核能特點、發展現狀及挑戰有哪些？

核能發展勢頭強勁，挑戰與機遇并存。

1.我國核準機組數量創歷史新高，核電成長確定性高

核電是建設新能源體系的重要組成部分，我國大力支持核電發展。核能是低碳能源，全生命周期碳排放僅約 12 克/千瓦時，同時具有裝機容量大，運行穩定可靠、換料周期長等特點，具備較強的頻率和電壓調節能力，能夠為經濟社會發展提供充足的電力保障。在高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”電力系統中，核電具有保障電力供應、支撐電力系統安全穩定運行、促進新能源消納和實現“雙碳”目標等方面具有重要作用 1。核電產業是我國支持發展的產業，《“十四五”現代能源體系規劃》提出，在確保安全的前提下，積極有序推動沿海核電項目建設，保持平穩建設節奏，合理布局新增沿海核電項目。開展核能綜合利用示范，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，推動核能在清潔供暖、工業供熱、海水淡化等領域的綜合利用。切實做好核電廠址資源保護。 我國核電行業發展全球領先，但核電發電量占比較低。截至2025 年1 月6日，我國商運核電機組數量達到 58 臺，總裝機 6096.7 萬千瓦（含國和一號示范工程1號機組和漳州核電 1 號機組），位列全球第三；在運和在建核電總量約1.13億千瓦，規模升至世界第一，其中在建機組規模保持世界第一；在建及已核準未開工機組合計 46 臺，累計裝機容量 5547 萬千瓦。但我國核電發電量在全國發電量中的占比較低，2023 年僅占 4.86%，低于世界平均水平（近10% 2）。

2.核能發展仍面臨多重挑戰

安全性是核能發展首要考慮因素。2011 年福島核事故后，全球核能發展放緩乃至停滯，部分國家啟動退核，關停國內全部核電站。由于核事故的巨大危害性，安全性是核能行業發展的第一原則，安全和質量是核電發展的“生命線”。目前先進三代核電設計需要采用能動和非能動安全系統來保證核電運行的安全性，華龍一號設計就包括了輔助給水系統和非能動二次側余熱導出系統、安噴系統和非能動安全殼熱量導出系統、能動和非能動的堆腔注水系統、能動和非能動的安注系統等 4 套安全系統 3。華龍一號的安全設計保證 72 小時內不需要外部干預，依靠重力、溫度、密度差等非能動手段可以導出堆芯熱量，保證機組安全，發生事故的概率降低到百萬年分之一。

全球天然鈾產能有限，存在供給缺口。根據 WNA 的數據，2022 年全球U3O8供應量58201 噸，相當于 49355tU，占公用事業全年需求量的74%，剩余部分則由二次供給補充。根據 WNA 統計，截至 2021 年，全球生產成本在130$/kgU（約50$/lbU3O8）以下的合理確定資源和推斷資源合計 607.85 萬 tU；而每GW 核電裝機每年約消耗150-200tU，首次燃料裝載則需要 300-450tU。以全球核電裝機400GW 測算，以上鈾資源約可使用 100 年。而隨著全球核能復蘇，新建核電逐漸投產，全球鈾礦需求將持續提高，供給缺口可能擴大，鈾資源可用年限進一步縮短，導致全球天然鈾市場價格明顯提高；另一方面，受福島核事故影響，2011 年后全球核電發展放緩、停滯甚至倒退，鈾資源企業減少了鈾礦勘探、開采開支，新礦山儲備較少，而新礦山從前期勘探、審批到建成投產周期一般在10 年以上，近年新增鈾礦產能主要是原有礦山的復產和增產。

