(國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司，北京 102209)

在人類共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化大背景下,能源清潔低碳轉(zhuǎn)型成為全球大趨勢(shì),風(fēng)光新能源進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展時(shí)代,而世界核電發(fā)展進(jìn)程受日本福島核事故影響未來(lái)走勢(shì)充滿變數(shù)。全球視野下,世界能源供需格局出現(xiàn)重大變化,能源生產(chǎn)中心西傾、消費(fèi)中心東移,能源地緣政治正在深刻改變,能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)利益分化調(diào)整,局部角力加劇,全球能源安全格局正處于深度調(diào)整之中[2]。多方面不確定性因素疊加下,各國(guó)核電發(fā)展決策日趨保守。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)最新統(tǒng)計(jì),截至2019年6月,全球在運(yùn)核電機(jī)組達(dá)到449臺(tái),總裝機(jī)容量約3.98億kW,在建核電機(jī)組54臺(tái),總裝機(jī)容量5 500萬(wàn)kW。雖然有關(guān)國(guó)家出于安全因素的考慮,做出了棄核的決定,但全球范圍內(nèi)仍有許多國(guó)家認(rèn)為核電對(duì)加強(qiáng)本地能源供應(yīng)安全和減緩氣候變化過(guò)程中將發(fā)揮重要作用。相對(duì)而言,近一時(shí)期我國(guó)核電發(fā)展機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。我國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家,核電在建規(guī)模長(zhǎng)期保持全球第一。如何在加快建設(shè)清潔低碳、安全高效能源體系的總體戰(zhàn)略布局下,謀劃好新時(shí)代核電的發(fā)展定位具有重大意義。這需要牢牢把握住新發(fā)展理念下能源高質(zhì)量發(fā)展這個(gè)根本要求。

1 適應(yīng)能源高質(zhì)量發(fā)展的核電發(fā)展定位

能源發(fā)展要與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào),必須適應(yīng)、支撐中國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。能源行業(yè)要通過(guò)改革創(chuàng)新,走在高質(zhì)量發(fā)展前列,爭(zhēng)取最大程度達(dá)成如下綜合目標(biāo)：國(guó)家能源安全有效保障、能源科技硬實(shí)力領(lǐng)先、綠色發(fā)展水平一流、用能更加經(jīng)濟(jì)、能源開(kāi)發(fā)利用不平衡不充分根本扭轉(zhuǎn)、新業(yè)態(tài)新模式涌現(xiàn)等。毋庸置疑,高質(zhì)量發(fā)展是更高開(kāi)放水平和范圍下的發(fā)展,需要能源領(lǐng)域穩(wěn)步推進(jìn)“一帶一路”倡議,積極拓展國(guó)際能源合作,打造能源命運(yùn)共同體。

實(shí)現(xiàn)能源高質(zhì)量發(fā)展,根本途徑是新發(fā)展理念下供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,要堅(jiān)持創(chuàng)新為第一動(dòng)力、協(xié)調(diào)為內(nèi)生要求、綠色為普遍形態(tài)、開(kāi)放為必由之路、共享為根本目的。這要求核電產(chǎn)業(yè)建立創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展模式；著眼能源轉(zhuǎn)型全局,實(shí)現(xiàn)與各類電源協(xié)調(diào)發(fā)展；充分發(fā)揮核電技術(shù)特色作用,助推實(shí)現(xiàn)更高水平綠色發(fā)展；落實(shí)“一帶一路”倡議,積極拓展國(guó)際合作；共享發(fā)展,更注重公平性。

