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迈向零碳目标，核电的当下与未来

核电度电碳排放最低，能量密度高，是稳定基荷电源，正逐渐被越来越多国家认可

文｜吴迪

在当前能源清洁转型大背景下，全球越来越多国家开始重视核电。

核电作为清洁低碳、稳定高效的能源形式，不仅可以减少温室气体排放，助力各国实现应对气候变化目标，还可以降低对进口化石能源依赖，保障能源供应安全。核电作为稳定大功率发电设施，可以满足全球电气化电力增长需求，以及以大数据设施为代表的人工智能等新兴技术用电需求。

2023年12月，第28届联合国气候变化大会（COP 28）上，包括美、英、法、加等在内的25个国家签署《全球三倍核能宣言》（下称《宣言》），承诺到2050年将全球核电装机容量增加2倍，达到目前容量的3倍。2024年12月，第29届联合国气候变化大会（COP 29），又有土耳其、哈萨克斯坦等6个国家加入了《宣言》，总签署国数量达到31个。本文将梳理全球核电发展态势和中国核电发展现状与展望，并提出中国核电未来发展相关建议。

全球核电发展态势

截至2024年底，全球在运核电机组417台，总装机3.77亿千瓦，核电全年总发电量约为2.7万亿千瓦时，约占全球总发电量的9%，是全球第二大清洁电源，仅次于水电。

其中，核电在法国、斯洛伐克、乌克兰的电力结构中占比最大，2023年核电发电量占比分别达到65%、63%、50%。核电在美国、俄罗斯、英国的电力结构中占比同样比较大，分别达到18%、18%、14%，均高于世界平均水平。核电在中国、印度等国电力结构中占比较低，不超过5%。

目前，全球核电发展以压水堆和沸水堆为主，在全球417个核电反应堆中，压水堆308个，占比73.7%；沸水堆43个，占比10.3%。

相对于传统化石能源和可再生能源，核电在能源供应、环境影响、技术成熟度等方面具有诸多优势。

首先，核电是清洁低碳电源，其度电碳排放量在所有能源中最低。根据生态环境部发布的2023年主要发电类型电力碳足迹因子情况，核电度电二氧化碳排放量仅为6.5克，比化石能源低2个数量级，比可再生能源发电低1个数量级（光电、风电和水电度电二氧化碳排放分别为54.5克、33.6克、14.3克）。

从国别比较中也可以看出核电的清洁低碳优势，以核电为主的法国2022年人均碳排量为4.1吨，而以新能源为主的德国人均碳排放量却高达7.3吨，几乎是法国的2倍。

其次，核电燃料能量密度高。一般来说，1吨铀可生产约4400万千瓦时电量，而同样的发电量需要消耗2万多吨煤炭或者850万立方米天然气。高能量密度也使得核电站土地利用效率高。以风电场为例，装机容量为100万千瓦的风电场需要占地近600平方公里，而装机容量接近200万千瓦的大亚湾核电站占地面积仅为2平方公里。

此外，核电站是稳定的基荷电源，利用小时数高，度电成本较低。据中电联发布的6000千瓦及以上发电设备利用小时的数据，2024年中国的核电利用小时数为7683小时，分别约为并网太阳能和风电的6.3倍和3.6倍。核电发电量受天气、季节等外部因素影响较小。由于核电燃料能量密度高，换料周期长，全年利用小时数高，使核电度电成本较低，相对于传统火电具有成本优势。

核电上述优势正逐渐被越来越多国家认可。

并且美国计划到2035年新增3500万千瓦的核电装机，到2050核电新增装机量达到2亿千瓦，以如期实现核电3倍增长目标。美国2022年通过的《通胀削减法案》还为核电提供了每千瓦时0.3美分的生产税收抵免（PTC），如果核电满足薪资和工人培训要求，则抵免额度提高到1.5美分/千瓦时。

日本正积极推动国内核电重启，目标将核电发电量占比从2023年的9%提升至2030年的20%。在2011年福岛核事故后关停的54台商业核电机组中，已经有14台机组重启，另外还有11台机组即将获批重启。

英国计划到2050年将核电装机增加至2400万千瓦，占总发电量比重的25%。俄罗斯计划将核电发电量占比从2023年的18.9%提升至2042年的24%。为了实现煤电的逐步退出，波兰计划在2033年投产首台核电机组，到2043年核电机组达到600万-900万千瓦。

2023年全球核电投资为650亿美元，约是十年前的2倍，其中有420亿美元是投资新建核电机组。截至2024年底，全球在建核电机组63台，总装机容量约7100万千瓦。其中，中国、印度、土耳其、埃及、俄罗斯在建机组装机容量位居世界前列。