乏燃料處理尚未成熟。目前全球投入商業運行的二三代核電均為熱堆，熱堆運行過程中會產生含有強放射性、長半衰期的乏燃料，通常含有1.0%的鈾-235，0.6%的可裂變钚（钚總量約 1%），3%的裂變產物和次要的錒系元素，以及95%的鈾-238。乏燃料取出后卸載到緊鄰反應堆的儲存池中或進行干法貯存，以屏蔽輻射并釋放余熱，這一過程可能持續數月乃至數年，然后可以轉移儲存，但最終需要回收處理再利用（閉式燃料循環），或直接進行永久儲存（一次通過式燃料循環）。目前對于乏燃料的主流處理方式仍是掩埋和儲存，無法完全解決乏燃料問題且需要長期監測，成本高昂，而乏燃料的后處理和回收再利用目前仍未完全成熟。按百萬千瓦核電機組一年約產生 20-25 噸乏燃料測算，目前我國核電每年產生1200-1500 噸乏燃料。據估計，到 2030 年我國累計乏燃料將達到約23500噸，離堆運輸的需求將達到 15000 噸 4。 目前我國乏燃料處理能力僅有 2010 年在甘肅蘭州建成的四〇四中試工程，以及以中試廠為基礎建設的 200 噸/年乏燃料后處理示范工程。中核集團和法國阿海琺集團合作的中法合作核循環項目選址曾計劃選址連云港，模仿法國阿格核循環廠模式建設核循環廠，設計年處理乏燃料能力 800 噸，一期貯存能力3000 噸，但由于當地居民對核能安全和環境影響的擔憂，連云港市政府決定暫停了核循環項目的前期選址工作。

核電廠址要求嚴格，條件優秀的廠址有限，內陸核電尚未放開。出于對核電運行安全性的考慮，核電站選址條件苛刻，需要確保核電站不受到自然災害或外部人為因素等的影響，即使發生事故時，也能夠有效降低對周圍環境以及居民生產生活的影響。國家能源局要求核電廠址滿足以下 6 個條件：

核電廠址盡量選擇人口密度相對較低，離大城市較遠的地點。半徑5千米范圍不宜有 1 萬人以上鄉鎮；10 千米范圍內不宜有10 萬人以上城鎮，40千米范圍內不宜有 100 萬人以上的大城市。

核電廠水源應該滿足裝機容量取水要求（內陸核電廠采用淡水循環冷卻，取水量不超過每百萬千瓦 1.2 立方米/秒；沿海核電廠，取水量不超過每百萬千瓦 0.05 立方米/秒）。

核電廠址附近范圍內不應存在能動斷層，廠址不受火山活動及其他嚴重地震、地質災害的威脅，地基地質條件好。

核電廠的交通運輸應便捷，設置進廠道路、應急和施工道路。廠址應具備可行的建造大件運輸通道或大件碼頭條件。

核電廠廠址盡量選擇距離電力負荷中心較近區域，且電網可靠性高、廠外電源應有兩個獨立系統。

核電廠址可提供廠區 0.146 平方米/千瓦的用地和廠外施工臨時用地，廠址場地標高應高于設計基準洪水位 5。

簡而言之，核電選址需要考慮的要素包括：充足水源、穩定地質結構和氣象等條件、適宜的社會經濟條件和無潛在危險源。目前我國在建及在運核電站均為沿海核電，可供選擇的廠址有限；內陸核電目前尚未放開，主要原因是核電冷卻取水和安全等問題。而全球在運核電中，內陸核電占總裝機的2/3 以上，并且在技術和實踐上都已驗證成熟，只要在選址階段對關鍵難點問題進行深入分析研究，并采取適當的管理措施和技術措施，內陸廠址能夠滿足有關法規和建廠條件的要求。根據中核集團相關報道，我國初步勘查選擇的核電站廠址容量可支撐未來4億千瓦裝機，核電站廠址資源主要分布在我國東部沿海和中部內陸地區，主要包括遼寧、吉林、河北、浙江、安徽、河南、福建、江蘇、浙江、山東、湖北、湖南、江西、四川、重慶、廣東、廣西、甘肅、黑龍江、云南等省份6。按照核電發展規劃測算，考慮內陸核電的情況下，當前儲備選址足以保證2060 年前的核電發展。

核能利用場景有限，能量轉換效率較低。同樣出于安全性考慮，核電站一回路壓力較低，對應飽和溫度也較低，同時設置一定的安全邊界，再加上傳熱效率問題，二回路主蒸汽溫度更低，因此能量轉換效率也較低，通常顯著低于超超臨界火電機組。同時，低參數蒸汽也較難應用于供熱供汽、制氫等用途，因此目前核電主要用途仍是發電。目前，海陽、紅沿河等核電站有供暖應用，田灣核電建成“和氣一號”后成為我國首個工業用途核能供汽項目。除以上核能綜合利用方式外，部分堆型還可用于生產同位素，但目前我國在運核電中僅秦山三核的兩座CANDU6重水堆具備此能力。