習(xí)總書記指出,要堅(jiān)持理性、協(xié)調(diào)、并進(jìn)的核安全觀；核工業(yè)是高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),是國(guó)家安全重要基石。這為我們認(rèn)識(shí)能源發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)打開(kāi)了更大空間。因此,核電適應(yīng)能源高質(zhì)量發(fā)展,不僅要著眼能源轉(zhuǎn)型發(fā)展全局,也要立足打造核工業(yè)大國(guó)重器的國(guó)家大局。研究對(duì)比各國(guó)能源戰(zhàn)略來(lái)看,核電發(fā)展定位與國(guó)家戰(zhàn)略、能源戰(zhàn)略密切相關(guān),不同戰(zhàn)略下電屬性或核屬性的權(quán)重不同。俄羅斯是世界上較早利用核能的國(guó)家之一,兼顧核電和軍用,其技術(shù)優(yōu)勢(shì)從蘇聯(lián)時(shí)期保持到現(xiàn)在,頗具戰(zhàn)略眼光。法國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持以核能為主的能源發(fā)展戰(zhàn)略,有效緩解了能源安全問(wèn)題,而且以較低電價(jià)支撐了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)較好,具備從全球視野、更有戰(zhàn)略性的位置來(lái)謀劃未來(lái)發(fā)展的條件。首先,我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)擁有比較完整的核電工業(yè)體系的國(guó)家之一,關(guān)鍵設(shè)備和材料自主化、國(guó)產(chǎn)化取得重大突破。其次,我國(guó)投入商運(yùn)的46臺(tái)機(jī)組安全運(yùn)行業(yè)績(jī)突出,主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)保持國(guó)際前列,在行業(yè)管理、安保與應(yīng)急反應(yīng)等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。再次,核電產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng),具有較強(qiáng)帶動(dòng)性。最后,我國(guó)核電“走出去”前景好,潛在的發(fā)展市場(chǎng)廣闊。

綜上所述,適應(yīng)能源高質(zhì)量發(fā)展總要求,核電需要走出一條創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享之路,積極承擔(dān)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)性功能作用。一是核電是我國(guó)非化石能源供應(yīng)體系重要組成部分,對(duì)深度替代常規(guī)化石能源,持續(xù)優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)具有重要作用,是我國(guó)打造綠色低碳發(fā)展國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要方面。二是核電是高效滿足能源需求、保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略選擇。三是發(fā)展核電是提升我國(guó)裝備制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、發(fā)展和支撐我國(guó)核大國(guó)地位的重要支撐。四是核電可在“一帶一路”建設(shè)中扮演重要角色,在開(kāi)放條件下形成更大競(jìng)爭(zhēng)力。五是在數(shù)字能源經(jīng)濟(jì)下對(duì)外廣泛賦能帶動(dòng)社會(huì)各方,共享發(fā)展。

2 清潔低碳、安全高效能源體系下核電發(fā)展前景

能源高質(zhì)量發(fā)展,要求更高水平推進(jìn)清潔低碳能源轉(zhuǎn)型。這關(guān)鍵在于要解決好風(fēng)光、核電與各類電源靈活調(diào)節(jié)資源的優(yōu)化配置與協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題。未來(lái),核電在能源結(jié)構(gòu)中重要性將進(jìn)一步提升。而安全一直是核電發(fā)展的中心要義,受此相關(guān)因素影響,全球核電發(fā)展呈較高不確定性。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(2017年)對(duì)2050年前的全球核電發(fā)展作了高、低兩種情景的預(yù)測(cè),2030年3.45～5.54億kW,2040年3.32～7.17億kW,兩種情景預(yù)測(cè)結(jié)果差異巨大,甚至低方案發(fā)展水平不如當(dāng)前。相對(duì)而言,IAEA(2017年)和BP(2018年)保持樂(lè)觀態(tài)度,預(yù)測(cè)2040年全球核電發(fā)展規(guī)模將在4.9億～7.2億kW之間。分析展望我國(guó)核電發(fā)展前景,不考慮類似因素影響,主要聚焦于如何通過(guò)協(xié)調(diào)發(fā)展實(shí)現(xiàn)綠色目標(biāo)。

