能源

中国核能与可再生资源之比较

中国正在探索两大类低碳能源,其成果将出乎环保人士意料
  • en
  • 中文

不要再讨论德国的“能源转型”了,在能源和气候变化政策方面,中国才值得关注。中国经济增长迅速,火电需求巨大,因此碳排放居于各国之首,超过了世界总量的四分之一。但中国也是使用清洁能源的主要推动者,其对低碳技术的开放态度前所未有。这使中国成为研究不同能源成本及管理的特殊实验室——尤其适于比较核能和可再生能源的利弊。研究中国核反应堆、风轮机、光伏板的应用现状和前景,可以帮助我们预见未来世界能源供应的格局。

中国核电计划规模宏大,目前有17个商业核反应堆正在运行,还有28个处于建设之中,几乎占到世界新建核反应堆的一半。中国政府预计,2015年核电装机容量将达到40吉瓦(GW),2020年不低于58GW。但与风电、太阳能发电计划相比,这些数字也黯然失色。2012年底,中国风电装机容量75.6GW,居世界首位,预计2015年达到100GW,2020年不低于200GW。光伏发电装机容量也迅速增长:原先设定的2015年达到21GW的目标已增至35GW,2020年50GW的目标可能也会再提高。从这些数字来看,风电、光伏发电将远超过核电。

然而,仅凭“铭牌”上的额定功率来衡量发电量实为误导。如果以太瓦时(10亿千瓦时,TWh)为单位,情况将截然不同:风电、光伏发电并不稳定,很难与输出强劲的核反应堆相提并论。如2012年中国风电发电量达到100.4TWh,略高于核电98.2TWh。然而去年,中国投入运行的核电站仅12.8GW,其发电量却为同功率风电机组的6倍

风电发电量较低的一个原因是上网困难。截止去年年底,75.6GW风轮机中,仅有62.7GW连入电网;考虑到这些机组是陆续上网,那么2012年连网的机组平均仅为55GW。中国由多风的草原至沿海城市的远距离输电线建设也相对滞后。因为电能无法从内蒙古风力农场送往广东工厂,当发电量超过当地电网容纳上限时,就需“弃风”,即关闭机组。2012年中国弃风电量达20TWh

实际功率 VS 标示功率

但中国风电表现欠佳的主要原因还是风力不稳定。风轮机只有在理想风况下才能到达额定功率,多数情况下实际功率并不大。实际功率与铭牌标示的装机容量之比称为“容量系数”,也就是全年实际发电量除以风轮机满功率运转8760小时的发电量。2012年,中国上网风轮机的容量系数仅为21%,如果输电线路充足能够避免弃风,容量系数可提高至25%。在光伏发电中,由于存在异常天气状况即“多云”和“夜间”,其容量系数更小,仅为14%。而2012年中国核反应堆的容量系数则达到了87%。

上述容量系数意味着,每吉瓦核电机组的实际发电量是风电、光伏发电的4-6倍。这使中国风电、光伏发电的宏伟目标失色不少。假设中国能够实现2015年内陆上网风电装机容量100GW、光伏发电35GW,再加上5GW海上风电,且海上风电容量系数为40%,那么风电、光伏发电的装机容量总计140GW,发电量279TWh。2015年前预计建成40GW核电机组,仅略高于风电和光伏发电的四分之一,但发电量却能达到305TWh,比风电和光伏发电还多9%。

核能的经济优势

此外,中国核电成本较低。中国第三代核反应堆的建设成本约为2600美元/千瓦;融资会使成本提高至3500美元/千瓦。目前风电、光伏发电的成本则为1500美元/千瓦,海上风电2400美元/千瓦。相比之下核电成本较高,但其发电量大,因此依然占有优势。依此计算,40GW的核电站建设成本总计1400亿美元,而140GW风电、光伏发电的成本则为2140亿美元,前者节省近三分之一,而且发电量更大。风轮机和光伏板运营、维护费用略低,但发电量相同的情况下需要的设备更多。

因此核电上网电价(每度0.43元,合0.07美元)低于风电(每度0.51-0.61元,合0.08-0.10美元)和光伏发电(每度0.75-1.15元,合0.12-0.18美元)。另外,这还没有包含在草原、沙漠、海中铺设输电线以及风电、光伏发电调峰的费用。由于系统维护费用高,因此可再生能源配额制实施后,中国的输电运营商依然不愿意让风电上网。

为收回建设成本,发电站建成后的几十年内,上网电价都会维持在较高水平;但贷款一旦还清,发电站就可以按照边际生产成本大幅调低电价。核电站寿命一般为60年甚至更长,可以在后几十年中都维持低电价;但风电、光伏发电站的寿命仅有20-30年,无法维持到低电价阶段。事实上,为实现2020年目标而建设的风轮机和光伏板,都无法使用至2050年。因此从长远来看,核电是中国更好的投资选择。

水电是中国可再生能源中的重量级角色,预计2020年将增长至430GW。水电比核电价格略低,尽管容量系数仅为40%,但在固定的季节内发电量稳定。不过水电会对社会和环境带来不利影响,如三峡大坝导致150万居民被迫迁徙、数百平方千米的区域被淹没。另外,水电还受地理条件影响。这几个因素都制约了水电的发展。

因此中国要实现能源供应低碳化,还应依赖风能、太阳能及核能。以何种技术为主导最终将取决于政府,但核能成本低廉、便利稳定,是其中有力的竞争者。如果中国能发展出可与西方第三代反应堆媲美的技术,核能的优势还会进一步增大。西方核电项目受资金困扰,多次遭到搁置,而中国已避免了这两大问题。另外,中国大规模发展核电,规模经济能够进一步降低成本,使其他可再生能源难望其项背。中国还在积极发展第四代技术——球形燃料反应堆、快中子增殖反应堆钍反应堆,有望实现安全性和成本上的突破。

当然,安全问题一直是限制因素:福岛事故后,中国核电发展步伐大幅放缓,一些核反应堆计划遭到公众抗议。但环境危机进一步加剧,可能会改变中国人对核风险的态度。中国空气污染十分严重,火力发电厂是其主要来源,每年有数万人因此而死亡,远多于核事故的致死人数。根据核电的发展现状,它将超越风电和光伏发电,以更低的价格取代火力发电,成为未来能源中最安全的选择。