01 引言
10月24日，國務(wù)院印發(fā)了《2030年碳達峰行動方案》（以下簡稱《方案》），系統(tǒng)的規(guī)劃了碳達峰的路線圖。
《方案》提出的主要目標包括：
“十四五”期間，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化取得明顯進展，重點行業(yè)能源利用效率大幅提升，煤炭消費增長得到嚴格控制，新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，綠色低碳技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用取得新進展，綠色生產(chǎn)生活方式得到普遍推行，有利于綠色低碳循環(huán)發(fā)展的政策體系進一步完善。到2025年，非化石能源消費比重達到20%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020年下降18%，為實現(xiàn)碳達峰奠定堅實基礎(chǔ)。
“十五五”期間，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進展，清潔低碳安全高效的能源體系初步建立，重點領(lǐng)域低碳發(fā)展模式基本形成，重點耗能行業(yè)能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重進一步提高，煤炭消費逐步減少，綠色低碳技術(shù)取得關(guān)鍵突破，綠色生活方式成為公眾自覺選擇，綠色低碳循環(huán)發(fā)展政策體系基本健全。到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，順利實現(xiàn)2030年前碳達峰目標。
在《方案》中，太陽能和風能成為新能源的主角，規(guī)劃到2030年風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上。而截至今年9月，我國風電裝機容量為3.0億千瓦，太陽能能發(fā)電2.8億千瓦，未來十年風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將會增長超過一倍，成為新能源建設(shè)的主力。
同時，《方案》提到，積極安全有序發(fā)展核電。理清核電站布局和開發(fā)時序，在確保安全的前提下有序發(fā)展核電，保持平穩(wěn)建設(shè)節(jié)奏。積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，開展核能綜合利用示范。加大核電標準化、自主化力度，加快關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)，培育高端核電裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。實行最嚴格的安全標準和最嚴格的監(jiān)管，持續(xù)提升核安全監(jiān)管能力。
那么，是不是太陽能和風電已經(jīng)穩(wěn)壓核能，成為新能源的主流了呢？筆者認為不然。雖然太陽能發(fā)電的成本已經(jīng)逼近燃煤發(fā)電，但是由于太陽能發(fā)電能量密度低、只能在白天發(fā)電與人們的用電需求不完全同步、受氣候環(huán)境因素影響大，需要配套儲能才能提供穩(wěn)定的電源，綜合成本并不低。而相比于太陽能，風能更不穩(wěn)定，更難承擔基礎(chǔ)載荷。因此，筆者認為，2030年碳達峰之前，太陽能和風能會是新能源的主角，而要實現(xiàn)2060年的碳中和，核電更有可能成為能源的主力。當然，這里指的核電不僅包括現(xiàn)在主流的三代技術(shù)，也暫時不考慮開發(fā)難度過于巨大的核聚變技術(shù)，十年內(nèi)逐漸成熟的四代核電技術(shù)很有可能引領(lǐng)未來新能源的潮流。
02核電的發(fā)展歷史
