经合组织核能机构发布报告核电厂长期运行与脱碳战略

　　经合组织核能机构(OECD/NEA)2021年7月29日发布报告《核电厂长期运行与脱碳战略》，介绍了核电厂长期运行在减少碳排放、推动能源转型方面的重要意义，分析了当前核电厂长期运行面临的挑战，并就此提出了政策建议。
　　核电厂长期运行是指核电厂延寿，即将核电厂运行寿期延长至超过原许可证运行寿期或设计寿期，使其能够在更长时间内以可靠、低成本且低碳排放的方式生产电力，从而实现价值最大化。大多数在运机组的设计寿期为30至40年，但这并非由于技术限制。如今，在满足法规、安全性和经济性的要求后，核电机组延寿已成为一种常见做法。
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　　核电厂延寿的意义
　　要实现2015年《巴黎协定》中设定的气候目标，全球需要大幅发展核电。国际能源署(IEA)在2021年5月发布的报告《全球能源行业2050年净零排放路线图》中预计，要实现2050年碳中和目标，需要使核发电量在现有水平上翻番。政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2018年10月发布的《全球升温1.5℃特别报告》中指出，大幅发展核电有助于将全球温升控制在1.5℃以下。
　　对于已经在使用核电的国家，在能源转型过程中可以采取两种措施推动核能的可持续发展，即开展核电建设和实施核电厂延寿。全球超过30%的在运核电机组正在准备或者已经完成延寿，其中100多台核电机组的实际运行时间已超过最初的40年设计运行寿期。根据国际原子能机构公布的数据，截至2021年8月，在全球443台在运机组中，超过67%(294台)的役龄已超过30年，其中113台的役龄在31至40年之间，107台为41至50年，14台为51至52年。鉴于越来越多在运机组的役龄即将逐渐达到初始设计运行寿期以及越来越多的国家致力于实现雄心勃勃的碳减排目标，未来核电厂延寿将在降低碳排放、推动能源转型方面发挥更重要的作用。
　　1.1碳减排
　　核电厂延寿能够在下述两方面支持碳减排。一方面，延寿能够阻止核电厂关停，使得核电厂不会被化石燃料发电厂取代，因而能够有效避免碳排放。现有经验表明，相关企业通常会采用建设化石燃料电厂以及＂间歇性可再生能源和化石燃料＂混合电厂的方式填补核电厂关闭带来的电力供需缺口，这会导致碳排放量增加。另一方面，相对于开展核电建设，延寿具有更高的可预测性，因为延寿是一个成熟的技术方案，面临的监管风险和投资风险均相对较低。对于拥有役龄接近或超过30年的核电机组的国家，核电厂延寿可为其碳减排目标的实现作出重要贡献。
　　目前，核电每年帮助全球避免至少29亿吨碳排放，相当于2020年全球能源相关碳排放量(315亿)的近10%。随着越来越多机组的役龄即将达到其初始设计运行寿期，如果不对这些机组进行延寿，未来10年将有大量机组关闭，全球实现碳减排目标的难度将会大幅增加。
　　1.2经济性
　　根据国际能源署和经合组织核能机构2020年12月联合发布的报告《预计发电成本报告(2020版)》，对于许多国家，核电厂延寿是最具经济性的碳减排方案。相关研究表明，核电厂延寿不仅能够降低消费者的能源支出，还有助于提高投资效率。
　　如下图和下表所示，核电厂延寿的隔夜造价为每千瓦450至950美元，平准化发电成本为每兆瓦时25至50美元，远低于新建一座同类型核电厂，同时也低于其他任何一种低碳燃料和化石燃料发电厂。此外，核电的平准化发电成本中包含了涵盖废物管理的所有成本;化石燃料电厂未包含相关碳成本;可再生能源未包含电网调频等外部成本。因此，核电厂延寿能够有效降低消费者能源支出。
