核能特點、發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)有哪些？

核能發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

1.我國核準(zhǔn)機(jī)組數(shù)量創(chuàng)歷史新高，核電成長確定性高

核電是建設(shè)新能源體系的重要組成部分，我國大力支持核電發(fā)展。核能是低碳能源，全生命周期碳排放僅約 12 克/千瓦時，同時具有裝機(jī)容量大，運行穩(wěn)定可靠、換料周期長等特點，具備較強(qiáng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)能力，能夠為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供充足的電力保障。在高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”電力系統(tǒng)中，核電具有保障電力供應(yīng)、支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、促進(jìn)新能源消納和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)等方面具有重要作用 1。核電產(chǎn)業(yè)是我國支持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，在確保安全的前提下，積極有序推動沿海核電項目建設(shè)，保持平穩(wěn)建設(shè)節(jié)奏，合理布局新增沿海核電項目。開展核能綜合利用示范，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(jìn)堆型示范工程，推動核能在清潔供暖、工業(yè)供熱、海水淡化等領(lǐng)域的綜合利用。切實做好核電廠址資源保護(hù)。 我國核電行業(yè)發(fā)展全球領(lǐng)先，但核電發(fā)電量占比較低。截至2025 年1 月6日，我國商運核電機(jī)組數(shù)量達(dá)到 58 臺，總裝機(jī) 6096.7 萬千瓦（含國和一號示范工程1號機(jī)組和漳州核電 1 號機(jī)組），位列全球第三；在運和在建核電總量約1.13億千瓦，規(guī)模升至世界第一，其中在建機(jī)組規(guī)模保持世界第一；在建及已核準(zhǔn)未開工機(jī)組合計 46 臺，累計裝機(jī)容量 5547 萬千瓦。但我國核電發(fā)電量在全國發(fā)電量中的占比較低，2023 年僅占 4.86%，低于世界平均水平（近10% 2）。

2.核能發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)

安全性是核能發(fā)展首要考慮因素。2011 年福島核事故后，全球核能發(fā)展放緩乃至停滯，部分國家啟動退核，關(guān)停國內(nèi)全部核電站。由于核事故的巨大危害性，安全性是核能行業(yè)發(fā)展的第一原則，安全和質(zhì)量是核電發(fā)展的“生命線”。目前先進(jìn)三代核電設(shè)計需要采用能動和非能動安全系統(tǒng)來保證核電運行的安全性，華龍一號設(shè)計就包括了輔助給水系統(tǒng)和非能動二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)、安噴系統(tǒng)和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)、能動和非能動的堆腔注水系統(tǒng)、能動和非能動的安注系統(tǒng)等 4 套安全系統(tǒng) 3。華龍一號的安全設(shè)計保證 72 小時內(nèi)不需要外部干預(yù)，依靠重力、溫度、密度差等非能動手段可以導(dǎo)出堆芯熱量，保證機(jī)組安全，發(fā)生事故的概率降低到百萬年分之一。

全球天然鈾產(chǎn)能有限，存在供給缺口。根據(jù) WNA 的數(shù)據(jù)，2022 年全球U3O8供應(yīng)量58201 噸，相當(dāng)于 49355tU，占公用事業(yè)全年需求量的74%，剩余部分則由二次供給補充。根據(jù) WNA 統(tǒng)計，截至 2021 年，全球生產(chǎn)成本在130$/kgU（約50$/lbU3O8）以下的合理確定資源和推斷資源合計 607.85 萬 tU；而每GW 核電裝機(jī)每年約消耗150-200tU，首次燃料裝載則需要 300-450tU。以全球核電裝機(jī)400GW 測算，以上鈾資源約可使用 100 年。而隨著全球核能復(fù)蘇，新建核電逐漸投產(chǎn)，全球鈾礦需求將持續(xù)提高，供給缺口可能擴(kuò)大，鈾資源可用年限進(jìn)一步縮短，導(dǎo)致全球天然鈾市場價格明顯提高；另一方面，受福島核事故影響，2011 年后全球核電發(fā)展放緩、停滯甚至倒退，鈾資源企業(yè)減少了鈾礦勘探、開采開支，新礦山儲備較少，而新礦山從前期勘探、審批到建成投產(chǎn)周期一般在10 年以上，近年新增鈾礦產(chǎn)能主要是原有礦山的復(fù)產(chǎn)和增產(chǎn)。