核電技術(shù)是利用核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放的能量發(fā)電的技術(shù)。因為受控核聚變存在技術(shù)障礙，核電站都是采用核裂變技術(shù)。五、六十年代建造的驗證性核電站為第一代核電技術(shù)；70、80年代標準化、系列化、批量建設(shè)的核電站稱為第二代；第三代是指90年代開發(fā)研究成熟的先進輕水堆；第四代核電技術(shù)是指待開發(fā)的核電技術(shù)，其主要特征是防止核擴散，具有更好的經(jīng)濟性，安全性高和廢物產(chǎn)生量少。
第一代核電技術(shù)即早期原型反應(yīng)堆，主要目的是為通過試驗示范形式來驗證核電在工程實施上的可行性。前蘇聯(lián)在1954年建成5兆瓦實驗性石墨沸水堆型核電站；英國1956年建成45兆瓦原型天然鈾石墨氣冷堆型核電站；美國1957年建成60兆瓦原型壓水堆型核電站；法國1962年建成60兆瓦天然鈾石墨氣冷堆型核電站；加拿大1962年建成25兆瓦天然鈾重水堆型核電站。這些核電站均屬于第一代核電站。
第二代核電技術(shù)是在第一代核電技術(shù)的基礎(chǔ)上建成的，它實現(xiàn)了商業(yè)化、標準化等，包括壓水堆、沸水堆和重水堆等，單機組的功率水平在第一代核電技術(shù)基礎(chǔ)上大幅提高，達到千兆瓦級。在第二代核電技術(shù)高速發(fā)展期，美、蘇、日和西歐各國均制定了龐大的核電規(guī)劃。美國成批建造了500至1100兆瓦的壓水堆、沸水堆，并出口其他國家；前蘇聯(lián)建造了1000兆瓦石墨堆和440兆瓦、1000兆瓦VVER型壓水堆；日本和法國引進、消化了美國的壓水堆、沸水堆技術(shù)。
第三代核電技術(shù)指滿足美國“先進輕水堆型用戶要求”（URD）和“歐洲用戶對輕水堆型核電站的要求”（EUR）的壓水堆型技術(shù)核電機組，是具有更高安全性、更高功率的新一代先進核電站。第三代先進壓水堆型核電站主要有ABWR、System80+、AP600、AP1000、EPR、ACR等技術(shù)類型，其中具有代表性的是美國的AP1000和法國的EPR。中國已引進AP1000并消化吸收，在此基礎(chǔ)上自主研究開發(fā)了華龍一號、國和一號等堆型，并已實現(xiàn)了商用。
03第四代核電技術(shù)
第四代核電技術(shù)的概念最早是在1999年6月召開的美國核學(xué)會年會上提出的。這項計劃總的目標是在2030年左右，向市場上提供能夠很好解決核能經(jīng)濟型、安全性、廢物處理和防止核擴散問題的第四代核能系統(tǒng)。2000年，美國、法國、日本、英國等核電發(fā)達國家組建了第四代核能系統(tǒng)國際論壇。經(jīng)過兩年的評估比較，第四代核能系統(tǒng)國際論壇在2002年12月選擇了氣冷快堆、鈉冷快堆、鉛冷或鉛/鉍冷快堆、超常高溫氣冷堆、超臨界輕水快堆和熔鹽堆等6種堆型。
第四代核電技術(shù)有三個具體的目標：首先，在安全、可靠運行方面將明顯優(yōu)于其他核能系統(tǒng)；其次，堆芯損壞的可能性極低，即使損壞，程度也很輕；在事故條件下無廠外釋放，不需要場外應(yīng)急，表明無論核電廠發(fā)生什么事故，都不會損害場外公眾和環(huán)境?？梢哉f，四代核電基礎(chǔ)在各個方面，都會大幅度超過現(xiàn)有的核電技術(shù)，尤其是安全性，基本上可以實現(xiàn)無環(huán)境風險，這也預(yù)示著四代核電技術(shù)下核電站可以完全取代現(xiàn)有火電站。當然，相關(guān)的技術(shù)要求也會更高，這也是為什么第四代核電技術(shù)要10年之后才會成熟。不過不同于開發(fā)難度巨大的核聚變技術(shù)，四代核電站的開發(fā)線路圖還是有相當大的可實現(xiàn)性的。
04中國的四代核電技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列
2021年是我國四代核電技術(shù)捷報頻傳的一年。今年9月開始甘肅武威試運行的釷基熔鹽堆，擺脫了之前鈾和钚元素為燃料的核能發(fā)電模式，改用以放射性極低的釷元素為核燃料，這種釷基熔巖堆安全系數(shù)高，熱轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)省水資源，環(huán)境兼容性大，核污染只有鈾和钚核反應(yīng)堆的1‰。更為重要的是，釷基熔鹽堆擺脫了我國較為稀缺的鈾，而以我國極為豐富的釷作為燃料，據(jù)報道在白云鄂博礦區(qū)的尾礦廢渣中就有超過7萬噸的釷，能夠完全實現(xiàn)燃料的自給自足。甘肅武威的釷基熔鹽堆若試驗成功，將為下一步商業(yè)化奠定堅實的基礎(chǔ)。
