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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

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风能和太阳能被认为可以让核能黯然失色,但后者更为经济和高效。图片来源:Alex Hofford / Greenpeace

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。

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匿名 | Anonymous

减少消费和能效

导致能效增长及消费水平下降的政策会更加便宜安全,而且比风能和太阳能更保证大幅度削减燃煤电力。

这篇文章没有提到核电站的退役成本。

Reduced consumption and energy efficiency

Policies which result in increased energy efficiency and reduced levels of consumption would be cheaper, safer and even more assured as means to greatly reduce coal-fired electricity generation than wind or solar.

The article does not mention the de-commissioning costs of nuclear power stations.

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匿名 | Anonymous

向清洁能源的转变已经开始了

2011年全球清洁能源投资达到了创纪录的2600亿美元。这是2004年投资的5倍。
http://clmtr.lt/cb/uKU

The shift to clean energy is already happening

Global clean energy investment hit a record $260 billion in 2011. That's five times as much as 2004. http://clmtr.lt/cb/uKU

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匿名 | Anonymous

威尔·布瓦维尔是对的。

反对核能的人倾向于煤炭,因为风能和太阳能都不能持续供电,因此很难投入利用。早在20世纪60年代,核能就风靡一时。风能和太阳能绝对无法媲美这个

http://thebreakthrough.org/index.php/programs/energy-and-climate/germanys-energiewende-shows-why-we-need-nuclear/

和这个

http://bravenewclimate.com/2013/07/16/new-critique-aemo-100pc-renew/

以及其他。以上两个链接只是最新的消息。核能是最清洁、最便宜、最安全的能源来源。使用过的核燃料应该回收,就像我们在20世纪60年代以及法国、日本、俄罗斯现在所做的这样。但是这要在政府所有、并且政府运营的(GOGO)电厂进行。自由企业会非法售卖已使用过的燃料。反对核能的人不仅是愚蠢的,而且不论是否有意,都为化石燃料行业做出了贡献。

每个人都应该看看《潘多拉的承诺》。每个人都应该多接受些科学教育,明白一个核电站并不会成为一个核炸弹。每个人都应该多接受些科学教育,了解到自然环境中的辐射无所不在,癌症大多是由有机化学药品引起,而非辐射。

Will Boisvert is correct.

Anybody who is against nuclear is in favor of coal because wind and solar are too intermittent to be useful. Nuclear scaled a long time ago, in the 1960s. Wind and solar never will per

http://thebreakthrough.org/index.php/programs/energy-and-climate/germanys-energiewende-shows-why-we-need-nuclear/

and

http://bravenewclimate.com/2013/07/16/new-critique-aemo-100pc-renew/

and many others. The above 2 are only the latest. Nuclear is the cleanest, cheapest and safest source of power there is. Spent nuclear fuel should be recycled as we did in the 1960s and as France, Japan and Russia do now, but in Government Owned Government Operated [GOGO] plants. Free enterprise will sell spent fuel illegally. People who are against nuclear are either very foolish or working for the fossil fuel industry, wittingly or not.

Everybody should see "Pandora's Promise." Everybody should be educated enough in science to understand that a nuclear power plant cannot become a nuclear bomb. Everybody should be educated enough in science to understand that there has always been natural background radiation and that cancer is mostly caused by organic chemicals, not radiation.

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匿名 | Anonymous

核能之外

尽管解决风能和太阳能所呈现的基底负荷问题并不容易,但是核能并不是唯一的选择。

http://clmtr.lt/cb/uKU0byD

Beyond Nuclear

While solving the base load problem presented by wind and solar will not be easy, nuclear power is not the only option.

http://clmtr.lt/cb/uKU0byD

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匿名 | Anonymous

中国已经成为风能领导者

中国不仅是最大的太阳能光伏和热能的生产国,中在风力能源方面也是领导者。

A·贾格迪什博士 内洛尔(安得拉邦),印度

China is already leader in Wind Energy

China leads in Wind Energy besides largest producer of Solar PV and Thermal.
Dr.A.Jagadeesh Nellore(AP),India

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匿名 | Anonymous

中肯

根据门道看楼上这位匿名朋友是业界的,说的比较中肯。我个人在加拿大安省做太阳能,虽然我对核能退役成本(含环境成本)有保留意见,但从公共供电的稳定性技术角度出发,安省保留核电作为基础供电商的技术思维我觉得是正确的。。。。特别是2014年全省煤电全线退役以后。

我自己翻译吧(见下)

Apropos opinion

Judging by the the Anonymous user's technicality, Anonymous seems like a quite competent technocrat. I'm myself promoting solar PV in Ontario Canada (microFIT). Although I have reservation against nuclear's life-span cost, especially decommissioning cost (including implicit environmental cost). But from power provisioner's perspective, Ontario has a legitimate technical ground for keeping its nuclears online. This is especially true when the province's coal fire plants reaches offline status in 2014.

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匿名 | Anonymous

瑕疵经济

这篇文章突出显示了瑕疵经济,因为它忽略了几个核能中最重要的成本部分,包括:
-停运成本
-千年以后的安全存储成本
-重大事故的保险成本。这些事故的可能性极高(参见:https://www.chinadialogue.net/article/show/single/en/5808-Chinese-nuclear-disaster-highly-probable-by-2-3-)
东京电力公司已经因为福岛事故破产了,纳税人还得为未来的数十年买单。
如果将这些成本部分包括进去,核能确实是比起风力和太阳要贵的能源。

Flawed economics

The article excels in flawed economics, as it leaves out some of the most important cost components in nuclear power. These include:
- decommissioning costs
- cost for safe storage over millenia
- costs for the insurance against major accidents which are "highly probable" (see https://www.chinadialogue.net/article/show/single/en/5808-Chinese-nuclear-disaster-highly-probable-by-2-3- ). Tepco has gone bankrupt because of Fukushima, and the tax payer needs to pay the bill for many decades to come.
If these cost components are included, nuclear power is way more expensive as wind and solar.

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匿名 | Anonymous

依此计算,40GW的核电站建设成本总计1400万亿美元,而140GW风电、光伏发电的成本则为2140万亿美元

40gw的建设成本是1400亿美元,光伏发电的成本2140亿美元,不是万亿