中国核电发展的现状与展望

第5卷第4期2004年12月南华大学学报(社会科学版)

JournalofNanhuaUniversity(SocialScienceEdition)Vol.5No.4Dec.2004

中国核电发展的现状与展望

邹树梁,刘 兵,陈甲华,刘文君

(南华大学,湖南衡阳421001)

[摘 要] 发展核电是我国经济可持续发展的必然选择,也是一项十分艰巨困难的任务。文章探讨了我国核电发展的规划蓝图及核电产业/两步走0的设想,提出了核电产业目前存在的能源结构优化、规模效应、产业组织及技术模式等几个方面的问题。同时,指出我国核电发展正处于关键时期,核电发展应适时地从项目启动走向在总体战略指导下有目标的推进。根据我国核电的技术经济特性,我们提出了发展前期采取产业政策扶植、发展中完善核电的市场建设,到最后行业管制下放松规制的/三阶段0决策思想。

[关键词] 核电; 现状; 趋势; 展望

[中图分类号] C939 [文献标识码] A [文章编号] 1009-4504(2004)04-0036-05 现代文明社会中,电力已经与空气和水一样,成为人类物质生活和精神生活中不可缺少的一部分。作为人类社会生产和生活中最重要的能源,从某种意义上说,电力已成为国民经济发展的命脉。然而,近些年来,电力供应紧张一直是我国电力工业所面临的最大问题。电力供应不足已成为制约发展经济的/瓶颈0。剑桥大学能源研究所分析师罗伯兹说:/电力不足的问题在中国极为严重,中国某些地区经济成长受到严重的影响甚至陷于瘫痪的危机。0如何解决我国的/电荒0问题,以确保我国经济的快速稳定发展?作为一种非常具有潜力的清洁能源,核电成为能源专家及学者们讨论的焦点。在这种形势下研究如何使核电产业健康、科学地发展等问题则具有非常重要的现实意义。一 世界与我国核电发展的现状与趋势

(一)世界核电发展历史与现状

美国于1945年8月在日本投下了两颗原子弹,核能首先被用作大规模杀伤性武器。二战结束后,科学家们开始研究如何控制和利用原子核裂变产生的巨大能量为人类造福。1954年6月世界第一座核电机组在前苏联建成投产,1957年前苏联在生产堆技术的基础上建成了奥柏林姆斯克石墨水堆核电站,美国也于同年在潜艇反应堆技术的基础上建成了希平港压水堆核电站,这标志着一种崭新能源的面世)))核能发电时代的开始。回顾核电走过的道路,大致可分为三个时期。

20世纪50-60年代是核电开发和起步时期。美苏两个核大国将核电视为新型能源大力推向工业化。美国继开发

压水堆核电技术后,又开发了沸水堆核电技术。苏联继开发了石墨水堆后,也开发了压水堆。与此同时,英国开发了石墨气冷堆,加拿大开发了加压重水堆,世界范围内,多种堆型核电技术纷纷面世。此后,一些国家结合本国化石能源资源储量情况,开始研讨或制定核电政策和核电规划。有的国家决定主要依靠本国力量开发核电技术,如德国、瑞典、印度等;有的决定从国外引进技术并逐步实现国产化,如法国、日本、西班牙等。据统计,这一时期共有110多台不同堆型的核电机组在15个国家开工建造。

20世纪70-80年代中期是核电蓬勃发展时期。由于核电技术经过工业示范后逐步趋于成熟,特别是70年代的石油危机和发达国家快速的经济发展,促使一些国家陆续加入核电行列。除美、苏两国外,加拿大、法国、德国、日本、韩国和瑞典等国都相继建造一批核电站。我国自主设计和建造的秦山一期核电站也于1985年开工建设。据统计,这一期间共有290多台核电机组在32个国家开工建造,全世界核电装机容量迅速增长,是核电发展的辉煌时期。据统计,核发电量曾达到全球电力的17%(自1997年起,已降为16%),由32个国家的440多座核电机组提供,仅美国就有110座。有19个国家的核发电量超过本国总发电量的20%,其中,法国达77%。

