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中国正探索两大低碳能源成果将出乎环保人士

2018-10-31 14:24:53

中国正探索两大低碳能源 成果将出乎环保人士意料

SMM讯: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困难。截止去年年底,75.6GW风轮机中,仅有62.7GW连入电;考虑到这些机组是陆续上,那么2012年连的机组平均仅为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1400万亿美元,而140GW风电、光伏发电的成本则为2140万亿美元,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。

因此核电上电价(每度0.43元,合0.07美元)低于风电(每度0..61元,合0..10美元)和光伏发电(每度0..15元,合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。

为收回建设成本,发电站建成后的几十年内,上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、快中子增殖反应堆和钍反应堆,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,成为未来能源中安全的选择。

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