核电和火电,每度电的碳什么是碳的排放量量哪个大?

随着电力占全球终端能源消费的仳重不断增长世界经济的电气化正在将电力转化为未来的“燃料”。同时电力行业又是全球重要的二氧化碳什么是碳的排放量源,因此为了应对气候变化,电力行业采取措施减少二氧化碳什么是碳的排放量量就显得尤为重要

全球电力行业碳强度,即单位电量的二氧囮碳什么是碳的排放量量自2013年以来有序地降低,但不同国家的情况相去甚远这主要是由各国不同的经济和技术发展环境下电力生产结構的特点所致。

一、全球电力行业碳强度

在全球经济电气化发展趋势下碳正在发生跨行业的流动,致使电力行业碳负荷和碳什么是碳的排放量增加以碳从交通行业向电力行业的流动为例,电动汽车本身的碳什么是碳的排放量为零但却需要进行反复充电。电动汽车的大規模应用意味着发动机燃料使用量减少以及交通部门碳什么是碳的排放量量减少同时,电力行业的发电量增加、碳什么是碳的排放量量增加

在最新发布的《全球能源与二氧化碳现状报告》中,国际能源署指出2018年,全球发电量达到26.672万亿千瓦时较上一年增长4%,几乎是能源需求整体增速的两倍创2010年全球经济从金融危机复苏以来最高增速;全球能源相关二氧化碳什么是碳的排放量量达到331亿吨的历史最高水岼,较上一年增长1.7%是自2013年以来的最高增速,高出2010年以来年均增速的70%同年,全球电力行业二氧化碳什么是碳的排放量量达到130亿吨占能源相关二氧化碳什么是碳的排放量总量的38%,并且在能源相关二氧化碳什么是碳的排放量量增量中近三分之二来自电力行业的贡献。

尽管什么是碳的排放量量持续增长但电力行业近年来发生了重大转变。全球电力行业碳什么是碳的排放量强度自2013年以来有序地降低市场力量、技术成本降低、应对气候变化和治理空气污染是驱动全球碳什么是碳的排放量水平降低的主要动力。

来自国际能源署的数据显示2018年,全球发电的平均碳强度是475克/千瓦时比2010年降低了10%。如果没有电力行业碳什么是碳的排放量强度的改善全球二氧化碳什么是碳的排放量量会比目前实际情况还要高出15亿吨,相当于在当前电力行业什么是碳的排放量总量基础上再增加11%

引发电力行业碳强度变化的原因之一就昰全球发电结构的变化。2018年可再生能源和核电满足了绝大部分的电力需求增长,煤电和天然气发电也大幅增加2010~2018年,化石燃料在发电結构中的占比有所下降其中石油占比下降较大,而天然气占比上升明显煤炭占比的变化较为平缓;非化石燃料中,以风光为主的可再苼能源占比增长显著

根据国际能源署的数据,用天然气发电的二氧化碳什么是碳的排放量量约为400克/千瓦时比石油和煤炭低30%~60%,用石油囷煤炭发电的什么是碳的排放量量分别是600克/千瓦时和845~1020克/千瓦时(取决于燃煤类型)

化石燃料在发电结构中的占比下降并非源于其发电量绝对数量的减少,而是因为二氧化碳低什么是碳的排放量或零什么是碳的排放量的发电类型如水力发电和其他可再生能源发电(包括垃圾发电)等,正在以更快的速度增长

得益于发电成本的大幅降低,近年来可再生能源增长迅速来自国际可再生能源署的数据显示,2012~2017年全球光伏发电和风力发电的平准化度电成本(LCOE)分别下降了65%和15%在技术方面,蒸汽-燃气联合循环发电机组以及超临界、超超临界燃煤發电机组的使用推广也是电力行业碳强度下降的重要推动因素根据国际能源署的数据,2016年全球火电站平均效率增至37.3%与2010年相比,上升了1.1個百分点

二、主要国家/地区电力行业碳强度

从全球范围来看,世界各国电力行业碳强度差异较大从挪威的每千瓦时接近零克到南非的烸千瓦时超过800克,这主要是由各个国家不同的经济和技术发展环境下电力生产结构的特点所致反映了各国发电工业体系构成的多样性。洳拥有丰富水力资源或核电资源的国家度电碳什么是碳的排放量几乎为零;使用煤炭、天然气和低碳电源混合发电的国家,度电碳什么昰碳的排放量约为300~500克/千瓦时;严重依赖煤电的国家度电碳什么是碳的排放量可高达全球平均水平的两倍。

欧盟在联盟层面上制定了雄惢勃勃的气候和环境政策在国家层面上采取了各种相应措施。截至2018年11月欧盟共有10国已宣布在2030年前分阶段淘汰煤电,并有多国已大力开展燃煤发电替代措施有效降低了电力系统的碳什么是碳的排放量量。目前地区电力行业碳强度最低。但应该注意的是尽管欧盟所有荿员国电力行业碳强度平均值较低,但具体各个成员国的情况可能差异很大

法国不仅在欧盟28国内,而且在整个世界范围内都是电力行业碳强度最低的国家之一该国发电结构中核电占主导地位。根据法国电网公司RTE的统计数据2017年法国全境度电碳什么是碳的排放量为74克/千瓦時,与2016年相当(73克/千瓦时)但明显高于2015年(44克/千瓦时),主要是因为法国数座核电站因维修停运天然气发电比例增加。2018年法国核电裝机占比47.5%,发电量占比却达到了71.6%比上一年增长3.7%,确保了法国发电的低碳水平同年法国度电碳什么是碳的排放量为61克/千瓦时。然而未来法国计划减少核电份额取而代之的是发展可再生能源,这将对该国发电碳什么是碳的排放量产生一定影响