　　核电厂延寿还能够提升投资效率。在能源低碳转型过程中，政府需要在相对较短的时间里筹集大量资金。与其他低碳发电技术相比，核电厂延寿的投资额相对较低，能够有效降低能源转型前期的投资压力，并为核电厂退役资金的筹集和废物处置库的建设提供充足的时间。在能源体系层面，核电厂延寿有助于提升电网运行的稳定性，增强电网对间歇性可再生能源的消纳能力。在当下后新冠疫情时期投资能力有限的情况下，核电厂延寿在提高投资效率方面的作用显得愈发重要。
　　1.3能源供应安全
　　核电厂能够帮助保障国家能源供应的可靠性和能源结构的多样化，并有助于提升电网运行的稳定性和增强对风电与光伏发电的消纳能力。通过对在运核电机组进行延寿，相关国家能够继续享有核电的上述益处。
　　大多数国家在制订能源政策时需解决的的重要问题是如何确保中长期内的电力供应安全。随着雄心勃勃减排目标的提出，这一问题变得至关重要，因为要实现减排目标，未来必然会关闭一些使用化石燃料的基荷电厂，如煤和天然气电厂。这必然会降低电网运行灵活性，而其他有助于提升电网运行灵活性的技术(如储能技术、需求侧响应和行业耦合)尚未实现商业化部署。由于其间歇性特性，风能和太阳能等可再生能源在弥补电力供需缺口方面的能力有限。相比之下，核电厂能够持续供电，可根据用电需求调峰运行，同时还能够提高电网运行的稳定性。因此，核电厂延寿能够在各国能源低碳转型过程中保障能源供应安全。
　　1.4 能源政策风险
　　政府在制订能源政策时通常会面临较大的不确定性。首先，政府很难全面评估某一项碳减排政策的社会影响，尤其是当这项政策会对经济、政治和工业等众多领域产生广泛影响时。其次，多种因素可能会影响相关政策的实施效果，系统性提高政策的成本，并可能产生破坏性的后果，进而迫使政府不得不重新考虑相关政策。此外，由于国家间缺乏协调合作，一国政府无法控制其邻国的能源政策，这会进一步增加政府能源决策的不确定性。
　　对政府的能源决策而言，技术的多样性、时间和实施难度是关键要素。显然，核电厂延寿在这些方面具有优势。因此，核电厂延寿能够增强政府决策的灵活性，帮助政府降低能源转型过程中的决策风险。
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　　延寿不存在重大技术阻碍
　　对于核电厂延寿，运营商面临的最重要挑战是设备老化问题。通过数十年的研究和运行经验的积累，运营商现已充分了解构件、设备和部件的主要老化机理，并在此基础上制订老化管理大纲(AMP)以开展老化监测，同时进行必要的设备维修和更换，确保核电厂在预期运行寿期内能够保持足够的安全裕度。
　　此外，为确保延寿工作的顺利实施，运营商可通过定期内部评估和外部同行审查等方式，查明现有老化管理大纲的不足之处，并了解国际上最佳老化管理方案，进而优化管理大纲。现有经验表明，在进行延寿升级时，运营商还可以对核电机组进行额外改造，如提升功率、升级仪控系统、提高运行的灵活性或实施全面的现代化改造，总目标是使核电机组能够适应不断变化的环境，同时提高延寿的投资回报率。
　　通过采取上述措施，运营商在开展核电机组延寿工作时不会遇到任何重大技术阻碍。
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　　供应链仍面临挑战
　　核电厂绩效指标的变化(如下图非计划容量损失和非计划紧急停堆指标的下降趋势)表明，在全球范围内，尽管存在老化问题，核电厂运行实绩仍稳步提升。在核电厂长期运行中，运营商会面临设备供应和人员保障两方面的挑战。
　　在设备供应方面，受三项因素影响，核工业设备供应商的数量持续减少，供应链的风险不断增加：一是核电机组运行时间长，设备和部件更换频率低，订单数量相对较少;二是为提升运行安全性与经济竞争力，核工业持续创新，对相关设备进行升级;三是由于部分国家