除了釷基熔鹽堆，今年獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎的王大中院士帶領(lǐng)團隊開發(fā)的高溫氣冷堆也實現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的整體發(fā)展過程，相關(guān)技術(shù)更為成熟。11月3日7時10分，我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首座高溫氣冷堆核電站示范工程——華能石島灣高溫氣冷堆示范工程1號反應(yīng)堆冷態(tài)功能試驗一次成功。
這是繼10月19日2號反應(yīng)堆冷試一次成功后的又一重大節(jié)點勝利，標志著示范工程順利完成雙堆冷試，核島核心系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量得到全面檢驗，提前14天完成這一年度目標任務(wù)，為后續(xù)熱態(tài)功能試驗、機組裝料等關(guān)鍵節(jié)點奠定堅實基礎(chǔ)。
作為國家科技重大專項，華能石島灣高溫氣冷堆示范工程不同于常規(guī)壓水堆核電工程，它由兩座反應(yīng)堆、兩臺蒸汽發(fā)生器帶動一臺汽輪機發(fā)電，因此，“雙堆冷試”成為檢驗示范工程建設(shè)質(zhì)量和核島一回路國產(chǎn)化設(shè)備性能的重要指標。
相較于三代核電，高溫氣冷堆有更高的熱效率和安全性。這種反應(yīng)堆使用的是耐高溫的石墨和碳磚砌成的爐子形狀的裝置，內(nèi)部則是很多耐高溫石墨制成的圓形燃料球，里面是那些能產(chǎn)生高溫的放射性物質(zhì)，運行時其核能熱量轉(zhuǎn)換和冷卻過程中不是使用水，而是采用氦氣，氣冷堆出口溫度可以高達750℃，比目前普遍使用的水冷反應(yīng)堆產(chǎn)生300多攝氏度的高溫高出了一倍多。
在核能發(fā)電領(lǐng)域，產(chǎn)生更高的溫度意味著發(fā)電效率也更高，一般認為使用高溫氣冷堆技術(shù)能讓核力發(fā)電效率提高30%以上，所以華能石島灣核電站高溫氣冷堆也堪稱是目前全球發(fā)電效率最高的核反應(yīng)堆。
高溫氣冷核反應(yīng)堆也是目前世界上主流核電國家正在競相科研攻關(guān)的核能發(fā)電技術(shù)，也是我國現(xiàn)階段16個國家級重大科技專項之一，與探月過程，深海下潛以及大飛機制造并列，足見其重要程度。
高溫氣冷堆有更廣泛的適用性，它不僅能發(fā)電，還可以用于石油，化工以及煉鋼等領(lǐng)域，它提供的高溫熱能可代替煤炭等燃料發(fā)熱，通過熱電聯(lián)供的方式，它產(chǎn)生的熱能可以應(yīng)用到海水淡化、集中供熱、稠油熱采等領(lǐng)域，理論上這種反應(yīng)堆技術(shù)提升后將來可形成出口溫度高達1000℃的清潔熱源，可以應(yīng)用到煤的氣化液化與熱化學(xué)制氫領(lǐng)域，還可為氫能源時代的到來助一把力，所以這是一種在很多領(lǐng)域都具有革新意義的先進技術(shù)，其開發(fā)前景十分廣闊。
05結(jié)論
四代核電技術(shù)安全性高，經(jīng)濟效益好，能夠負擔基礎(chǔ)載荷，是燃煤電廠最好的替代選擇。這些年我國在核電發(fā)展方面很注重技術(shù)和裝備的自主性，有效的保障了核安全以及防止被技術(shù)“掐脖子”，目前我國的核電技術(shù)方面已經(jīng)進入到世界先進行列，而且某些方面已經(jīng)世界領(lǐng)先。按照現(xiàn)有的研究路線，中國的四代核電技術(shù)可以在2030年實現(xiàn)大規(guī)模的商用。因此，在2030年碳達峰之后，四代核電有可能開始大范圍取代火電，成為新能源的主角