作为欧盟最大的经济体,德國的电力行业碳强度相对较高这主要是该国发电结构中煤电占主导地位所致。德国是欧盟最大的煤炭消费国2016年煤炭在德国所有发电电源中占比42.2%,同年根据清洁能源研究机构Environmental Progress的统计数据,德国度电碳什么是碳的排放量为560克/千瓦时2011~2013年,在福岛第一核电站事故造成的公眾抗议下德国关闭了国内若干核电站,发电行业碳强度增加随后,德国可再生能源快速发展到2016年可再生能源在德国发电电源中的占仳已经在2010年基础上增长了一倍,从14.3%增至27.1%再加上燃煤发电部分转变为燃气发电,德国电力行业碳强度于2014年再度出现下降

2017~2018年,德国减少叻1.7吉瓦燃煤装机2019年1月,德国煤炭委员会正式宣布已就淘汰燃煤电厂的时间表达成协议,确定德国最晚将在2038年年底结束煤电此外,德國还计划到2022年关闭国内约四分之一的燃煤电厂停运12.5吉瓦煤电装机;2023~2030年将煤电装机降至17吉瓦,平均每年减少2.4吉瓦根据德国能源转型(Energiewende)计划,到2022年将淘汰国内所有核电站转而发展可再生能源,到2030年将可再生能源发电量提升至总发电量的65%预计未来德国电力行业碳什么昰碳的排放量强度进一步下降空间有限。

根据英国气候政策网站碳简报(Carbon Brief)的统计数据2017年英国包括核电、生物质、风光、水电在内的低碳电源发电比例首次超过了50%,而天然气、煤炭、石油等化石能源的发电比例为47.5%其余2.5%为抽水蓄能等其他电源,同年英国度电碳什么是碳的排放量为237克/千瓦时仅为2012年的一半(508克/千瓦时)。

2018年英国二氧化碳什么是碳的排放量量连续第六年下降,是有记录以来持续时间最长的連续下降与煤炭相关的二氧化碳什么是碳的排放量量仅占英国总什么是碳的排放量量的7%。随着燃煤电厂陆续关闭这一比例将进一步缩尛。按照英国政府的计划2025年10月1日起任何电厂的瞬时碳什么是碳的排放量强度都不得超过450克/千瓦时。按照目前的技术状况和趋势在限定碳强度标准之后,英国可以确保2025年所有燃煤电厂全部停运如今,煤电在英国电力生产结构中的占比已降至5%创历史新低。如果煤炭是唯┅的减排贡献者那么英国继续减少总体什么是碳的排放量的潜力相当有限。要想在未来实现具有法律约束力的碳什么是碳的排放量目标英国的石油和天然气什么是碳的排放量量也必须减少。

美国是世界上第二大二氧化碳什么是碳的排放量国随着燃气发电机组逐步替代燃煤和燃油机组,同时低碳能源发电特别是风光等可再生能源发电不断增长,其电力行业碳强度较以前有所降低根据国际能源署的统計数据,2016年美国度电碳什么是碳的排放量为433克/千瓦时比世界平均水平低11.6%。2010~2016年美国电力行业碳强度下降了18.4%。这一时期内页岩气生产帶动天然气价格大幅下降,燃煤发电大规模地向燃气发电过渡到2016年,煤电在发电结构中的占比降至31.4%而天然气的占比则增至32.9%,美国天然氣发电量首次超过燃煤发电量

如果说美国天然气对于其他化石燃料的替代更多的由市场驱动,那么其低碳能源发电的增长则主要由地方政策和联邦鼓励发展可再生能源的相关税收驱动2005年,低碳电源在所有电源中占比28%截至2017年,该比例升至38%几乎所有的增长都来自于包括風光在内的可再生能源,核电和氢能发电等低碳能源发电保持相对稳定

由于电力需求增长放缓及发电燃料结构变化,美国电力行业二氧囮碳什么是碳的排放量量自2005年以来已经减少了25%左右根据美国电子工业联合会的统计数据,2017年电力行业二氧化碳什么是碳的排放量量为17.44億吨,为1987年以来的最低值美国能源信息署预计,2018~2020年美国电力行业二氧化碳什么是碳的排放量量将仅减少1亿吨。如果不改变现行法律法规到2050年,美国电力行业二氧化碳什么是碳的排放量量将不会出现明显下滑基本持平于目前水平,约为16亿吨左右另外,美国发电量預计将在未来30年增长23%新增发电量将主要来自二氧化碳什么是碳的排放量更少的天然气和风光等可再生能源。

日本是发达国家中为数不多嘚一个电力行业碳强度超过世界平均水平的国家作为全球范围内大力发展国内外发电能力(包括二氧化碳减排技术)的工业化国家之一,日本越来越受到来自环保人士的批判和同盟国的压力根据国际能源署的统计数据,2016年日本度电碳什么是碳的排放量为544克/千瓦时。造荿这种情况的主要原因是2011年福岛第一核电站事故导致大量核电厂关闭日本对化石燃料发电的依赖逐渐增加。2010~2016年核电在日本发电结构Φ的占比从26.1%降至1.7%,尽管同一时期内可再生能源在发电结构中的占比从2.6%增至9%但日本电力行业碳强度仍在继续波动。

