【專業論文】碳中和與SMR的未來

發布時間：

2021-10-22

自1859年（清朝咸豐年間）人類發明鉛酸電池，從90Wh/L提高到如今先進的鋰電池260Wh/L，150多年間其能量密度也就翻了2倍，并沒有如芯片界摩爾定律般的革命性提升。當今的儲能很適合消費端和通勤載具（長距離出行尚且不易），卻很難“魔法般”地替代大電網。同時電池自身有著上游原材料稀有金屬價格波動的風險、礦場開采的生態威脅、運行與續航時間太短、以及下游分布在大地上不計其數的待回收電池的重金屬泄露風險（國家謹慎對待梯次利用儲能的主要原因）。中國作為擁有近14億人口的工業大國，其基荷能源的形態一定是穩定、低碳、且可控的，能源供應絕不會隨意受到天氣、氣候、乃至晝夜的影響。隨著逐年擴大的超級城市群（大灣區、長三角、成渝等）和大型工業區，基于“底線思維”也不宜完全押注尚在探索、前景不明的儲能技術上。某些可再生能源會占用巨量的土地和空間資源，屆時我們奮斗多年的“綠水青山”、“椰林樹影”將會被密密麻麻的工業視覺污染所侵占。

WHY – 為什么做

如今全球各國已承認氣候變化是“對人類具有系統性的威脅（The Most Systemic Threat to Humankind）”，中國于是宣布大國承諾：2030“碳達峰”、2060“碳中和”。

在隨后轟轟烈烈“運動式”可再生能源搶裝潮的同一時刻，我國自2020年入冬以來廣東、廣西、湖南等多個大省卻發生了“拉閘限電”，工廠停工、居民用電受限（至截稿日“電荒”愈演愈烈，范圍擴散至東三省、山東、江蘇等），2021年又發生了煤炭消耗逆勢大漲的魔幻場景（至截稿日電煤價格刷新歷史新高、且供應緊缺）。

某些可再生能源在優勢宣傳和資本加持下迅猛擴張，同時也掩蓋了其背后的風險和不足，如渦流噪音殘害鳥類、報廢材料處理（填埋或焚燒不可降解的玻璃鋼葉片、含致癌物碲化鎘的薄膜）、占地空間巨量、波動性和間歇性、電網改造成本、以及避重就輕的：大規模儲能技術的局限。離開儲能的某些可再生能源就成了“隨機型發電”，只能依靠“祭風伯”和“掛晴天娃娃”，但算上儲能的話成本也就沒什么優勢了。

自1859年（清朝咸豐年間）人類發明鉛酸電池，從90Wh/L提高到如今先進的鋰電池260Wh/L，150多年間其能量密度也就翻了2倍，并沒有如芯片界摩爾定律般的革命性提升。當今的儲能很適合消費端和通勤載具（長距離出行尚且不易），卻很難“魔法般”地替代大電網。同時電池自身有著上游原材料稀有金屬價格波動的風險、礦場開采的生態威脅、運行與續航時間太短、以及下游分布在大地上不計其數的待回收電池的重金屬泄露風險（國家謹慎對待梯次利用儲能的主要原因）。

中國作為擁有近14億人口的工業大國，其基荷能源的形態一定是穩定、低碳、且可控的，能源供應不會隨意受到天氣、氣候、乃至晝夜的影響。隨著逐年擴大的城市群（大灣區、長三角、成渝等）和大型工業區，基于“底線思維”也不宜完全押注尚在探索、前景不明的儲能技術上。某些可再生能源會占用巨量的土地和空間資源，屆時我們奮斗多年的“綠水青山”、“椰林樹影”將會被密密麻麻的工業視覺污染所侵占。

數據來源：DECC-英國能源及氣候變化部（BEIS-英國商業、能源及產業戰略部）

WHAT – 做什么

SMR，即Small Modular Reactor - 小型模塊化反應堆，單機容量通常小于300MW，其優勢體現在初期投資少、選址更容易、工廠標準化預制和運輸、模塊化可拓展性（Scalability）、可并行批量建設、可熱電聯產、安全性提升、以及成本更低。

在碳中和的大背景下，雖然世界各國都在高呼發展可再生能源，但同時卻“身體誠實”地平行大規模投資SMR。美國（NuScale）、俄羅斯（BREST）、阿根廷（CAREM）、韓國（SMART）、英國、加拿大、以及中國（玲瓏一號）都已決定在未來五到十年間建設SMR新堆型。

圖片來源：IAEA – ARIS國際先進堆型報告2020

尤其經歷了德州大停電后，美國能源部（DOE）出資39億美元給先進反應堆示范計劃（ARDP）、以及14億美元給紐斯凱爾電力公司（NuScale Power）分攤其SMR的建設成本，并會逐年增資。

比爾蓋茨創立的泰拉能源（TerraPower）聯合沃倫巴菲特的太平洋電力公司（PacifiCorp）將共同斥資10億美元，在懷俄明州建造熔鹽熱儲能型鈉冷快中子小型堆（Natrium）。這兩位“先知級”的科技巨頭和投資大佬并沒有選擇如火如荼的可再生能源，而選擇“偏冷門”又不那么受“熱錢”青睞的核能，相信別有深意。

圖片來源：Reuters路透社

核能作為典型的零排放清潔能源，材料消耗少、容量因子高，在未來必將填補化石發電退役所造成的電力空缺，成為我國電力安全的“壓艙石”。然而在國際上由于目前上世紀六、七十年代二代核電設計理念的不完善，在如今運行超過半壽期的時間點上狀況頻出。尤其是日本福島核事故之后，全球都在通過技術升級來提高核電的安全系數，而安全系數每提高一點，核電的總成本就會隨之增加。