低碳未来的核能：对美国和日本的影响（英）

大西洋理事会 全球能源中心 核能在低碳未来: 对美国的影响 国家和日本 写的 Stephens.格林 大西洋理事会 全球能源中心 全球能源中心通过与 政府、行业、民间社会和公共利益相关者制定务实方案应对地缘政治、可持续性和经济挑战的解决方案 改变全球能源格局。 本报告是根据大西洋理事会编写和发布的知识独立政策。作者全权负责 其分析和建议。大西洋理事会及其捐助者这样做不决定，也不一定支持或倡导任何这些 报告的结论。 大西洋理事会 15日街1030号西北,12楼华盛顿特区20005 有关更多信息,请访问 www.AtlanticCouncil.org。 大西洋理事会感谢ClearPathInc.，霍华德贝克论坛，日本电力公司联合会、东京电力 公司控股公司和核能研究所的慷慨解囊这个项目的支持。 ISBN-13:978-1-61977-257-12022年11月 设计:唐纳德Partyka和阿冈萨雷斯 封面：2022年10月，法国圣福尔昆高压电力线的电力塔。路透/帕斯卡Rossignol 大西洋理事会 全球能源中心 核能在低碳未来: 影响 美国和日本 Stephens.格林写的 表的内容 表的内容1 介绍3 即核能源和脱碳4 2挑战脱碳9 3对美国的影响14 四、对日本的影响18 结论25 关于作者27 介绍 N 暗室能源最近收到更新 兴趣作为一种工具来解决双重挑战 能源安全与气候变化。在1 联合国气候变化会议 （COP26），美国代表团强调了潜在的作用气候战略中的先进核能发电 在会议上发表。法国总统伊曼纽尔2 长音符号提议重新强调核 除了扩大可再生能源发电外，电力还 可再生能源的快速部署，挑战 后期阶段将需要可调度的生成和存储年龄（包括仍然 正在开发中）。例如，6随着添加更多可变的可再生能源，天气将开始有一个对电力供应和需求的影响，可调度 发电（如核电）将需要帮助支持可靠性。 实现法国的脱碳目标。3中国contin-在国际能源署的净零情景中， 依靠核属的广泛扩展 以及可再生能源，因为它追求脱碳 同时满足不断增长的能源需求。在上下文中4 主要由战争引起的能源市场波动 在乌克兰，日本和其他国家已经更新了他们的追求核能，改善能源安全 实现他们的脱碳目标。5 核电是可调度的证明来源 零碳电力。今天，它是唯一的零碳，可调度选项能够大规模部署（使用在某些地区，水电和地热除外 能源，具有地理，资源和环境 塔尔限制）。此外，核能可能是一项壮举。用于制氢的可靠动力来源不是 受可再生资源可用性的限制，且先进核技术可以在高温下产生热量 许多工业过程所需温度。 2030年之间，全球电力需求将几乎翻一番和2050年，在此期间，超过5000千兆瓦（GW）的新一代可调度发电和存储将需要添加。到那时，先7进的核技术 目前正在建造和演示的ogies将投入使用，这些技术将可用 除常规核电外，用于更广泛的部署电源的选择。 核能有可能成为关键组成部分全球脱碳战略。本文论文 质疑核能在脱碳中的价值 框架，脱碳努力可能面临的挑战面对核能如何促进脱碳 美国和日本的努力，以及采取的步骤可以加强这些努力。 怀疑论者可能会争辩说，长期许可和骗局常规核电站的建设时间使它们 与快速脱碳的目标不相容 电力系统。然而，虽然近期加速脱碳在很大程度上可以通过 1https://www.iea.org/reports/nuclear-power-and-secure-energy-transitions。 2罗宾逊·迈耶（RobinsonMeyer），《核能目前很热》大西洋,2021年11月10日，https://www.theatlantic.com/science/archive/2021/11/nuclear-power-hot- /620665。 3LizAlderman，“法国宣布重大核电建设”纽约时报,2022年2月10日，https://www.nytimes.com/2022/02/10/world/europe/france-macron-nuclear-power.html。 4丹·默塔夫（DanMurtaugh）和克里斯塔尔·谢（KrystalChia），“中国的气候目标取决于4400亿美元的核电建设”，彭博社，2021年11月2日，https://www.bloomberg.com/news/ 专题/2021-11-02/中国-气候目标-取决于4400亿核电计划-美国. 5“欧盟分类法：委员会开始就涵盖某些核和天然气活动的补充授权法案进行专家磋商”，欧盟委员会，2022年1月1日，https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_22_2。 