不过自2012~2013财年达到峰徝14.09亿吨后,日本碳什么是碳的排放量量开始呈下降趋势根据日本环境部的统计数据,2017~2018财年(截至2018年3月)日本二氧化碳什么是碳的排放量量由上一财年的13.07亿吨二氧化碳当量下降至12.94亿吨二氧化碳当量,连续第四年下降创2009年以来新低。这主要得益于能源效率的不断提高以忣反应堆重启后核电站发电量的增加日本计划到2030年将碳什么是碳的排放量量较2013年的水平下降26%至10.42亿吨。最新数据显示目前日本二氧化碳什么是碳的排放量量已较2013年水平下降了8.2%。

无论是对比世界平均水平还是其他大型的二氧化碳什么是碳的排放量国,俄罗斯电力行业碳强喥都相对较低但仍比欧盟国家平均水平高出20%。根据国际能源署的统计数据2016年,俄罗斯度电碳什么是碳的排放量为358克/千瓦时与2010年相比減少了59.5克/千瓦时,降幅9%该国电力结构中,天然气、核电和水电的占比较高2016年分别为48%、18%和17%,此外热电联产的占比也很高2016年为39%,效率可達到85%~92%

三、对我国降低电力行业碳强度的启示

根据目前的碳什么是碳的排放量量变化趋势,全球实现2摄氏度温控目标依旧任重道远电仂行业是目前全球能源领域最大碳什么是碳的排放量源。为了避免发电行业碳什么是碳的排放量量增加仍需进一步降低当前的碳强度。

Φ国是世界上最大的二氧化碳什么是碳的排放量国电力结构中煤电占比较大,电力行业碳强度相对较高根据《电力发展“十三五”规劃(年)》提供的数据,2015年我国火电机组平均供电煤耗为315克/千瓦时,燃煤机组为318克/千瓦时按照燃煤和燃气机组的发电比例计算,则燃氣机组的供电煤耗为247克/千瓦时进一步按照相应的折算系数推算得出我国燃煤机组的平均二氧化碳什么是碳的排放量强度在890克/千瓦时左右,燃气机组的平均二氧化碳什么是碳的排放量强度在390克/千瓦时左右

近年来,中国碳什么是碳的排放量控制水平显著提升碳什么是碳的排放量强度不断下降。根据2017年9月中国电力企业联合会发布的《中国煤电清洁发展报告》2016年中国火电单位发电量二氧化碳什么是碳的排放量量降至822克/千瓦时,比2005年下降21.6%2015年全国火电单位供电二氧化碳什么是碳的排放量比2010年下降近8%,超额完成《国家应对气候变化规划()》提絀的下降3%左右的目标要求

电力行业碳强度的降低主要得益于电源结构的优化。2016年10月国务院印发《“十三五”控制温室气体什么是碳的排放量工作方案》,提出到2020年单位国内生产总值二氧化碳什么是碳的排放量比2015年下降18%,碳什么是碳的排放量总量得到有效控制明确规萣“大型发电集团单位供电二氧化碳什么是碳的排放量控制在550克/千瓦时以内”。

此外以高效现代燃煤机组代替老旧燃煤机组也对降低碳強度起到了明显的推动作用。尽管我国煤电比例呈现下降趋势但考虑到煤电在相当长时期内仍将占据重要地位,因此新建高效煤电机组、节能改造现役机组、提高机组效率也是我国降低发电碳什么是碳的排放量的主要途径之一2016年12月,国家发展改革委和国家能源局发布《電力发展“十三五”规划(年)》提出“十三五”期间要求新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标煤/千瓦时,现役燃煤发电机组经改慥平均供电煤耗低于310克标煤/千瓦时;煤电机组二氧化碳什么是碳的排放量强度下降到865克/千瓦时左右

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  能源在保障人类进步和社会發展方面发挥了重要的推动和保障作用但由于化石能源的大量开发造成了严重的生态环境破坏,已经威胁到人类生存而发展清洁低碳嘚核电对保障能源安全、保护生态、调整能源结构都有着重要意义。

  分析我国能源产业现状及挑战在习近平生态文明思想的指导下,基于碳什么是碳的排放量约束和可持续发展要求高质量发核电是能源结构调整的重要任务,但受福岛事故影响核电发展遇到前所未囿的困难,尤其新厂址开发难度很大短期看集群式发展不失为一个突破方向。

  发展核电的重要意义

  二氧化碳是全球变暖的主要洇素也是化石燃料的必然产物,有研究表明当前地球的二氧化碳浓度与300万年前类似,而当时的海平面比现在要高出三米可以看出人類所面临的巨大挑战。

  但与碳什么是碳的排放量的斗争举步维艰尤其不同于发达国家,大量的发展中国家正在进行工业化大量的能源需求必然导致碳什么是碳的排放量还将迅速增长,而发展清洁低碳的核电对降低碳什么是碳的排放量、改善能源结构、促进可持续发展都有着重要意义

  (一)从世界看发展核电的重要性

  1. 世界能源结构向低碳转型的困境

  工业化以来全球大规模的化石能源消費导致了大量的温室气体什么是碳的排放量,二氧化碳浓度由工业革命前的280ppm上升到目前的380ppm使近百年来全球平均气温升高了0.74℃,而70%以上的溫室气体什么是碳的排放量归因于化石燃料燃烧在《京都协议书》的框架下,各国都在采取措施以减少二氧化碳什么是碳的排放量也呮有各国都采取强有力的措施,才能实现到2030年二氧化碳什么是碳的排放量量不超过400亿吨的目标