从20世纪80年代开始,核能逐步由高潮走入低潮,其原因是70年代两次石油危机使工业发达国家的经济由高速发展转入到平稳发展,产业结构由高能耗向高技术低能耗方向调整,使大批电力项目停建、取消,核电首当其冲。加之美国的三里岛事故和苏联的切尔诺贝利事故对核电发展产生

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[收稿日期] 2004-10-08

[作者简介] 邹树梁(1956-),男,江西安福人,南华大学教授,博士。

¹南华大学教师。º南华大学硕士研究生。

第4期 邹树梁,刘 兵,陈甲华,等:中国核电发展的现状与展望的重大影响,使公众接受问题也成了核电发展的主要障碍之一。迄今为止,对核能的开发利用,世界各国的态度各不相同。目前美国有反应堆104座,电力需求的21%来自核电,但从1979年起未再建新核电站,在走一条联合、兼并、升级和延长使用期之路,以降低成本、提高效率。法国是仅次于美国的全球第二大民用核大国,拥有核电站18座,核发电机组57个,全国将近80%的电力由这些电站提供,核电工业已成为法国能源工业的支柱之一,现在正积极开展燃气轮机模块氦冷堆的研究。日本早在1973年就把核能定为国家策略的重点,目前共有54个反应堆,电力产出约占总发电量的34%。欧洲大多数国家则在重新审视使用核能的利弊。如德国已作出决定,要在大约20年的时间内逐步废除核电厂。瑞典已决定不使用核能,而瑞士和西班牙已暂停建设新的核电站。虽然西方一些发达国家取消或减缓了核电发展计划,但在亚洲,特别是日本、韩国、印度、中国(包括台湾省)仍在建造新的核电项目;很多发展中国家由于较快的经济发展和能源资源的限制,出于可持续发展的考虑,也在研讨发展核电。

[1-3]

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(二)我国核电发展的历史与现状

我国发展核工业已经有近50年的历史。中国1954年,开始铀矿勘察,1964年10月16日成功爆炸了第一颗原子弹;1967年6月17日成功爆炸第一颗氢弹;1970年9月我国第一艘核潜艇全部建成并试航成功。我国从上世纪70年代开始筹建核电站,1991年12月15日,我国第一座自行设计自主建设的核电站)))秦山核电站并网发电成功。秦山核电站的建成使我国具备了独立设计建造小功率核电站的能力,并开始向巴基斯坦援建30万千瓦的恰西玛核电站。大亚湾核电站是中国和香港电力部门合资建造的大型商用核电站,于1994年上半年投入商业营运,整个电站完全按照国际核电站标准管理和运行。我国现已建成和在建的核电站还有岭澳核电站、秦山二期核电站、秦山三期核电站、田湾核电站等。预计这些机组全部建成后,我国的核电装机容量将达到8500MW,占全国发电装机总容量的2.3%,并形成浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地。另外南方省份还有一些核电站正处于筹备阶段。

