灵活性核能——清洁能源的宝贵财富

“核能创新:清洁能源未来”(NICE Future)是清洁能源部长级会议发起的一项国际倡议，其于2020年9月发布《灵活性核能促进清洁能源系统》报告。报告介绍了灵活性核能的内涵，在目前和未来满足能源需求方面可能发挥的作用以及建议。

报告将灵活性定义为核能在终端用户所需的时间和地点经济地提供能源服务的能力。这些能源服务包括利用传统和先进核电厂以及综合系统的电力和非电力应用。

如今，全球电力系统正在经历迅速而重大的变革。过去十年间，在高成本效益、低排放的新技术不断涌现及对清洁能源经济性提出的更高要求下，能源生产、运输和消费方式发生了快速变革与创新，而这仅仅是开始。可以肯定的是，未来十年将迎来更多创新和变革，进一步推动各部门对清洁能源的使用，应对能源安全、经济复苏、环境管理、气候弹性和全球健康等多重全球挑战。作为能源转型的一部分，各国正在积极寻求提升能源灵活性的方法，以确保其能够经济地使用可靠、可负担的清洁能源。

核能行业正经历快速革新，特别是在过去的十年间，核能在发挥其传统的基核电力属性的同时，迅速提高在灵活性、多用途方面的成熟度。虽然核能在调峰速度和长时间低功率运行方面存在限制，但在确保系统灵活性方面仍具有难以替代的价值。

现如今，核能已经在中国、法国等国提供了兆瓦到吉瓦量级的灵活电力系统。这种灵活性是清洁能源的宝贵财富。然而到目前为止，核能仅主要用于发电。未来，技术创新将为核能提供越来越多的灵活性。

例如，通过与储能、新型热电转换系统和制氢技术进行新的结合，核电厂不仅是可调度电力的新来源，还将是热能和化工生产的新来源。全球正在进行的几个试点项目将使在运的吉瓦量级核电系统发生重大变革，且更加多样化。

此外，先进第四代反应堆在改变功率输出方面可以做到更小、更快的调节，因此可提供一系列新型电力和非电力能源服务。简而言之，核能创新可能彻底改变清洁能源系统。

报告反映了“核能创新:清洁能源未来”国际倡议成员国的最新国际经验和研究，主要内容为以下四点：

一、目前已建成完备的核电厂灵活性运行知识体系。

反应堆物理、热工水力学和材料科学方面的研究已证明，反应堆可以安全地提供各种谱系的能源输出。一些国家在灵活运行现有反应堆方面拥有数十年的经验，多个机构也就灵活运行对安全性的潜在影响进行了相关研究。研究表明，灵活运行对核能安全不会构成已知威胁，现有反应堆可在确定约束条件下提供灵活的电力输出。但是，对部分国家来说，由于需要专用设备和额外监管体系，采用灵活运营模式仍存在一定难度。此外，灵活性对各国电力系统的影响也各不相同。

二、创新可以增加现有核反应堆的灵活性，既可以生产清洁电力，也可以生产有益的非电力产品。

当前有多个组织正在研究如何提高反应堆调峰速度，并使其能源产品多样化。由于装机容量大、热功率高，在运反应堆可以通过附加设施或调整运行模式，以储存能量供后续使用。除电能外，反应堆还可提供热能，支持氢和化学品等多种产品的生产。这些创新可使核电厂在额定功率水平持续运行的同时，灵活地支持电网运行。

三、先进反应堆将为核系统的灵活性提供更多机会。

尽管已对现有百万千瓦级反应堆技术进行重大且高价值的创新，但仍有一些能源服务只有先进反应堆才能提供。当前世界范围内的先进反应堆设计的装机容量大多在1至100兆瓦之间。这些反应堆将在能源需求较小、无法支撑传统百万千瓦量级电厂的地区投入使用。“孤岛应用”是先进反应堆灵活支持各种用途的重要举措，如向偏远社区和工业(如采矿业)提供热能和电力。此外，这些设计还可以与新的储能系统相结合，如热储能或产氢，以进一步提高灵活性。

四、核能的灵活性可成为其他清洁能源发电的关键。

在过去的几十年中，除太阳能光伏和风力发电之外，如分布式径流水电、地热、生物质能、集中式太阳能和具备碳捕集手段的化石能源等其他能源也经历了快速的技术和经济发展。能源发电技术的每一次进步都要求工程师和政策编制者重新设想并拓宽对潜在能源互联的认识。核能将可能以一种协同的方式与其他能源在结合一起，形成一个综合系统，产生“1+1>2”的收益。

各国对清洁能源系统的部署取决于当地的自然资源、地理条件、能源结构、基础设施和社会价值。清洁能源部长级会议的使命是通过分享国际经验来促进清洁能源的转型。因此，“核能创新:清洁能源未来”倡议，无论核能目前是否属于国内的能源系统，各国能源部都应重新审视核能提供的机遇和潜在利益。报告建议：

首先，各国政府应促进清洁能源建设，鼓励核能与可再生能源专家及利益相关者间的合作，合作旨在超出政府能源部委范围，囊括涉及清洁能源技术和市场的所有相关机构，共同致力于创建清洁能源系统。

其次，政策编制者应为能源转型和创新、气候变化、电力、热力、工业和交通领域谋划具有前瞻性与可操作性的战略。推进能进一步促进良性竞争市场设计和激励措施的改革，从而提高效率,更好地利用各种能源方案的潜在新型应用。

第三、气候与能源模型研究人员应广泛考虑技术解决方案，拓宽减排途径范围。此举既可减轻模型系统其它方面的压力，又营造了新的市场。规划切实可行的保经济、促减排途径是激励投资者、供应链、决策者和公众积极性的关键部分。

第四、分析与技术人员应加强减排方面研究，以应对并弥补(研究)文献中缺少核能存在的空白。目前，核能要么被严重低估，要么完全被排除在清洁能源的选择之外。

第五、投资者应考虑用组合投资的方式对清洁能源投资。将投资分散在一系列技术方案上，以减少风险敞口。始终如一、包容技术的融资渠道对于实现这一目标至关重要。

第六、商业领袖应帮助目前正在开发的清洁能源技术创造市场，并为示范这些核能技术投资，以便这些市场能得到充分实现，从而产生规模经济和市场驱动的减排。