  2018年全球什么是碳的排放量高达338.9亿吨,從趋势上看虽然全球可再生能源发电增长迅猛,但仍不能满足电力增长的需求需要煤炭进行补充,这在发展中国家尤为突出可见发電行业脱碳在短期内难以实现的现实不容忽视。

  从动态看2018年的能源生产、消费和碳什么是碳的排放量都以近些年最快的速度增长,煤炭在新增电力总量中仍占有约三分之一的比例这与人类追求的低碳社会南辕北辙,能源结构转型的速度与巴黎协定的预期目标更加遥遠

  而最明显的特征是,与1998年相比世界能源结构中煤炭占比38%、非化石燃料占比36%,这个比例基本没变也就是全球电力结构近20年来并沒有明显改善。这主要就是因为核电发电量的降低而其他可再生能源的增长填补不了这个缺口。

  2. 核电在应对气候变化中的重要作用

  国际能源署在《清洁能源系统中的核电:低碳发电的关键来源》指出核电能够为全球能源转型做出重要贡献。当前核电是全球第二夶低碳能源占发电量的10%,然而由于各种经济、监管等原因发达国家在役的核电厂寿期结束开始逐步退役,后续在没有新的核电项目补充的情况下核电发电量可能出现急剧下降,这将严重威胁能源安全和气候控制目标

  如果按当前的趋势,到2025年发达国家核电装机容量将减少四分之一到2040年将减少三分之二,这将增加全球40亿吨碳什么是碳的排放量超过当前什么是碳的排放量的10%。

  《巴黎协定》的目标是控制全球温升不超过2℃争取控制在1.5℃之内。如果要实现这个目标到本世纪下半叶全球要实现温室气体净零什么是碳的排放量,洏从当前各国形势看离目标越来越远,就2030年而言要实现2℃目标二氧化碳什么是碳的排放量要比当前减少20%,但按当前的趋势什么是碳的排放量还要增加10%

  所以,按现在的趋势发展到本世纪末全球温升有可能超过3℃~4℃,这将把地球带入百万年来未曾进入的气候带對人类社会将是灾难性损害。

  3. 核电是理想和必要的低碳能源

  核能是一种可大规模替代化石能源的清洁、低碳、基荷能源是大国強国技术,其能源特性和战略属性决定了核能在全球能源转型中将发挥重要作用每台100万kW核电机组每年可以减排二氧化碳约600万吨,1亿kW核电烸年可以发电2.4万亿kWh折合2.4亿吨标煤,减排约6亿吨二氧化碳

  现在世界各国都必须探索实现经济社会发展与碳减排双赢的发展路径,核電是理想的低碳能源政府间气候变化问题小组最近题为《全球变暖1.5℃》特别报告明确提出了全球大幅扩大核电规模会对减缓气候变化做絀重要贡献,也非常必要IAEA对核电的预测,在高值模式下到2050年全球核电增幅为80%

  (二)从国内看核电发展的现实意义

  1. 实现低碳发展的重要举措

  从低碳发展角度看。2000年以来我国碳什么是碳的排放量的增量约占全球总增量的45%2009年,我国政府提出了2020年的减排目标但茬测算时预计届时核电装机为8000万kW,但受福岛核事故严重影响我国核电进入观望期,目前的装机容量仅有4875万kW约为目标的一半,势必造成峩国减排目标压力巨大

  而近几年我国控煤虽然取得了阶段性成果,但碳什么是碳的排放量在2017、2018年都产生增长主要原因是石油消费嘚增长抵消了减煤的正效应,当社会各界把减排的目标都集中在煤炭的同时也需要关注石油。

  2018年石油占一次消费达到18%消费强度逐姩提高,如果不加以控制在煤炭占比下降后,不但会使我国能源对外依存度继续提高威胁到能源安全,而且石油消费的温室气体什么昰碳的排放量及对空气、水污染的影响将日益加重

  我国核工业体系健全,技术和经验已经全球领先核安全完全有保障,在我国能源结构转型尤其应对减排压力中核电是重要的战略选择安全高效发展核电是能源行业践行习近平生态文明思想的重要举措。

  2. 调整能源结构的重要选择

  受我国资源禀赋和逆向分布特征我国形成了以煤为主的能源结构,2018年我国一次能源消费总量46.4亿吨标准煤(tce)消費了全球能源总量的23.6%,煤炭显然是我国主要的一次能源消费27.4亿tce,占全球50.5%

  虽然煤炭在我国能源结构中的比重已经由十年前的73.6%降至59%,泹总量可观;电力方面2018年我国电力装机已接近19亿kW,其中火电11.4亿kW;核电4466万kW;总发电量为69939亿kWh其中火电49231亿kWh;核电2944亿kWh。

  非化石能源中水電受制于资源条件,开发总容量有限风能、太阳能还需要解决诸如经济性、储能、产业配套等问题,短时间内还难以成为主力能源而核电具有产业成熟、技术先进、功率密度高,布局灵活等优势从调整能源结构的角度来看,发展发电具有重要意义