本文基于源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)協(xié)調(diào)規(guī)劃理論,依托具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力系統(tǒng)規(guī)劃軟件GESP,在滿足非化石能源消費(fèi)占比目標(biāo)、電力電量平衡、調(diào)峰平衡等約束前提下,以全社會(huì)電力供應(yīng)總成本最低為目標(biāo),同步優(yōu)化核電、新能源和抽蓄、氣電、火電靈活性改造等各類靈活調(diào)節(jié)資源的開(kāi)發(fā)規(guī)模和布局,以及電力流向和規(guī)模，中長(zhǎng)期電力系統(tǒng)規(guī)劃模式如圖1所示。核電裝機(jī)規(guī)模方面,按基準(zhǔn)方案(1)按國(guó)家能源局2016年研究課題《我國(guó)中長(zhǎng)期電力需求展望與預(yù)測(cè)模型研究》成果設(shè)置邊界條件。,預(yù)計(jì)2030年核電發(fā)展規(guī)模達(dá)到1.31億kW。布局方面,華東、南方和華北為主。發(fā)電量占比方面,2030年發(fā)電量占比達(dá)到10.0%。通過(guò)設(shè)計(jì)核電發(fā)展不同情景和方案,探索優(yōu)化核電發(fā)展路徑。這包括電力需求采用高方案情景和核電投資成本提高情景。結(jié)果表明,相對(duì)基準(zhǔn)情景,核電裝機(jī)分別增加900萬(wàn)kW和減少6 100萬(wàn)kW,但總裝機(jī)提高7%～12%,電力供應(yīng)總成本顯著提高。

圖1 中長(zhǎng)期電力系統(tǒng)規(guī)劃模型Fig.1 The model of medium-andlong-termpower system plan

從能源電力發(fā)展全局而言,核電中長(zhǎng)期發(fā)展不同規(guī)模與節(jié)奏,是對(duì)安全性、清潔性和經(jīng)濟(jì)性“不可能三角”的不同能源戰(zhàn)略權(quán)衡的結(jié)果。不同的核電發(fā)展路徑,意味著不同的風(fēng)光新能源發(fā)展規(guī)模和調(diào)峰資源規(guī)模,以及相應(yīng)成本的變化。不同歷史階段戰(zhàn)略優(yōu)先次序不同,路徑抉擇就不同,成效也不同。由“十一五”優(yōu)化發(fā)展能源工業(yè),到“十三五”建設(shè)現(xiàn)代能源體系,國(guó)家能源戰(zhàn)略逐步由確保穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的供應(yīng),向能源結(jié)構(gòu)清潔低碳化轉(zhuǎn)型強(qiáng)化轉(zhuǎn)變?？傮w而言,非化石能源消費(fèi)占比發(fā)展目標(biāo),要求核電與風(fēng)光、靈活性資源發(fā)展步調(diào)要協(xié)調(diào)。這是核電助推能源高質(zhì)量發(fā)展的基本路徑。

總體看,核電中長(zhǎng)期穩(wěn)定健康的發(fā)展節(jié)奏對(duì)于我國(guó)能源安全、綠色轉(zhuǎn)型起到關(guān)鍵作用,可成為“不可能三角”的破題變量。一方面,我國(guó)能源資源相對(duì)匱乏,油氣對(duì)外依存度持續(xù)攀升,在滿足綠色低碳發(fā)展各類技術(shù)路線中,核電是本土保障能源安全一個(gè)重要選擇。短期看,發(fā)展核電一定程度實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣資源的存量和增量替代,可以降低進(jìn)口需求量；中長(zhǎng)期來(lái)看,傳統(tǒng)能源枯竭已成普遍共識(shí),能源安全將取決于新能源領(lǐng)域的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng),核電責(zé)無(wú)旁貸。另一方面,綠色與經(jīng)濟(jì)性能否同步獲得。這主要看核電產(chǎn)業(yè)能否有效降低成本,提升效率。下一步應(yīng)加快推進(jìn)核電建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、自主化和系列化,加強(qiáng)項(xiàng)目建設(shè)的工程管理,努力降低核電單位千瓦投資,提升核電的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 高比例新能源電力系統(tǒng)演化進(jìn)程中核電協(xié)調(diào)運(yùn)行方式