乏燃料處理尚未成熟。目前全球投入商業(yè)運行的二三代核電均為熱堆，熱堆運行過程中會產(chǎn)生含有強(qiáng)放射性、長半衰期的乏燃料，通常含有1.0%的鈾-235，0.6%的可裂變钚（钚總量約 1%），3%的裂變產(chǎn)物和次要的錒系元素，以及95%的鈾-238。乏燃料取出后卸載到緊鄰反應(yīng)堆的儲存池中或進(jìn)行干法貯存，以屏蔽輻射并釋放余熱，這一過程可能持續(xù)數(shù)月乃至數(shù)年，然后可以轉(zhuǎn)移儲存，但最終需要回收處理再利用（閉式燃料循環(huán)），或直接進(jìn)行永久儲存（一次通過式燃料循環(huán)）。目前對于乏燃料的主流處理方式仍是掩埋和儲存，無法完全解決乏燃料問題且需要長期監(jiān)測，成本高昂，而乏燃料的后處理和回收再利用目前仍未完全成熟。按百萬千瓦核電機(jī)組一年約產(chǎn)生 20-25 噸乏燃料測算，目前我國核電每年產(chǎn)生1200-1500 噸乏燃料。據(jù)估計，到 2030 年我國累計乏燃料將達(dá)到約23500噸，離堆運輸?shù)男枨髮⑦_(dá)到 15000 噸 4。 目前我國乏燃料處理能力僅有 2010 年在甘肅蘭州建成的四〇四中試工程，以及以中試廠為基礎(chǔ)建設(shè)的 200 噸/年乏燃料后處理示范工程。中核集團(tuán)和法國阿?，m集團(tuán)合作的中法合作核循環(huán)項目選址曾計劃選址連云港，模仿法國阿格核循環(huán)廠模式建設(shè)核循環(huán)廠，設(shè)計年處理乏燃料能力 800 噸，一期貯存能力3000 噸，但由于當(dāng)?shù)鼐用駥四馨踩铜h(huán)境影響的擔(dān)憂，連云港市政府決定暫停了核循環(huán)項目的前期選址工作。

核電廠址要求嚴(yán)格，條件優(yōu)秀的廠址有限，內(nèi)陸核電尚未放開。出于對核電運行安全性的考慮，核電站選址條件苛刻，需要確保核電站不受到自然災(zāi)害或外部人為因素等的影響，即使發(fā)生事故時，也能夠有效降低對周圍環(huán)境以及居民生產(chǎn)生活的影響。國家能源局要求核電廠址滿足以下 6 個條件：

核電廠址盡量選擇人口密度相對較低，離大城市較遠(yuǎn)的地點。半徑5千米范圍不宜有 1 萬人以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)；10 千米范圍內(nèi)不宜有10 萬人以上城鎮(zhèn)，40千米范圍內(nèi)不宜有 100 萬人以上的大城市。

核電廠水源應(yīng)該滿足裝機(jī)容量取水要求（內(nèi)陸核電廠采用淡水循環(huán)冷卻，取水量不超過每百萬千瓦 1.2 立方米/秒；沿海核電廠，取水量不超過每百萬千瓦 0.05 立方米/秒）。

核電廠址附近范圍內(nèi)不應(yīng)存在能動斷層，廠址不受火山活動及其他嚴(yán)重地震、地質(zhì)災(zāi)害的威脅，地基地質(zhì)條件好。

核電廠的交通運輸應(yīng)便捷，設(shè)置進(jìn)廠道路、應(yīng)急和施工道路。廠址應(yīng)具備可行的建造大件運輸通道或大件碼頭條件。

核電廠廠址盡量選擇距離電力負(fù)荷中心較近區(qū)域，且電網(wǎng)可靠性高、廠外電源應(yīng)有兩個獨立系統(tǒng)。

核電廠址可提供廠區(qū) 0.146 平方米/千瓦的用地和廠外施工臨時用地，廠址場地標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計基準(zhǔn)洪水位 5。

簡而言之，核電選址需要考慮的要素包括：充足水源、穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣象等條件、適宜的社會經(jīng)濟(jì)條件和無潛在危險源。目前我國在建及在運核電站均為沿海核電，可供選擇的廠址有限；內(nèi)陸核電目前尚未放開，主要原因是核電冷卻取水和安全等問題。而全球在運核電中，內(nèi)陸核電占總裝機(jī)的2/3 以上，并且在技術(shù)和實踐上都已驗證成熟，只要在選址階段對關(guān)鍵難點問題進(jìn)行深入分析研究，并采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧┖图夹g(shù)措施，內(nèi)陸廠址能夠滿足有關(guān)法規(guī)和建廠條件的要求。根據(jù)中核集團(tuán)相關(guān)報道，我國初步勘查選擇的核電站廠址容量可支撐未來4億千瓦裝機(jī)，核電站廠址資源主要分布在我國東部沿海和中部內(nèi)陸地區(qū)，主要包括遼寧、吉林、河北、浙江、安徽、河南、福建、江蘇、浙江、山東、湖北、湖南、江西、四川、重慶、廣東、廣西、甘肅、黑龍江、云南等省份6。按照核電發(fā)展規(guī)劃測算，考慮內(nèi)陸核電的情況下，當(dāng)前儲備選址足以保證2060 年前的核電發(fā)展。

核能利用場景有限，能量轉(zhuǎn)換效率較低。同樣出于安全性考慮，核電站一回路壓力較低，對應(yīng)飽和溫度也較低，同時設(shè)置一定的安全邊界，再加上傳熱效率問題，二回路主蒸汽溫度更低，因此能量轉(zhuǎn)換效率也較低，通常顯著低于超超臨界火電機(jī)組。同時，低參數(shù)蒸汽也較難應(yīng)用于供熱供汽、制氫等用途，因此目前核電主要用途仍是發(fā)電。目前，海陽、紅沿河等核電站有供暖應(yīng)用，田灣核電建成“和氣一號”后成為我國首個工業(yè)用途核能供汽項目。除以上核能綜合利用方式外，部分堆型還可用于生產(chǎn)同位素，但目前我國在運核電中僅秦山三核的兩座CANDU6重水堆具備此能力。