  3. 保障我国能源咹全的重要任务

  当前我国能源安全形势严峻,发达国家通过控制能源竭力维护世界主导权的态势不会改变促使能源的战略属性、政治属性进一步凸显,针对能源资源的博弈日趋激烈美国“重返亚洲”对我国形成战略压力,况且我国周边环境复杂石油运输通道受制於人,能源安全形势严峻

  我国的煤炭、天然气和石油的储采比分别只有38、37.6和18.7年,2018年能源总体对外依存度21%石油对达到70%,天然气43%煤炭6%,而我国虽然总的电力装机容量数量可观但人均与发达国家相比相差巨大,2018年人均生活用电量仅为美国的14.1%随着工业化、电气化刚性需求持续增加,能源总需求的缺口将进一步加大资源约束日益凸显。

  根据测算如果考虑国内供应量不变,到2030年我国石油对外依存喥将上升到73%而天然气或将达到70%。在化石能源发展受限、可再生能源短期内难以弥补缺口的情况下足以看出发展核电对保障能源安全的偅要作用。

  4. 保障可再生能源消纳的重要基础

  近些年全球范围内可再生能源都得到快速发展,我国更是以每年超过10%的速度增加這是能源发展的总趋势。而当前在储能技术还没有取得重大突破前大规模的可再生能源开发和大比例的间歇性电能并入电网,对电网运荇会带来一定挑战需要基荷能源进行保障。

  有研究结果表明当间歇性能源在电力结构中的比重超过30%时,将会给电网带来安全风险增加电力供应成本。如2019年8月的英国大停电事故有分析认为主要原因是新能源大量替代传统电力导致了系统惯量水平下降,其中一个细節就是在系统频率临近崩溃之前,有28秒的僵持时间在28秒中,如果英国不是淘汰那么多传统电力通过快速爬坡是能够顶住系统频率崩潰的。

  而恰恰是因为传统能源的消失系统转动惯量的减少,随着电压的崩溃分布式可再生能源形成孤网,进一步发展成孤岛效应解列造成整个系统崩溃的大型事故,更如日食对德国太阳能供电产生的重大影响等可见基荷能源的重要性

  核电的特点是能源密度高,运行稳定布局灵活,便于在负荷中心就近布置是理想基荷能源,有助于改善电网电能结构保障电力运行稳定。

  同时在负荷中心灵活布置核电基地,可以减少电力运输的大量成本对全社会经济性有积极影响,也就是实现东部地区能源使用从“身边来”和“遠方来”相结合

  5. 保持我国核工业技术水平的重要依托

  核能是世界大国战略必争的高科技产业,如美国、俄罗斯等国尽管能源充足但为了保持竞争力和产业持续发展仍坚持发展核能。国外经验和我国实践证明和平时期能完整保留一支与核大国相适应的核科技力量并不断提高,有效的办法就是发展核电

  自主地、较大规模地发展核电,有利于维护我国核科技工业体系的完整性带动和促进我國整个核工业产业的发展,从而进一步增强我国的核威慑力量实现我国的战略目标。

  我国核电发展的空间分析

  通过数学模型對我国今后十年能源结构发展趋势分析可以看出,我国能源需求强劲在碳什么是碳的排放量约束下,煤炭发展受限尽早达峰石油从高速增长到消费达峰,而天然气激增对外依存度或将达到70%左右,可再生能源中水电开发基本完成,风电、太阳能保持快速发展但仍不能滿足增量需求对存量的替代无从谈起,在能源刚性需求下核电仍有较大发展空间。

  (一)我国2030年能源发展数量测算

  1. 测算方法囷参数

  利用弹性系数法测算考察我国过去十年能源增长,从2009年能源消费总量为33.6亿tce到2018年的46.4亿tce可以计算出能源消费总量年均增长3.8%。

  2005年-2013年我国GDP年均增速10.2%能源消费弹性为0.59,可见这一阶段是我国经济发展与高能耗的重工业关系密切年GDP年均增速6.9%,能源消费弹性0.32可见我國经济转型的明显特征。

  而从更长的时间维度计算自2000年到2018年能源消费弹性系数的平均值为0.34,这些数据印证了国家GPD与能源消费约成3倍嘚关系原理

  考虑到产业转型和能耗降低等变化对弹性系数的影响,在预测到2030年能源消费时将能源消费弹性系数从2018年0.51的基础上,年喥下降4.5%到2030年能源消费弹性达到0.29。

  GDP的预测更是复杂的各个机构的预测差别也较大,世界银行、中国石油经济技术研究院等机构及专镓预测未来10年我国进入质量效益型的高质量发展阶段GDP增速将维持6%左右。

  而按照高盛的预测到2039年、美国卡内基国际和平基金会预测到2035姩、汇丰集团首席执行官预测到2050年、胡鞍钢预测到2020年而美国咨询公司普华永道预测到2030年我国的GDP将成为世界第一

  从历史数据看,进入噺常态后我国GDP年增速一路走低,但降幅在逐渐收窄GDP增速有企稳的迹象,6%-7%似乎是近期增速的底部当然触底企稳只是未来的一种可能,吔有一些经济学家持悲观态度认为未来GDP增速将降低到6%,再到5%、4%甚至3%以下都是有可能而现实中经济增速始终存在进一步下滑的风险。为叻保守起见本文按照GDP增速在2018年6.5%的基础上年度降低2%,到2030年逐渐降低到5.1%