表1 我国核电站一览表

核电站净功率(MWe)堆型临界日期商运日期

大亚湾1大亚湾2944PWR1993.71994.2

944PWR1994.11994.5

田湾11000PWR2004.42004.12

田湾21000PWR2005.42005.12

岭澳1935PWR2002.22002.7

岭澳2935PWR2002.102003.3

秦山1279PWR1991.101994.4

秦山2610PWR2001.112002.6

秦山3610PWR2002.92003.4

秦山4665PHWR2002.102003.2

秦山5665PHWR2003.72003.11

经过30多年的努力,到2002年11月,我国大陆有6个核电机组、440万千瓦投入运行;5个核电机组、430万千瓦在建(见表1)。位于浙江杭州湾的秦山一期核电站,是我国自行设计、建造、调试和管理的第一座核电站。到2001年12月,秦山核电站已经过十年的运行考验。秦山二期核电站,2个60万千瓦核电机组,是按照国际标准,由我国自主设计、建造和运营的第一座商用核电站。首台机组于2001年4月15日投入商业运行,实现了我国自主建设商用核电站的重大跨越。秦山三期核电站,2个70万千瓦的重水堆核电机组,是中加两国政府最大的合作项目。整个工程进展顺利,1号机组于2003年11月份并网发电。秦山三期核电站,在中外合作、科学管理等方面积累了许多有益的核电建设新经验。广东大亚湾核电站,是从法国引进的2台90万千瓦的压水堆核电机组,1994年2月、4月分别投入商业运行。广东岭澳核电站,是从法国引进2台100万千瓦压水堆核电机组,两台机组分别于2002年5月、9月投入商运。江苏田湾核电站,2个百万级压水堆核电机组,从俄罗斯引进。1号机组计划于2004年12月投入商运。到/十五0末,/九五0期间开工的4个核电项目、8个核电机组将全面建成,我国核电装机容量将达到870万千瓦,核电装机容量将占到全国电力总装机容量的2.2%。而跟世界核电平均发展比较,核能利

[4-5](三)我国核电发展的趋势

根据/十六大0提出的,到2020年我国GDP翻两番,达到4万亿美元的经济发展目标估计,到那时,全国约需发电装机容量为8亿-8.5亿千瓦(国家发改委数据,而电力部门的数字是9-9.5亿千瓦)。目前国内已有装机容量3.5亿千瓦,需要新增量4.5亿-5亿千瓦。而从我国目前的资源看,按水电资源已探明储量和以天然气与煤为燃料的火电最多可提供的装机容量计算,将会有3200万-4000万千瓦的缺口。为此,国家发改委提出要让核电去替补这个缺口设想)))核电部的装机至少要占到电力总装机容量的4%,即3200万-4000万千瓦。我国已建或在建的核电站装机容量为870万千瓦,那么在未来的17年内,国内要兴建百万千瓦核电站30座左右。这意味着,国内核电站建设将从现在起要大幅度发展)))从20世纪70年代起步至今20多年里,我国已经建成商业运行的核电站仅为7座,装机容量360万千瓦。

根据我国制定的国民经济发展战略部署,我国21世纪中叶要达到中等发达国家水平。按当时人均电力装机容量1千瓦计,15亿人口,则应有15亿千瓦。根据有关专家论证,预测2050年时,我国能源结构中还不能改变以煤为主的局面,核能的比重只能达到15%左右,即使如此也要建起,

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方案,即2000年2.1GW,2020年30GW,2050年240GW。考虑到未来发展,同时做了有可能达到的较高的参考方案,选定核电装机容量为2000年2.1GW,2020年40GW,2050年240GW。(见表2)

100万千瓦核电站4座,才能达到这个目标。显然这是个十分宏大的发展蓝图,又是一个万分艰巨困难的任务。综合中国工程院能源咨询项目组与1998年12月的5中国可持续发展能源战略研究6及目前正在制定的15年规划,中国工程院5我国中长期核电发展研究6项目组提出了一个较低的基本

表2 我国核电装机容量增长过程

年 份基本方案参考方案

2000210210

2005515545

[1**********]2

[1**********]9

[1**********]0

[1**********]9

[1**********]6

[1**********]06

[1**********]00

[1**********]081

[1**********]000

[1**********]827

[1**********]464

我国核电产业的/两步走0设想。第一步(2010年前),在我国运行和在建的压水堆核电站中,选取最具实现五自主前景的电站、利用已有的技术储备加以提高改进,开发出基本满足国际核电安全要求、经济性也能为电力市场接受的改进型压水堆,作为这个时期的标准化堆型;在国家统筹规划下,批量建造,使核电不断档,并为下一步打好基础。第二步(2010年前后),在建设改进型核电站的同时,以国家为主,投入相应的经费和人力,自主开发以非能动技术为主要特征的革新型核电站。做到安全性和经济性都有长足的提高和突破,为核电产业化奠定基础,并逐步形成在市场上有竞争力的产业。我国制定的具体方针是:一是立足国内,/以我为主,中外合作0,二是发展核电分三步走:压水型热中子反应堆核电站、快中子增殖反应堆核电站、聚变反应堆核电站;三

