煤核切换助力中国电力系统脱碳

研究团队升级了一个具有省级详细信息的全国电力系统容量扩展和运行模型，以测试燃煤到小堆切换在中国各地如何运作。通过扩展核能技术的表示并增加燃煤电站转换的特定约束，他们评估了在中国碳达峰和碳中和目标下该路径的技术可行性和经济影响。

模型结果表明，如果内陆核能开发继续进行，到2060年，中国的核能装机容量可能达到约422吉瓦，即使没有专门的燃煤到小堆切换政策，也能满足全国电力需求的大约18%。然后，研究团队构建了三种情景，以量化对符合条件的退役燃煤机组进行改造将如何改变核能容量、其区域部署模式以及整体电力系统成本。

情景分析表明，系统性地转换合适的燃煤电站可以释放核能发电的额外增长。对符合条件的厂址进行改造，相对于没有燃煤到小堆切换的情况，核能容量增加了约13%至23%，到2060年，核能在总电力供应中的份额提高了2至4个百分点。在最高转换情况下，到本世纪中叶，核能约占中国电力结构的22%。

分析发现，这种额外的核能容量不会损害电网可靠性。在所有情景中，系统保持了以非化石能源为主的混合结构，同时将可再生能源弃电率保持在约7%以下，这表明风能和太阳能输出可以在没有过度浪费的情况下整合。燃煤到小堆切换特别有利于在拥有大量现有燃煤机组的西北省份部署小堆，使这些地区能够从化石燃料发电转向，同时继续承载主要的电力基础设施。

通过依赖现有燃煤电站的位置、基础设施和电网连接，转换策略还使核能项目能够扩展到国家的更多地区。研究报告称，当与传统的绿地核能开发相结合时，到2060年，燃煤到小堆切换项目可以将核能部署扩展到28个省级区域。这种更广泛的选址模式既支持区域能源安全，也支持更地理平衡的低碳转型。

作者得出结论，燃煤到小堆切换在系统层面具有成本效益。他们估计，在2030年至2060年之间，两种燃煤到小堆切换开发情景相比排除转换的路径，可带来约0.22%至0.69%的累计电力系统成本节约，相当于约0.44至1.39万亿元人民币。节约来自避免一些绿地核能投资，以及灵活的燃煤到小堆切换取代化石燃料发电带来的较低运营成本。

分析强调了这些经济收益背后的几个机制。使用现有燃煤电站厂址减少了对新土地征用和支持性基础设施的需求，同时重用电网连接和一些辅助设施缩短了项目时间表。在系统运行中，安装在旧燃煤厂址的小堆提供了灵活、低碳的发电，可以响应需求变化并补充可变可再生能源，这反过来又减少了剩余化石燃料机组的燃料使用和运营费用。

除了建模结果外，该研究概述了可能使燃煤到小堆切换有助于中国脱碳目标的政策步骤。作者建议保护有限的沿海和内陆绿地核能厂址，用于无法使用燃煤位置的核能项目，同时通过支持性监管框架和融资促进早期燃煤到小堆切换试点项目。他们还主张扩大关键核能部件的制造能力，并继续研究先进反应堆设计，以降低成本和增强运行灵活性。

根据作者的说法，这些措施将有助于通过重新利用现有资产而不是简单地退役它们来管理煤炭转型的社会和经济方面。用核能机组改造燃煤电站可以限制搁浅资产风险，维持与电力基础设施相关的当地就业并支持区域税基，同时减少碳排放。对于严重依赖燃煤发电的国家，该研究表明，燃煤到小堆切换提供了一条协调气候目标与经济及电网稳定性关切的途径。

这项题为“燃煤到小堆切换在中国电力系统脱碳中的作用”的工作由包括李岱蔚、张宏宇、周颖、周晟、郭思月、黄俊玲和张希良在内的研究人员完成。该研究得到了中国国家自然科学基金和清华大学中国碳中和倡议的支持，并作为开放获取文章发表在《工程》杂志上。

研究报告：燃煤到小堆切换在中国电力系统脱碳中的作用

摘要