  基于GDP和能源消费弹性系数的变化,能源消费总量增速在2018年的基礎上逐年递减从2018年的3.3%逐年递减,到2030年为1.49%年均降幅约1.5%。

  对于石油参考《中国石油消费总量达峰与控制方案研究》确定的控油“路線图”,到2050年我国油耗需要在4.2亿吨以内才能实现《巴黎协定》承诺的目标,《报告》预计到2025年我国石油消费达到峰值7.2亿吨2035年则下降到6億吨。

  考察近10年石油在总体消费中的占比从2009年21.50%到2018年的19.75%,年均降低0.06%在此基础上,按4.5倍的强度系数进行调整以确定到2030年石油在一次能源的占比本文测算到2029年石油消费达到峰值7.02亿吨油当量。

  对于天然气考察近10年天然气在总体消费中的占比,从2009年2%到2018年的6.5%年均增长0.15%,而近年来天然气的增速加速放大,并考虑到宏观目标即到2030年天然气占总体消费份额的15%,因此按4.5倍的强度系数进行调整以确定到2030年忝然气在一次能源的占比,年均增长7%

  对于煤炭,我国当前消费约40亿吨截至2018年底全国证照齐全的煤矿产能为35亿吨/年,在建煤矿产能10.3億吨/年考虑到批小建大等情况,估计我国煤炭产能将在48亿吨/年而大多机构预计我国煤炭的消费峰值在42-43亿吨/年,也就是相比当前消费总量约增加7%左右

  虽然近两年煤炭的用量在增加,但在能源中的占比逐渐下降考察近10年煤炭占比情况,从2009年70.6%到2018年的59%年均降低0.37%,而近姩来随着可再生能源的大力推广,并考虑到2030年碳什么是碳的排放量达到峰值的约束按3.2倍的系数进行调整,煤炭到2023年达到消费峰值相仳2018年增长2.6%。

  对于非化石能源包括水电、核能和风电、太阳能。考察近10年的发展趋势在能源消费中的占比从2009年的5.9%上升到14.7%,年均增幅0.28%

  近些年,可再生能源快速发展并考虑到2030年非化石能源在总体能源占比达到20%的宏观目标,系数按2.8进行调整预测到非化石能源2030年占仳为24.4%。

  对于碳什么是碳的排放量按《中国能源统计年鉴》及《国家温室气体什么是碳的排放量清单指南》给出的各能源什么是碳的排放量系数,确定煤炭(标煤)为0.755石油综合(取煤油、汽油、燃料油、柴油、原油的平均值)0.584,天然气为0.448以2018年化石能源消费量与碳什麼是碳的排放量数值为基础,同比例测算到2030年的数值

  2. 我国2030年能源结构测算结果

  到2030年我国能源消费总量为4211百万吨油当量(toe),合60億吨标煤增幅为30%,其中化石能源增长15%非化石能源增长113%。碳什么是碳的排放量到2029年达到峰值104亿吨

  (二)我国2030年电力产业发展测算

  1. 2030年非化石能源发电量预测

  我国2018年总发电量为69940亿kWh,由于各发电形式的换算比例不同为了便于分析,按1百万toe在一座现代发电厂中可鉯发电4.4TWh考虑则可以计算发电量约占一次能源消费总量的比例为49%,其中非化石能源发电量为20708亿kWh按照上文中能源结构结果,换算2030年非化石能源发电总量为45221亿kWh

  近十年水电、核电和近四年风电、太阳能发电量年均增长率分别为10.7%、29.6%、24.3%和87.4%,结合能源开发总量和工程判断测算沝电、核电、可再生能源(风、光)分别为17064、6752、21373亿kWh。

  2. 2030年发电量测算

  非化石能源根据上文分析可以测算发电量而火电需要根据发電总量进行预测反推。分析我国能源消费总量和发电量的关系2008年能源消费总量为32.1亿吨标煤,实际发电量占折合的总发电量比例为34.98%2018年则為48.99%。按趋势折合一定系数并结合上述分析能源消费总量来预测发电量。

  各能源形式的发电量预测则根据工程判断以及资源储量和全浗互联网模式下的大规模清洁能源开发设想和推进情况进行预测其中火电2030年发电量测算为52267.5亿kWh,加上上述水电、核电、风电和太阳能的测算2030年总发电量在9.7万亿kWh左右。

  从最终结果可以看出到2030年,总发电量占能源消费量的比重为53%年均增幅0.3%,远低于前十年的平均增幅1.4%洏可见可再生能源在满足电力增长方面还存在一定欠缺。也可以看出即使总发电量达到约10万亿kWh,人均用电量达到7千kWh仍然仅相当于美国當前人均用电量水平的一半。

  3. 2030年装机容量预测

  为了简化处理装机容量根据发电量的增长比例在一定系数调节后,按比例调整結果如上图所示。

  (三)2030年核电发展空间

  根据预测到2030年,总的装机容量达到29亿kW平均年度增幅3.7%。核电1. 2亿kW年均年增长8.85%。值得注意的是也有机构和学者分析认为,我国风电和太阳能短期内经济可开发容量分别为3亿kW和4亿kW左右在这种情况下,风光电不足容量需要核電补充换算为核电容量约为0.8亿kW。而对于火电如果继续维持0状态增量部分仍需由核电替代,换算约为0.35亿kW可见核电装机容量或者需求或將达到2.35亿kW左右。

  2011年福岛事故前中国工程院《中国能源中长期发展战略研究》,由满足碳什么是碳的排放量要求倒推到2035年左右,核電需达到2亿kW这与本文前述分析基本一致。

  国际原子能机构2019年10月发布的《核技术评论》(2019)中,比较乐观预测了全球核电发展趋势叻认为我国到2030年核电装机将达到1.2-1.5亿kW,海外建造机组将达到30座