[2-6]是核燃料立足国内,采用铀)))环循环技术路线。

(秦山1期)和600MW压水堆核电站(秦山2期)的能力,但国内从未全套制造过百万级压水堆核电站的设备,关键技术需外方支持,有的专用设备尚待购置,秦山三期核电站是中、加两国合作项目,该项目采用加拿大成熟的核电技术;岭澳核电站项目是引进两台法国设计的100万千瓦压水堆机组;位于连云港的田湾核电站是中俄两国经济技术合作的一个重大项目。建设规模为2台100万千瓦级机组。

还有,我国目前只掌握压水堆技术,没掌握重水堆等先进技术,从资源来看,压水堆的铀资源利用率只有1%~2%,余下的99%~98%的铀238只能作为废料堆放起来。这样,不但产生很大的浪费,还增加了核废料的处理难度。

虽然我国已有三大电气集团(上海电气集团、东方电气集团和哈尔滨电气集团),其装备和技术已有一定的基础,但各集团军缺乏核电设备设计分析能力,缺乏全套(电厂、系统或完整大型设备)生产供应能力,只能生产供应零部件或部分生产组装设备,与国外供货商(WH、FRAK、HIC等)相比有很大差距。并且,目前我国核电装备制造企业独立于中国核工业总公司且生产相对分散,而在核电比较发达的国家,核电设备制造企业的集中程度一般较高,大都只有一个进行跨国经营的制造核电设备的大型公司,即使有几家公司,其设备的反应堆型号也相同。

在核废料的处理技术上,我国还有待于提高,因为我国目前采取的是深层埋藏法。由此导致核燃料、乏燃料处理、退役等费用高于国外。

(三)我国核电规模较小,成本高,经济效益差

由于核电投资大,建设周期长(多数在7年以上),导致我国核电造价很高,回收时间长,使得核电较低的运营期费用仍不能抵消高投资的影响。目前我国核电只有在折现率低于5%,即只要求资本保值或低幅增值的条件下,核电才比煤电和气电更经济。即使考虑煤电脱硫增加了成本,核电的经济性仍不如煤电。同时,由于技术受制于人,使核电造价高得离谱,随之带来了高电价。不仅体现不了核电站的经济性,使核电经济造价信号失真,使人们对发展核电疑虑重重。核电的电价高,还加重了下游工业和用户的负担。由于没有真正掌握核电技术,加上没有统一规划,使我国在/九五0期间开工建设的核电站多种堆型,交叉使用了7、8个国二 我国核电产业中存在的问题

(一)核电在我国能源结构中所占比例不大,发展速度慢由于我国核电起步晚,发展速度不快,使得我国核电在全国能源结构中所占比例很小。这表明我国的核电产业发展还处于初级阶段,在国家能源结构上没起到相应的作用。目前,核电在西方发达国家的能源供应中占有极其重要的地位。据统计,核发电量曾达到全球电力的17%(自1997年起,已降为16%)由32个国家的440多座核电机组提供,仅美国就有110座。有19个国家的核发电量超过本国总发电量的20%。而我国核电占总发电量的比例仅有1%,远远低于美国21.9%、日本33.4%、法国77.4%的水平,居世界拥有核电的30余个国家和地区的末位。

我国核电站建设起步较晚,发展缓慢。至今占不到全国发电装机容量的3%,远低于世界17%的平均水平。从第一座反应堆建成到核电站投入运行的周期为25年,美国为12年,前苏联只有2年。这主要是由于发展核电的技术路线长期摇摆不定,对重大的基本的技术政策问题长期争论不休,影响了我国核电事业的发展。