高比例新能源電力系統(tǒng)平衡特征和方式顯著改變,核電高效利用面臨新挑戰(zhàn)[4-5]。2017年,部分核電利用小時(shí)數(shù)受到影響,利用率低于70%。這與新能源運(yùn)行特性密切相關(guān)。新能源發(fā)電功率波動(dòng)的強(qiáng)時(shí)空差異性使得電力系統(tǒng)維持時(shí)空平衡的難度不斷加大,靈活性調(diào)節(jié)資源缺乏的問(wèn)題日益凸顯。預(yù)計(jì)2035年新能源日最大功率波動(dòng)可達(dá)6億kW,是目前華東電網(wǎng)最大負(fù)荷的兩倍,將給系統(tǒng)帶來(lái)15%～30%的反調(diào)峰需求。核電與新能源及各類靈活性調(diào)節(jié)資源的協(xié)調(diào)運(yùn)行方式成為關(guān)注焦點(diǎn)。

國(guó)際先行國(guó)家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,核電參與調(diào)峰可以作為調(diào)峰資源不足前提下的一種選擇,但并不經(jīng)濟(jì)。一是法、美、日等國(guó)核電機(jī)組大都具備調(diào)峰能力,實(shí)際運(yùn)行中則根據(jù)本國(guó)國(guó)情采取不同策略。法國(guó)由于電源調(diào)峰手段有限,大部分核電機(jī)組參與調(diào)峰,但各機(jī)組參與調(diào)峰次數(shù)要統(tǒng)籌平衡。美日氣電等調(diào)峰電源較為充足,核電承擔(dān)基荷為主。二是核電調(diào)峰的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自長(zhǎng)期低功率運(yùn)行和頻繁調(diào)峰。三是核電參與系統(tǒng)調(diào)峰成本較高。根據(jù)2010年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù),負(fù)載率由 90%降至70%時(shí),核電 LCOE 上升約35%,遠(yuǎn)高于煤電的10%和氣電的7%。

量化研究中國(guó)核電參與調(diào)峰情況也有相似結(jié)論。一方面,在調(diào)峰資源短缺下,核電參與調(diào)峰對(duì)促進(jìn)新能源消納有一定作用。國(guó)網(wǎng)能源研究院有關(guān)研究顯示,以華東地區(qū)2018年為例進(jìn)行測(cè)算,選取新能源發(fā)電量占比最大(約6%)一周為典型周,通過(guò)抽蓄等靈活電源調(diào)節(jié)無(wú)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象,此時(shí)核電不參與調(diào)峰。針對(duì)典型周,其他條件不變,假設(shè)新能源裝機(jī)提高1倍,發(fā)電量占比整體提高到11%時(shí),如果核電仍不參與調(diào)峰,將出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光,棄電率約16.3%。但若調(diào)整核電運(yùn)行方式,允許其裝機(jī)容量30%參與調(diào)峰,新能源棄電率可降至5.4%。另一方面,如圖2所示,未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)中,隨著靈活性資源補(bǔ)齊“短板”、儲(chǔ)能等技術(shù)進(jìn)步,核電僅是必要時(shí)段調(diào)峰資源不足的補(bǔ)充。

圖2 未來(lái)某區(qū)域電網(wǎng)在高比例新能源接入情景下典型周運(yùn)行情況Fig.2 Typical weekly operation of a regional power grid in high proportion of VRE integration scenario

為解決核電不參與調(diào)峰的公平性等問(wèn)題,需要充分發(fā)揮市場(chǎng)資源優(yōu)化配置決定性作用,以電力市場(chǎng)手段發(fā)現(xiàn)調(diào)峰價(jià)值并分?jǐn)偝杀綶6-7]。應(yīng)該講,從綠色發(fā)展等角度而言,核電承擔(dān)基荷主張與新能源強(qiáng)調(diào)“全額消納”相似,但從對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行影響來(lái)看二者有較大不同。新能源追求低棄電率的理論基礎(chǔ)是新能源零邊際成本,而實(shí)際上新能源即使平價(jià)入網(wǎng),系統(tǒng)仍需為其擔(dān)負(fù)額外靈活調(diào)節(jié)成本。為此,從市場(chǎng)公平性出發(fā),需要包括核電、新能源在內(nèi)系統(tǒng)各方共同承擔(dān)調(diào)峰成本。這需要積極推進(jìn)電力市場(chǎng)改革,建立完善電量市場(chǎng)、容量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則,建立反映不同服務(wù)品質(zhì)和價(jià)值的市場(chǎng)機(jī)制,幫助電力市場(chǎng)中所有參與主體發(fā)現(xiàn)價(jià)值。