我国核电发展现状与展望

近年来，随着“双碳”目标深入推进和核电技术进步，中国积极安全有序发展核电。

“十四五”前四年，中国已经核准36台核电机组。自2022年以来，连续三年核准核电机组超过十台。《“十四五”现代能源体系规划》提出要积极安全有序发展核电，保持平稳建设节奏，开展核能综合利用示范，推动核能在清洁供暖、工业供热、海水淡化等领域的综合利用。到2025年，中国在运核电装机预计达到6800万千瓦。

截至2024年底，中国并网运行核电机组共58台（不含台湾地区），总装机容量为6088万千瓦，机组数量仅次于美国的94台，位居世界第二位，总装机容量仅次于美国9695万千瓦和法国6302万千瓦，位居世界第三位。

2024年，中国核电全年累计发电量为4452亿千瓦时，同比上升2.72%，约占全国累计发电量的4.73%。截至2024年底，中国在建核电机组27台，全部为压水堆机组，总装机容量3231万千瓦，位居全球第一。中国在运、在建和核准待建核电机组共有102台，总装机容量1.13亿千瓦，连续第二年位居全球首位。

广东省、福建省、浙江省等东部沿海省份是中国核电发展的主力军。

广东省运和在建核电装机分别为1614万千瓦和716万千瓦，均位居全国第一。广东省提出发挥产业集聚效应，推动核技术应用产业链上下游向广东集聚，到2025年，核电装机规模达到1854万千瓦。

福建省提出安全高效发展核电，以发展核电为主要举措大力发展清洁能源，积极参与快中子堆、高温气冷堆等国家核电前沿技术的研发与示范。

浙江省提出夯实核电作为本省中长期主力电源的战略地位，采用先进成熟技术路线，按照连续建设要求，逐年安排项目，到2025年，核电在运装机超过1000万千瓦。

江苏省提出按照千万千瓦级核电基地规划目标，在确保安全的前提下，积极有序推进核电项目建设。

山东省是中国首个实现跨地市核能供热的省份，国家电投“暖核一号”三期核能供热项目在2023年正式投运，在给烟台海阳市供暖的同时，供暖区域延伸至威海乳山市，实现零碳热源的跨区域互通共享，开启国内核能“双城”供热模式。

中国核能行业协会还呼吁优化核电布局，针对电力供应缺口问题突出的华中省份，尽快启动内陆核电项目建设。中部地区位于能源供应的末端，水电资源已开发，在运煤电机组多，风光资源不具备基地型开发条件，核电成为实现能源可持续供应和替代煤电的较好选择，对保障中部省份持续增长的用电需求、优化电源结构能起到重要作用。

受2011年日本福岛核事件影响，暂停的湖南桃花江、湖北咸宁、江西彭泽三个内陆核电项目，均已完成项目审批与核准所需的工作，累计已投入超过120亿元，具备成为发展首批内部核电的良好条件。

国内外多家机构对中国核电发展前景持积极乐观态度。

根据国际能源署（IEA）的预测，在承诺目标情景下，中国核电装机在2030年达到约1.2亿千瓦，在2050年达到约2.8亿千瓦；在净零排放情景下，中国核电装机在2030年达到约1.5亿千瓦，在2050年达到3.3亿千瓦。

中国核能行业协会预测到2030前，中国在运核电装机规模有望超过美国成为世界第一，在世界核电产业格局中占据更加重要的地位。预计到2035年，我国核能发电量在总发电量的占比将达到10%，相比目前的水平翻倍。华北电力大学则预测中国核电到2030年达到1亿-1.2亿千瓦，到2060年达到3亿-3.5亿千瓦。

中国未来核电发展的相关建议

积极安全有序发展核电，将核电作为实现“双碳”目标的重要支撑力量。中国应科学规划核电站布局，优先考虑经济发达、电力需求大的沿海地区，同时在内陆地区因地制宜推动核电发展试点，逐步扩大核电覆盖范围。

核电发展必须以安全为前提，坚持“安全至上”原则。在核电站选址、设计、建造、运行等全生命周期中贯彻严格的安全标准，引入国际先进经验，增强核电安全文化。

政府应加大对核电技术研发的资金支持，设立专项科研基金，鼓励科研机构和企业开展关键技术攻关，确保中国在全球核电技术竞争中保持领先地位。建立以企业为主体、高校和科研机构为支撑的产学研合作创新体系，促进核电技术创新成果的快速转化和应用。

此外，与国际原子能机构（IAEA）及相关国家和机构开展合作，积极参与核能技术标准制定和核电项目建设，扩大中国核电技术和装备的出口，增强国际影响力。

通过科普教育、公众开放日等形式，增强社会对核电的认知和接受度。在核电项目规划阶段积极征求公众意见，提高透明度和参与度，营造良好的社会氛围。通过发展核电与光伏、风电等可再生能源形成互补，共同构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。

加强第四代核反应堆技术的研发和应用。第四代核反应堆主要包括气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和（超）高温气冷堆，它们相较于前几代反应堆，在安全性、经济性、可持续性等多方面具有更大的优势。