(二)我国核电技术不成熟,国产化程度低

我国核电技术的不成熟主要表现在3个方面:核电站技术不成熟、核电设备不成熟和核废料处理技术的不成熟。

300MW

第4期 邹树梁,刘 兵,陈甲华,等:中国核电发展的现状与展望技术的目的,核电站的造价远高于国外同类型核电站的造价,是国内火电造价的2~3倍,核电电价明显缺乏竞争力。目前,秦山二期上网电价为0.414元,广东大亚湾则为6.5美分(约合0.54元),而在浙江省,火电的上网价为0.3元多。引起其价格高的原因之一是投资成本相对较高,目前,火电每千瓦投资为4000元,而核电投资为1330-2000美元,约合人民币为1.1万-1.65万元,两者相差高达2.75-4.1倍。我国核电建设周期相对较长,其建设周期一般为70个月(约6年),如果控制不好,将达到80-90个月。与此相对,火电一般为30多个月。但核电设施使用寿命要比火电长30年左右,而且其成本构成使得越往后越有竞争力:在固定资产投资上,成本为50%-60%以上,而火电的比例为30%-40%;燃料费用上核电为20%,而火电为50%多;同样,在运行费用上,核电占到总成本的15%左右,而火电则为10%多一点。由于火电的燃料成本比重比较大,所以在核电提完折旧费以后,其成本相对而言就会大幅降低。

(四)我国核电产业组织单一

从企业层次看,我国核电企业大都是单一核能发电企业,且不能跨地区发展。而国外很少有纯粹的单一核能发电公司,大都是多种电源结构的混合电站企业,并进行跨地区经营,这对于提高企业的效益有重要意义。从行业层次看,目前我国核电装备制造企业独立于中核总且生产相对分散,而在核电比较发达的国家,核电设备制造企业的集中程度一般较高,大都只有一个进行跨国经营的制造核电设备的大型公司,即使有几家公司,其设备的反应堆型号也不相同。在我国,应进一步考虑组建全国性的核电设计研究开发中心,以配合我国核电产业的快速发展。

(五)核电发展技术模式不确定

我国核电站建设项目,在技术抉择上有争论。以中国核工业集团为代表的一派,主要提倡采用国内现在比较成熟的第二代核反应堆技术。这样不仅可以提高国产化率、降低成本,也涉及国内产业发展的问题。同时,还能保住已有的核电工业技术队伍、迅速提高中国核电工业的整体水平,带动相关产业的发展。但以原国务院核电办专家汤紫德为代表的一派则认为,现在第三代核反应堆技术已经成熟并投入商业运行,如日本的ABW2,其建设周期短,而且安全系数更高,相对第二代核反应堆技术中,其安全系数为10的-4次方而言,第三代核反应堆技术,则就到了10的-5次方了。所以在新建项目中,建议采取更高起点,直接采用第三代技术。中国核工业集团的专家则认为,目前第三代技术中成果能够看得见的,只有日本在运行。同时第三代技术与国内确定的技术路线不一致,核反应堆为重水堆。而我国一直是以压水堆为研究路线的,技术上不太兼容。据最近国家发改委的建议,核电产业要改变以往其发展不纳入整个国家能源发展规划、行业发展没有计划性和连续性、影响技术研发工作的局面,/有了产业规划和计划安排,核电才能健康、正常、稳定地发展,前景才会有保障0。有专家对此评论,这种争论,应该是行政部门行政方法的一个提高,也是一个从随意

[7-14][6]