  从碳什么是碳的排放量角度看,到2030年我国碳什么是碳的排放量达到104億吨,火电就贡献了40亿吨分析中,核电装机为1.2亿kW每年相当于减排约7.2亿吨二氧化碳,若核电装机达到2.35亿kW则可以再减排6亿吨,总什么是碳的排放量或降低到100亿吨以内

  我国核电高质量发展的集群模式

  根据上文分析,从经济、技术、生态等各方面来看今后十年及鉯后,我国核电还有较大容量发展空间而福岛事故以后我国核电发展遇到了前所未有的困难,尤其新厂址的开发难度更大主要是邻避效应,为此需要对核电项目开发模式进行探讨集群式开发或许是一个思路。

  (一)我国核电发展现状

  1. 我国核电从大国向强国迈進

  我国核电发展自上世纪80年代起步采用“以我为主,中外合作”的方针建设了秦山、大亚湾、田湾等核电基地。进入本世纪后茬“积极发展核电”的方针指引下,我国通过国际招标引进了三代核电技术也正是这个阶段福岛核事故发生,我国核电发展进入安全高效发展的新阶段也是从二代向三代转型升级的阶段。

  经过多年发展当前我国在建核电规模世界第一,打通完整的产业链;通过不斷创新发展掌握主要的核心技术,成功研发了自主三代核电技术CAP1400和华龙一号并开始走向世界;积累了大量工程实践经验培养了各个专業的人才队伍;装备制造水平更是大幅提升。这些都促使我国已经成为世界三代核电发展的产业中心正在从“核电大国”向“核电强国”迈进。

  截至2018年底不含台湾省我国运行的核电机组数为44台,装机容量4466万kW在建13台核电机组,总计57台机组装机容量5867.8万kW。

  2. 后续发展遇到的问题

  根据前文分析保守估计到2030年核电仍有0.7亿kW的增量,也就是在当前57台运行和在建机组之外还需新开工60~70台机组。着眼长遠或考虑到风、光的经济可开发总量和煤电限制核电装机容量或将达到2.35亿kW,也就是还要增加大约140~160台机组

  而当前我国已经开发的核电厂址约17个,能够满足1亿kW的装机如果按照现有的发展模式,按照1.2亿kW装机需要新开发核电厂址3~5个,按2.35亿kW装机考虑则还需新开发核電厂址20个左右。

  而福岛核事故之后核电的发展受到重大影响,其中最主要的问题在于邻避效应核电选址难以取得当地群众的支持,另外也受制于海岸线资源紧张造成选址困难,项目推进难度大因此发展核电的思路需要进行调整,走集群化发展的思路

  (二)集群式核电发展模式

  1. 国外核电规模化发展经验

  国外的核电发展也经历了快速发展期。研究分析表明美国、法国和俄罗斯的核電发展都有大规模核电发展的历史经验。

  美国在1966年至1975年间新增商运机组53台占美国历史商运机组总数量的40%,该时间段内新增装机容量達到3962.1万kW且绝大部分核电机组均集中分布于东部地区;法国1981~1990年间新增商运机组39台,占法国商运机组总数量的55.7%装机容量达到4457.2万kW;俄罗斯茬1976~1985年间新增商运机组15台,占历史商运机组总数的35%装机容量达到1249.2万kW。

  通过各国核电发展史可以看出核电大国在某一时间段内积极迅速发展核电是有原因的。美国自1970年以来在实践中显著提高了核电站的安全性和运营实绩;法国核电之所以能够快速发展,是因为核电技术标准化、国内具有较为完善的核安全管理机构并且实行了一体化的运作模式;俄罗斯核电则具有技术安全性和经济性相协调等特点。

  因此我国应充分借鉴核电大国的历史经验,通过发展大规模核电的方式不断提高核电技术水平、管理水平和运营水平,保证我國核电产业安全高效发展

  2. 我国核电基地集群式经验

  从集群式的角度看,我国秦山基地已经具备一定雏形秦山基地有4个厂址,9囼机组总装机容量654.6万kW,年发电量约500亿kWh包括秦山核电厂1台机组,秦山第二核电厂4台机组秦山第三核电厂2台机组,方家山核电厂2台机组各个核电厂反应堆厂房间的相互距离最远约为2.2km,最近约为1km可见在一定条件下,集群式发展从技术上具有可行性

  除秦山之外,广東大亚湾核电站与岭澳核电站也具有集群式开发的特征两个厂址相距1.1km。大亚湾核电站2台98.4万kW机组岭澳核电站2台99万kW和2台108万kW,基地总装机容量610万kW

  3. 集群式核电发展思路

  集群化发展就是在现有厂址区域,民众接受度高的地区对现有厂址进行扩容,将现有一个厂址布置4~6台机组的模式进行调整

  一个相对大的区域内,在技术条件可行的情况下布置2~3个小厂址,在一个相对大的区域内使核电基地裝机容量达到2000万kW至3000万kW或者更高一点,以满足总体容量需要这是促进核电快速发展,优化能源结构快速实现减排目标的重要选择。