首先，第四代核反应堆具有固有的安全性，比如依靠自然对流、重力和热传导来实现冷却，而不是依赖复杂的外部冷却系统。

例如，中国投产的全球首个高温气冷堆采用耐高温的包覆颗粒燃料和大热容量的石墨慢化剂，在事故工况下，能长时间保持堆芯完整性，有效导出热量。熔盐堆则设计了应急排盐系统，当反应堆的堆芯超过预设温度时，作为冷却剂与燃料的熔盐，会在重力作用下流入应急储罐，使核反应停止。

其次，以快堆和熔盐堆为代表的第四代核反应堆能够实现燃料增殖和嬗变，对提高核燃料的利用效率、减少核废料的放射性危害以及实现可持续核能发展具有重要意义。

燃料增殖是通过中子与某些可转换材料（如铀-238或钍-232）反应，将这些材料转化为新的、可裂变的核燃料（如钚-239或铀-233），使反应堆产生的裂变燃料量超过其消耗量。燃料增殖可以使铀资源的利用率提高60倍以上。嬗变可以通过核反应将长寿命、高放射性的核废料（如锕系元素或某些裂变产物）转变为寿命较短或低放射性的元素，从而减少核废料的总量和毒性，使其对环境的影响时间缩短300倍，废物量也减少1个-2个数量级。

此外，第四代核反应堆的出口温度更高，开辟了更广阔的工业和社会应用场景。目前在运的大型压水堆核电机组的出口温度一般在300°C左右，远不及出口温度可达600°C的超超临界火电机组，在发电的同时只能满足部分中低温热负荷需求。而第四代核反应堆的出口温度一般可以达到500°C-1000°C，在钢铁、化工、水泥、制氢等领域有广阔的应用前景。

第四代核反应堆还支持小型化和模块化设计，适用于分布式能源供给，灵活性更高。例如，钠冷快堆的装机规模可在50兆瓦-150兆瓦，高温气冷堆的规模可在250兆瓦-300兆瓦，铅冷快堆则可低至20兆瓦。

让模块化小型反应堆（SMR）为核能的灵活部署和多场景应用带来革命性变革。SMR具有初始投资成本低、建设周期短、灵活性强和应用场景广泛等多个优势。SMR单堆功率通常为10兆瓦-350兆瓦，可根据需求灵活组合多个模块。SMR的模块化设计允许各个模块在工厂中进行标准化生产，然后运输到现场进行组装，这种方式减少了现场施工的时间和工作量，降低了建设成本和投资风险。SMR的设计由于反应堆堆芯较小，热惯性低，具备较强的功率调节能力，可以根据电网需求迅速调整输出功率，其小型化和分布式部署能力使其更适合与分布式可再生能源系统协同工作，帮助实现区域性电力供应的稳定。

SMR由于其对选址的要求相对较低，具有广泛的应用场景，例如在城市和工业园区可为居民和工业企业提供稳定的电力和热力；在偏远地区、海岛和军事基地，可用于解决这些区域缺乏稳定能源供应的问题；SMR还可利用煤电厂的现有基础设施，将其逐步改造为核电设施，即通过部署SMR实现落后燃煤电厂的淘汰。

此外，SMR正逐渐被认为是未来为数据中心供电的重要选择之一。截至目前，全球已宣布计划建设高达2500万千瓦的SMR用于为数据中心行业供电，几乎所有项目都位于美国。IEA预测到2050年，全球将建成1.2亿千瓦的SMR，其中中国的装机规模达到3500万千瓦，位居全球第一。

不断提高核能的综合利用水平。在制氢领域，高温核反应堆可通过硫-碘热化学循环生产清洁氢气。硫-碘热化学循环制氢作为一种极具潜力的制氢技术，致力于实现大规模、低成本且高效率的氢气生产。相比传统的电解水方法，硫-碘循环通过直接化学反应提取氢气，避免了电解水过程中因电能转换而产生的额外能量损耗，从而在能量利用效率上更胜一筹。但碘硫热解循环通常需要在800°C-1000°C的高温环境下进行，目前的三代核反应堆由于技术限制，尚无法达到这一温度要求，而四代堆中的超高温气冷堆、熔盐堆等堆型设计则可以实现。

在工业领域，第四代核反应堆可以满足工业用户的高温热负荷需求，替代燃煤和天然气锅炉，实现工业低碳化。出口温度在700°C以上的堆型，甚至可直接用于合成氨和甲醇等高温化学反应。在海水淡化领域，核电利用其提供的高温热能和稳定电力，可通过热驱动和电驱动技术相结合的方式，推动海水淡化，满足沿海缺水地区的用水需求。

（作者为北京大学能源研究院高级分析师；编辑：韩舒淋）

责编 | 秦李欣

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