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三 我国核电发展的展望

我国核电发展正处于关键时期,已建的和在建的核电项目还远不能达到经济能源发展的要求,但/十一五0核电发展规划争论还比较大,如果这一局面持续几年,将出现核电建设的中断,势必影响我国核电技术力量成长,要想恢复将花费巨大的代价。我国核电的自主化、国产化的战略目标就会出现/断档0问题。另外,核电建设的波动性太大,将对整个产业造成严重的/内伤0。纵观我国核电站并网发电至今已13年了,但无论是秦山一、二、三期,广核一、二期,还是田湾核电站都是抓住特定的机遇来启动项目的,这种项目起动对我国迅速形成核电发展的基地是有其积极作用的。但是,最终也造成型号杂、品牌多、配套难、互补差,这种随机发展机制,不利于快速掌握技术的负面影响,难以确保我国核电持续、连贯、稳定发展。因此,/十一五0核电发展应适时地从项目启动走向在总体战略指导下有目标的推进,由政府组织制定一个总体发展战略,准确定位核电在国民经济中的作用及核电发展的产业政策和技术路线。在这个总体战略指导下加快核电发展,立项发展新的核电项目,不能等所有条件

[15]成熟了再发展。核电产业的发展涉及国家总体政策目标

和能源长期发展战略,属于国家长远决策范畴,不应受偶发因素和短期问题的干扰,从总体发展来考虑,局部的试错成本是不可避免的、也是合理的。

根据我国核电的技术经济特性,我们提出了核电发展/三阶段0的决策思想。第一阶段,目前我国核电不具备商业化发展的条件,也不具备自发成长的市场动力,只能作为一个国家政策重点扶持的产业才有可能发展起来,一是国有资本投入,更重要的是加强国家优惠政策性投入,如还贷款、税收及优先配置上网等方面的优惠政策。针对核电的壁垒,鼓励现有核电企业进行群堆布局型的后续发展;鼓励拥有较高人力资本且效益较好的核电企业跨地区发展,组建核电设计研究开发中心。对现有的几家具有一定规模的核电公司进行扶持,消除跨地区、跨部门联合投资核电的各种障碍,鼓励一次能源缺乏、环城比力较大的东南沿海经济发达地区的大型电力公司投资。同时初步建立核电资源配置的有效竞争机制,对产业可竞争部分资源市场调配,刺激企业内部治理,提高效率。第二阶段,整合国家核电产业,成立国家核电技术公司与核电发展公司。对国防有关的科研、生产任务、核原料、燃料生产与核电站的设计、建设、和技术引进、国产化分离。在区域内扩大核电的基荷电源作用,注重建立核电的交易市场,进行有效投资回报率管制的方式,创造条件,积极吸收各部门、各地区和国外资金,促进资金投入的多元化和核电企业产权的股份化,可视同为对核电的长期政策投入。第三阶段,发展核电产业,扩充电力消费市场,注重建立核电容量市场,增加核电市场的稳定性,有效避免电力危机。随着核电市场规模扩大,核电在区域内是基荷电源主流,应取消行政进入壁垒,建立行管会,采用有效的价格激励模型,刺激企业效率,将产业风险由企业承当。建立核电期货市场,用期货市场价格指导投资,同时完善政府核电信息公布。争范缩行管会职能,保密性

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TheActualityandExpectationofChinaNuclearPower

ZOUShu-liang,LIUBing,CHENJia-hua,LIUWen-jun

(NanhuaUniversity,Hengyang,421001,China)

Abstract: ItisaninevitablechoicetodevelopnuclearpowerforChina.seconomicsustainabledevelopment.Atthesametime,itisataskfullofvariousdifficulties.Inthistext,wediscusstheplanningoftheNPdevelopmentofChina,propose/twosteps0ofnuclearpowerin-dustryandlistproblemssuchasenergystructureoptimizes,scaleeffect,industrialorganization,technologicalmodeetc.WethinkthatitisthekeytimeforChinaNPdevelopmentwhichshouldbeoperatedunderatotalstrategy.Therefore,wesuggestadecisionthoughtof0threestages0forChina.sNPdevelopment:(1)fosteritinearlystage;(2)Perfectitsmarketconstructioninmiddlestage;(3)relaxitinthelaststage.

Keywords: NP(NuclearPower);Currentsituation;developingtrend;prospect