　　政策的不确定性增加，核工业市场前景较差，且监管部门对供应商提出了较高的资质要求。1980年，持有美国机械工程师协会(ASME)核电厂设备制造证书(N-type certificate)的企业共有约400家，绝大部分位于美国;今天，持证企业数量从2013年开始以每年5%的速度逐步下降，从2013年的395家下降到2019年的270家，而且绝大部分位于美国以外。这不利于保障设备和部件在整个运行寿期内的有效供应­。
　　在人员保障方面，核电厂60年的运行寿期已超过人均工作年限，因而劳动力老龄化的问题已经出现。为应对这一挑战，运营商应当通过建立完善的人才培养机制和提供更好的福利待遇等方式引进高素质人才。
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　　政府决策至关重要
　　对于核电机组延寿，政府决策往往至关重要。受政策影响，许多核电机组没有实施延寿，有的甚至已经或即将提前关闭。在欧洲，到2025年关闭的核电机组中有近80%是因政策停运的。造成这一情况的原因有两个：一是德国、比利时和瑞士等国政府发布了弃核政策，使得运营商不得不提前关闭核电机组;二是政府未能出台有助于提升核能经济性的政策。自2010年以来，美国的页岩气革命导致天然气价格下降了53%，使核电面临激烈的市场竞争。由于美国政府未能及时给予相应的政策支持，自2013年以来已有8台核电机组永久关闭 ，还有5台机组计划将于2022年关闭。
　　鉴于政府在支持核电厂延寿以推进脱碳战略方面的关键性作用，政府应当及时制订合适的政策。其中一些政策可以迅速实施，例如作出政策承诺、提供核能税收优惠等。而其他政策的实施可能会耗费更长的时间，例如­市场的结构性改革。
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　　政策建议
　　为推动核电机组延寿，报告提出了七条政策建议。
　　一是保持现有低碳装机容量。如果不对现有核电机组进行延寿，电力系统脱碳的难度将 会增加。延寿是一种安全并且能够快速实施的技术方案，可以帮助相关国家以可预测的方式降低碳排放。
　　二是加强设备老化机理和管理的技术研究并开展国际合作。基于过去持续开展的老化机理和管理技术研究，在运核电机组延寿已成为一项成熟的技术方案，并得到广泛应用。如果想进一步延长核电机组运行寿期，需要进一步推进相关技术研究，并广泛开展国际合作。
　　三是支持新技术的应用和核电机组的升级。运营商拥有根据市场环境选择合适的技术对核电机组进行升级的权利。政府应颁布鼓励政策并采取风险共担措施，支持运营商在开展核电机组延寿的同时选用相关技术，提高核电机组运行绩效。
　　四是促进合作以利用丰富的工业经验。越来越多的运营商已经或正在采用新技术对核电机组进行现代化升级。外部同行评审和国际运营经验共享是确保在升级改造中应用最佳实践经验的有效方法。同时运营商、政府与监管机构应当及时开展对话和合作，加速实施最具创新性的机组升级方案。
　　五是在各个层面保障供应链能力并促进人才培养。对核电机组进行延寿，有助于为维持现有供应链提供直接支持，并向年轻人发出核工业拥有良好就业前景的明确信号。政府应当与监管机构、企业和学术界开展合作，促进核工业人才培养。在核电人才培养领域开展国际合作也能够发挥积极作用。
　　六是制订并实施长期且可预测的核工业发展计划。像核电这样前期投资很高的产业的发展需要获得明确的政策支持。政府应通过制订和发布核工业发展战略等方式，为核电厂延寿提供长期、稳定的政策框架。
　　七是改革市场机制，确保为延寿的系统性价值提供经济补偿。在许多国家，为了帮助低碳技术应对市场挑战，政府提供了多种鼓励性的政策措施。可以将这些措施扩展至核电厂延寿，以便充分补偿其在避免碳排放和保障电网运行可靠性等方面的价值。
　　(中核战略规划研究总院 李晨曦 伍浩松)