由于人口增长，预计到 2050 年我们将需要两倍的电力。
气候科学家建议，到 2050 年，将低碳能源用于发电的比例从 30% 增加到 80% 以上，这就是核电的用武之地。它目前提供了世界近 30% 的低碳电力，使其成为仅次于水力发电的第二大能源。
正如能源研究所所证明的那样，虽然对风能和太阳能等可再生能源的投资也至关重要，但它们尚未威胁到化石燃料的主导地位。
在 IPCC 和 IEA 研究的用于生产低碳电力的所有能源转型情景中，只能设想与核电一起大力发展可再生能源，以避免使用化石燃料。这是因为可再生能源本质上是间歇性的，因此无法单独满足 80 亿人现有和未来的能源需求。
当然，核能也有其微妙的缺点（除了成本之外，它无法提供备用电力），因此它不能成为我们实现净零目标的唯一答案。但从目前的情况来看，核电当然值得发挥更大的作用。
Richard (Rick) Mills
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