不断上升的建设成本威胁着全球核能发展进程。中国过去二十年的核电发展提供了控制成本的经验教训。
世界再次押注核能。美国政府计划到2050年将其核电装机容量扩大四倍;中国在建的核电机组超过30台;法国已计划在2026年前新建6座核电站,并考虑再建造8座大型核反应堆。超过30个国家签署《三倍核能宣言》,旨在促使2050年全球核能装机容量增至2020年的三倍。除了各国政府态度转变,包括亚马逊、谷歌和微软在内的科技巨头也在大力投资核能。在人工智能快速发展的时代,核电可以为高能耗的数据中心稳定供应低碳电力。
然而自上世纪90年以来,全球特别是西方国家的核电发展几近停滞,极少建设新的核电站。其核心原因是成本太高。民用核电行业自商业化以来一直面临“成本上升诅咒”。建设更多的核电站没有带来核电建设成本的下降;相反,核电站在美国、欧洲都越建越贵。1960至1990年间,美国的建设成本增长了最高超过十倍,法国核电建设成本至少翻了一番。这和其他清洁能源的快速发展形成鲜明对比,过去四十年,光伏、风电、电池等清洁能源成本大幅降低,风电和光伏的年度总发电量已经超过核能。
欧美核电建设“成本上升诅咒”原因很多,包括缺乏标准化设计、材料和劳动力成本上涨、监管要求不断变化、技术复杂性增强等等。核电产业一个长期争论的话题是:这种“成本上升诅咒”是否是核电不可避免的宿命?我们的研究用中国数十年的核电发展表明,通过稳定的监管和强化本土供应链,或可以扭转成本上升趋势,降低核电成本。
图 1:美国、法国和中国商用核电机组的隔夜建设成本(Overnight Construction Cost)。隔夜建设成本指核电站的资本建设成本,不包括建设期间产生的融资费用。圆点表示在2024年底之前已投入商业运行的核电机组(包括目前仍在运行或已退役的机组)。三角形表示截至2024年底仍在建设中的中国机组。图中每个国家的纵轴刻度不同。对于在建机组,其投资成本基于当前估算,未来可能会因预算调整而有所变化;其商业投运时间也基于预期建设周期,未来可能有所变动。美国和法国的成本数据主要来自 Lovering 等人(2016)。中国的数据由本文作者自行收集,本文均指中国大陆核电数据,未包括中国台湾地区核电数据,下同。图中展示的是各国国内的成本变化趋势;由于汇率和通胀等差异,不宜直接进行跨国成本对比。早期的大亚湾核电站、秦山一号机组等由于汇率和通胀的差异,其可比成本需要谨慎使用。详见文章附件说明。
在过去20年中,中国是唯一一个持续大规模扩张其核电机组的国家,截至2024年底已有58座在运反应堆。自2022年以来,中国每年批准大约10座新反应堆,到2030年有望超越美国,成为全球核电容量最大国家。中国核电发展中心、国网能源研究院发布《我国核电发展规划研究》提出到2050年中国核电容量要增加到目前水平的五倍。
我们整理并分析了来自多个公开渠道的中国核电站建设成本数据。我们的研究关注核电的建设成本,因为运行和燃料成本相对较低,且多年来保持稳定。我们的研究结果发现,相比欧美核电建设成本不断升高的趋势,中国的核电建设成本到2000年代初期下降了一半以上,此后基本保持稳定。
一般核电建设中,为了控制成本,会采取建设更大规模的电站以实现规模效益、分享建设经验等策略。但我们发现这些机制并不足以完全解释中国的成本下降趋势。中国的成本下降主要归功于国产化供应链建设。稳定的监管框架、国家支持的激励政策以及高效的项目管理也帮助中国成功控制了核电建设成本。
中国控制核电建设成本的关键在于其在民用核能领域分阶段、有计划地开展国产化:
第一阶段(1990年代至2005年):中国一PG电子官方网站 PG电子网址方面从国外引进反应堆技术加快核电部署,同时逐步实现常规部件的国产化,并使用中资企业承包土建工程以降低成本。同时,中国开始基于法国技术研发国产反应堆设计。
第二阶段(2005–2010年):国产化范围扩大至包括反应堆堆芯等关键安全部件。中国迅速扩建核电容量,建设了超过30座使用两种国产型号的反应堆。
第三阶段(2011年福岛核事故之后):中国加快部署第三代更高效、安全的核电技术,与美法合作建设第三代核电站,同时也开发了自己的第三代反应堆技术:华龙一号。
用国产部件替代昂贵的进口部件大大降低了成本。有些中国制造的核电部件价格仅为进口产品的一半。对于依赖进口技术的国家而言,这种国产化建设需要综合考虑经济成本和技术创新。例如,韩国采用了类似中国的阶段性做法,也实现了成本降低。相反,法国在1980年代放弃了成熟的西屋公司堆型设计,直接转向更法国化的设计后,核电建设成本大幅上升。
图 2:中国在运核电站的国产化率对单位隔夜建设成本的影响。图中每个点代表一座核电站(包括多个机组),因为建设成本和国产化率通常是在核电站层面报告的。虚线表示国产化率与单位隔夜建设成本之间的线性回归拟合结果。
中国的核电管理机制和政策环境同样发挥了重要作用。稳定的国家产业政策提供了可预期的电价和低息融资渠道。中国的核能治理结构也确保了监管稳定性,并促进了全国反应堆建设的PG电子官方网站 PG电子网址标准化。中国庞大、持续增长的电力需求也为核电的长期需求提供了确定性,推动了对本土供应链和劳动力的投资。中国劳动力生产率高,有能力“快速招聘、快速制造、快速改进”,这也有助于项目管理效率的提升。因此,中国核电项目的建设周期通常为五到六年,大约是法国和美国新建核电所需时间的一半。
要推动全球核电的进一步发展,不能仅靠目标宣言。正如中国经验所示,必须有明确、长期的核能发展承诺,并以国家清洁能源目标、稳定监管、政府补贴与融资工具、以及通过电力购买协议等机制带来的投资确定性。研究界、产业界与政府必须携手合作,更好地理解技术标准化、本土化供应链建设与监管监督和经济成本之间的复杂关系。这需要更透明的数据、更多实证证据和更多的全球最佳实践案例。
稳定、统一的安全许可体系对于降低监管不确定性并赢得公众支持至关重要。安全始终是核能的首要问题。尽管核电站事故已越来越少,但福岛级别灾难的风险依然存在,这可能在气候行动的关键时刻挫败核电发展。
在国际层面,核技术出口国应与进口国合作,识别哪些部件可以实现本地制造,并在劳动力培训上投资。国际原子能机构可通过分享最佳实践、协调监管方法来支持新进入者,实现及时、经济的核电部署,同时维护安全标准、防止核扩散、并妥善管理放射性废物。
各国在急速扩张核电之际,必须兼顾成本可负担性、安全性、可扩展性、投资者信心与公众信任。否则,核能将仍然是一个世界难以承受的昂贵赌注。
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