4 順應(yīng)數(shù)字能源經(jīng)濟(jì)的核電行業(yè)潛在創(chuàng)新方向

適應(yīng)能源高質(zhì)量發(fā)展要求,打造核電創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展模式,還面臨著能源革命與數(shù)字革命跨界融合這一顯著歷史變化趨勢(shì)[8-9]。21世紀(jì)以來(lái),能源電力技術(shù)快速發(fā)展,與“大云物移智”等現(xiàn)代信息通信和數(shù)字技術(shù)不斷融合,推動(dòng)終端用能方式發(fā)生深刻變化。更大的背景是,當(dāng)前及今后一段時(shí)期,我國(guó)經(jīng)濟(jì)新舊動(dòng)能深刻轉(zhuǎn)換,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為我國(guó)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、工業(yè)4.0的核心領(lǐng)域。2019年,中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議把推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,列為今年七項(xiàng)重大工作任務(wù)之首,明確提出加快人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

工業(yè)經(jīng)驗(yàn)與新一代人工智能深度融合,并借助巨型協(xié)同網(wǎng)絡(luò)對(duì)外廣泛賦能,成為未來(lái)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)、企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心路徑[10]。西門子、中航工業(yè)、騰訊等各類型企業(yè)均視發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為核心戰(zhàn)略。一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)后主戰(zhàn)場(chǎng)。數(shù)據(jù)表明,我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)直接產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為5 700億元,年均增速高達(dá)18%,到2020年達(dá)萬(wàn)億元。二是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為影響全球競(jìng)爭(zhēng)格局關(guān)鍵領(lǐng)域?！暗聡?guó)國(guó)家工業(yè)戰(zhàn)略2030”甚至直接呼吁歐洲要逆轉(zhuǎn)去工業(yè)化趨勢(shì),德國(guó)國(guó)家層面應(yīng)直接參與推動(dòng)平臺(tái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[11]。三是放眼未來(lái),是否擁有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),決定著企業(yè)能否進(jìn)化到下一代的企業(yè)組織形態(tài),成為賦能型的平臺(tái)企業(yè),處于生態(tài)鏈頂層。

核電作為現(xiàn)代工業(yè)頂峰,是工業(yè)技術(shù)集大成者,有著獨(dú)特或不可替代的技術(shù)和管理優(yōu)勢(shì),在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上很具有潛在競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先行者航天云網(wǎng)主要基于信息化和智能制造優(yōu)勢(shì),對(duì)廣大中小企業(yè)賦能,持續(xù)形成新業(yè)態(tài)新模式,企業(yè)發(fā)展質(zhì)量顯著提升。當(dāng)前階段是布局未來(lái)國(guó)家級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主平臺(tái)的關(guān)鍵窗口期,新一代信息技術(shù)與各行轉(zhuǎn)型正在加速融合,不同類型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)競(jìng)合將逐步深入。未來(lái)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)布局、賦能路徑和核心技術(shù)實(shí)力,核電工業(yè)均有相似或獨(dú)特之處。核電工業(yè)蘊(yùn)含大量高科技,是巨復(fù)雜系統(tǒng),具有貫穿產(chǎn)業(yè)鏈上下游的資源協(xié)同平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái),處于各行業(yè)安全管理高峰,相應(yīng)的技術(shù)、資源和管理均可對(duì)外賦能,具備帶動(dòng)中小企業(yè)向工業(yè)4.0發(fā)展的條件。

5 結(jié) 語(yǔ)

核電對(duì)加快綠色發(fā)展、保障國(guó)家能源安全、落實(shí)“一帶一路”倡議、支撐我國(guó)核大國(guó)地位具有重要作用。隨著清潔低碳、安全高效能源體系建設(shè)深入推進(jìn),核電發(fā)展機(jī)遇大于挑戰(zhàn)?！笆奈濉蹦酥粮L(zhǎng)發(fā)展時(shí)期內(nèi),核電需要立足全球視野,著眼能源轉(zhuǎn)型全局,在新發(fā)展理念下按照能源高質(zhì)量發(fā)展要求,全面提升發(fā)展活力、創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力。