  4. 集群式核电发展的优势

  集群式开发核电的优势首先是有利于提高公众接受度降低开发难度和公众成本。

  其二是节约厂址资源按照传统发展模式,如果仍在沿海一带布局20个厂址一是技术上的有困难,因为核电厂址选择对地震、地质、气象、交通等有严格要求;②是核电周边约15公里为规划限制区,会在一定程度上对沿海经济社会发展产出制约

  第三是具有产业集聚优势,比如我国浙江海盐縣区域内的秦山基地集聚了核电关联企业78家,世界500强企业2家核电系统企业20多家,产值超亿元企业25家核电关联产业联盟企业达到78家,實现了核电产业的关联发展、抱团发展、错位发展2017年,核电及关联产业总产值260亿元

  第四是具有规模经济优势。主要是一些一次性投入可以对堆分摊降低成本。根据法国建设经验两台机组的单价比一台机组低15%,同一厂址四台机组的单价比两个厂址4台机组单价要低10%如果进行核电集群化建设,单台机组的造价会大幅降低

  笔者在论证建设一台CAP1400机组和同期建设两台机组经济性时,得出的结论是┅台机组的单位造价为16000元/千瓦,同期建设两台机组合理分担相关费用后的单位造价为14000元/千瓦,后续规模化实施后造价将降低到12000元/千瓦

  而在美国的60个核电厂址中,单机组厂址24个多机组厂址36个,从总成本可以看出多机组厂址发电成本是单机组厂址的70%。

  5. 集群式核電发展存在问题和对策

  集群式发展存在的问题主要有一是需突破现有部分法律法规,我国正在起草的核电建设标准规定了一个沿海廠址不宜超过6台机组内陆为4台。并按照现行国家标准比如《核动力厂环境辐射防护规定》GB等环保标准测算,沿海核电厂超过6台部分堆型放射性流出物什么是碳的排放量量有可能超过标准限值,需采取工程措施;

  二是需进行技术突破一个区域布局10-20台机组,需要对核安全方面进行严格论证尤其在共因失效的问题等,也需要对核应急方面进行专题研究;

  三是在厂址条件方面若在现有区域开展咘置,难以满足所有机组的都采用天然地基需对软土地基进行专题研究;

  四是特别需要对接入电网进行研究,比如2000万kW级核电接入电網考虑共模失效的情况,对电网运行安全的影响需要进行分析

  总之来看,集群式发展核电在技术上存在可行性秦山核电基地4个廠址9台机组已经是一个集群式发展的雏形和现实事例,后续需要对以上几个存在问题进行深入分析尤其需要对我国适合集群式开发的厂址进行普查,针对性提出具体工程方案进而就相关技术问题进行深入专题研究,从工程角度推动我国核电高质量集群式发展

  着眼鈳持续发展,经济学家帕萨·达斯古普塔基于生态环境破坏将对人类生存产生重要影响的基础上进行研究得出结论是为了未来1美元可以放棄当期的9美元的消费,也就是从经济学一个事例实证了习近平生态文明思想关于绿水青山就是金山银山的理念

  习近平总书记也指出當前是生态环境治理的机遇期、关键期和窗口期,对于能源行业提出了“四个革命一个合作”战略,在此战略的指导下能源行业的机遇在今后10年仍是能源需求的快速增长期,国家产业结构调整也将为能源产业结构调整带来机遇;从关键期来看生态环境治理的重头戏在於能源结构调整,重要性不言而喻在新一代产业革命孕育发展之际,今后10年重要性更加明显;从窗口期来看能源在达到一定量之后,會进入缓慢发展期届时能源结构调整将难上加难,根据预测我国到2030年的发电量还有50%的增量这就给能源结构尤其电力结构调整带来了难嘚的窗口期。

  从上述分析可以看出在安全高效的基础上高质量发展核电是我国能源转型重要战略选择,当前核电发展遇到了一些困難更需要整个行业创新思路,同舟共济共谋发展,为美丽中国建设贡献核力量(文 | 伍浩 供职于国家电力投资集团公司)

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以主张100%可再生能源著称的斯坦福夶学教授MarkZ. Jacobson最近发表文章比较各类发电技术的平均度电碳什么是碳的排放量(克/千瓦时,g-CO2e/kWh)如果单看各类发电技术本身,那么各类技术铨生命周期内的度电碳什么是碳的排放量如下:


屋顶光伏:15-34克/千瓦时

公共事业级光伏:10-29克/千瓦时

海上风电:9-17克/千瓦时

水电:17-22克/千瓦时

波浪能:21.7克/千瓦时

潮汐能:10-20克/千瓦时

核电:9-70克/千瓦时

生物质:4-1730克/千瓦时

天然气+碳捕捉与贮存:179-336克/千瓦时

煤电+碳捕捉与贮存:230-800克/千瓦时

但是如果考虑各类发电技术的建设周期所带来的“机会成本”(以陆地风电、地面光伏为标杆,核电的建设周期长5到17年成本要高2.3-74倍,因此核电低碳的效益大大低于风电光伏)以及其他因素那么各类发电技术全生命周期的度电碳什么是碳的排放量如下:

公共事业级光伏:7.85-26.9克/千瓦時

陆地风电:4.8-8.6克/千瓦时

地热:29-79克/千瓦时

波浪能:26-38克/千瓦时

潮汐能:14-36克/千瓦时

天然气+碳捕捉与贮存:230-412克/千瓦时

煤电+碳捕捉与贮存:282-876克/千瓦时

鼡这种方法计算,核电的全生命周期碳什么是碳的排放量是陆地风电的9-37倍!

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