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中國的低碳能源發展前景

THE FINANCIAL TIMES
不要再討論德國的“能源轉型”了,在能源和氣候變化政策方面,中國才值得關註。中國經濟增長迅速,火電需求巨大,因此碳排放居於各國之首,超過了世界總量的四分之一。但中國也是使用清潔能源的主要推動者,其對低碳技術的開放態度前所未有。

不要再討論德國的“能源轉型”了,在能源和氣候變化政策方面,中國才值得關註。中國經濟增長迅速,火電需求巨大,因此碳排放居於各國之首,超過了世界總量的四分之一。但中國也是使用清潔能源的主要推動者,其對低碳技術的開放態度前所未有。這使中國成為研究不同能源成本及管理的特殊實驗室——尤其適於比較核能和可再生能源的利弊。研究中國核反應堆、風輪機、光伏板的應用現狀和前景,可以幫助我們預見未來世界能源供應的格局。

中國核電計劃規模宏大,目前有17個商業核反應堆正在運行,還有28個處於建設之中,幾乎占到世界新建核反應堆的一半。中國政府預計,2015年核電裝機容量將達到40吉瓦(GW),2020年不低於58GW。但與風電、太陽能發電計劃相比,這些數字也黯然失色。2012年底,中國風電裝機容量75.6GW,居世界首位,預計2015年達到100GW,2020年不低於200GW。光伏發電裝機容量也迅速增長:原先設定的2015年達到21GW的目標已增至35GW,2020年50GW的目標可能也會再提高。從這些數字來看,風電、光伏發電將遠超過核電。

然而,僅憑“銘牌”上的額定功率來衡量發電量實為誤導。如果以太瓦時(10億千瓦時,TWh)為單位,情況將截然不同:風電、光伏發電並不穩定,很難與輸出強勁的核反應堆相提並論。如2012年中國風電發電量達到100.4TWh,略高於核電98.2TWh。然而去年,中國投入運行的核電站僅12.8GW,其發電量卻為同功率風電機組的6倍。

風電發電量較低的一個原因是上網困難。截止去年年底,75.6GW風輪機中,僅有62.7GW連入電網;考慮到這些機組是陸續上網,那麽2012年連網的機組平均僅為55GW。中國由多風的草原至沿海城市的遠距離輸電線建設也相對滯後。因為電能無法從內蒙古風力農場送往廣東工廠,當發電量超過當地電網容納上限時,就需“棄風”,即關閉機組。2012年中國棄風電量達20TWh。

實際功率 VS 標示功率

但中國風電表現欠佳的主要原因還是風力不穩定。風輪機只有在理想風況下才能到達額定功率,多數情況下實際功率並不大。實際功率與銘牌標示的裝機容量之比稱為“容量系數”,也就是全年實際發電量除以風輪機滿功率運轉8760小時的發電量。2012年,中國上網風輪機的容量系數僅為21%,如果輸電線路充足能夠避免棄風,容量系數可提高至25%。在光伏發電中,由於存在異常天氣狀況即“多雲”和“夜間”,其容量系數更小,僅為14%。而2012年中國核反應堆的容量系數則達到了87%。

上述容量系數意味著,每吉瓦核電機組的實際發電量是風電、光伏發電的4-6倍。這使中國風電、光伏發電的宏偉目標失色不少。假設中國能夠實現2015年內陸上網風電裝機容量100GW、光伏發電35GW,再加上5GW海上風電,且海上風電容量系數為40%,那麽風電、光伏發電的裝機容量總計140GW,發電量279TWh。2015年前預計建成40GW核電機組,僅略高於風電和光伏發電的四分之一,但發電量卻能達到305TWh,比風電和光伏發電還多9%。

核能的經濟優勢

此外,中國核電成本較低。中國第三代核反應堆的建設成本約為2600美元/千瓦;融資會使成本提高至3500美元/千瓦。目前風電、光伏發電的成本則為1500美元/千瓦,海上風電2400美元/千瓦。相比之下核電成本較高,但其發電量大,因此依然占有優勢。依此計算,40GW的核電站建設成本總計1400萬億美元,而140GW風電、光伏發電的成本則為2140萬億美元,前者節省近三分之一,而且發電量更大。風輪機和光伏板運營、維護費用略低,但發電量相同的情況下需要的設備更多。

因此核電上網電價(每度0.43元,合0.07美元)低於風電(每度0.51-0.61元,合0.08-0.10美元)和光伏發電(每度0.75-1.15元,合0.12-0.18美元)。另外,這還沒有包含在草原、沙漠、海中鋪設輸電線以及風電、光伏發電調峰的費用。由於系統維護費用高,因此可再生能源配額制實施後,中國的輸電運營商依然不願意讓風電上網。

為收回建設成本,發電站建成後的幾十年內,上網電價都會維持在較高水平;但貸款一旦還清,發電站就可以按照邊際生產成本大幅調低電價。核電站壽命一般為60年甚至更長,可以在後幾十年中都維持低電價;但風電、光伏發電站的壽命僅有20-30年,無法維持到低電價階段。事實上,為實現2020年目標而建設的風輪機和光伏板,都無法使用至2050年。因此從長遠來看,核電是中國更好的投資選擇。

水電是中國可再生能源中的重量級角色,預計2020年將增長至430GW。水電比核電價格略低,盡管容量系數僅為40%,但在固定的季節內發電量穩定。不過水電會對社會和環境帶來不利影響,如三峽大壩導致150萬居民被迫遷徙、數百平方千米的區域被淹沒。另外,水電還受地理條件影響。這幾個因素都制約了水電的發展。

因此中國要實現能源供應低碳化,還應依賴風能、太陽能及核能。以何種技術為主導最終將取決於政府,但核能成本低廉、便利穩定,是其中有力的競爭者。如果中國能發展出可與西方第三代反應堆媲美的技術,核能的優勢還會進一步增大。西方核電項目受資金困擾,多次遭到擱置,而中國已避免了這兩大問題。另外,中國大規模發展核電,規模經濟能夠進一步降低成本,使其他可再生能源難望其項背。中國還在積極發展第四代技術——球形燃料反應堆、快中子增殖反應堆和釷反應堆,有望實現安全性和成本上的突破。

當然,安全問題一直是限制因素:福島事故後,中國核電發展步伐大幅放緩,一些核反應堆計劃遭到公眾抗議。但環境危機進一步加劇,可能會改變中國人對核風險的態度。中國空氣污染十分嚴重,火力發電廠是其主要來源,每年有數萬人因此而死亡,遠多於核事故的致死人數。根據核電的發展現狀,它將超越風電和光伏發電,以更低的價格取代火力發電,成為未來能源中最安全的選擇。

引用來源:THE FINANCIAL TIMES