6例如，参见NestorA.Sepulveda等人，“坚定的低碳电力资源在发电深度脱碳中的作用，”焦耳(2018):2022年5月6日https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.08.006访问。 7“到2050年实现净零情景——数据产品”，国际能源署，2021年5月，https://www.iea.org/data-and-statistics/data-product/net-zero-by-2050-scenario。 即核能源和脱碳 Uclear能量属于生命最低水平之一固有设计（这也降低了成本并增加了 N 循环二氧化碳(CO)排放的战俘2 er-generation选项,根据一些螺栓- ,低于风能或者太阳能。核8 能量既与时间无关（它是可调度的，又是可用性不随天气条件而变化）和位置 独立于（它不依赖于自然可用性 可再生资源，如水电、风能、太阳能或地电 热能）。因此，它提9供了一条通往零汽车的途径适用于可再生资源较少地区的能源 可用，并提供不受天气影响的电力可变性，减少对储能及其的需求 相关费用。它为零碳提供了另一种选择土地密集度低于可再生能源的能源，并且对物理空间的影响较小（例如，较少 可见性影响），代表一种替代方法 选址选项），并且在许多情况下，可以支持工业此外，电力需求和高效制氢 到发电。先进核能的属性11 反应堆包括以下。 •高效施工：先进的设计可以是模块化的， 强调可以制造的组件 在工厂进行检测，因此需要较少的现场工作施工，缩短施工时间。长 施工时间是高成本的关键因素，其中建设融资成本占很大比重 传统核电成本的一部分。模块化设计还允许更快速的迭代，从而降低成本通过技术学习和效率。 可能会对一些社区更具吸引力。•更好的集成：模块化设计允许生成容量以更小的增量添加，更好地匹配 今天，核电是零碳的主要来源 能源。它是零碳电力的最大来源在“发达经济体”中，由国际定义能源署（IEA），占零汽车的40%功率和超过可再生属的产量 尽管最近努力加快风电部署和太阳能。10核能也的基石 美国电力部门，占发电量的20% （包括约一半的零碳电力）和25 在欧盟（约占零汽车的40%）好电)。 现在先进核能得到了广泛的发展采用核能新方法的设计。这些 先进的设计使施工更加高效，更节能 更容易地将炉排放入包含可变的电力系统中可再生能源发电，使安全和保障成为 满足增长需求并减轻财务压力项目发起人。先进的设计还包含改变功率输出水平的能力比传统传统设计（特别是历史上用于 美国）;有些人强调快速的斜坡速度 快速响应不断变化的可再生能源水平，有些包含热能存储，这可能 成本效益比电池存储。 •固有的安全和保障：先进的方法 将安全功能作为 设计，通常依赖于“被动”特征，例如重力或自然热对流，无需冷却反应堆需要机械干预。除了制作 安全系统更加可靠，这种方法减少了确保安全所需的设备数量，其中 降低整体成本。 8汉娜·里奇（HannahRitchie），“什么是最安全、最清洁的能源？我们的数据世界，2020年2月10日，https://ourworldindata.org/safest-sources-of-energy。 9传统的核电站需要水进行冷却，尽管有一些选择可以减少对水资源的影响，以及许多先进的核能技术使用避免大量用水的替代方法。 10“清洁能源系统中的核电”，国际能源署，2019年5月，https://www.iea.org/reports/nuclear-power-in-a-clean-energy-system。 11关于先进核技术的更完整的技术讨论，有几个参考文献，如国际原子能机构，司 核电，核电技术开发科，维也纳（奥地利）（2020年）;“小型模块化反应堆技术发展的进展a 补编：原子能机构先进反应堆信息系统（ARIS）2020年版“，国际原子能机构，2020年9月，https://inis.iaea.org/search/search.aspx？orig_q=RN：51111609;“先进核反应堆技术：入门”，核创新联盟，2021,https://www.nuclearinnovationalliance.org/。advanced-nuclear-reactor-technology-primer。 图1：核能与可持续发展 资料来源：“核能与可持续发展”，世界核协会，2020年4月更新， HTTPS://WORLD-NUCLEAR.ORG/INFORMATION-LIBRARY/ENERGY-AND-THE-ENVIRONMENT/NUCLEAR-ENERGY-AND-SUSTAINABLE-DEVELOPMENT。.ASPX。 •工业集成：许多设计都采用了高温度 性能输出与许多工业要求兼容- （下文将进一步讨论），这也改善了反应堆生产氢的能力。 由美国高级资助的两次示威活动 反应堆演示计划（ARDP）涉及设计包含其中的许多功能。自然园设计在怀俄明州建造允许反应堆运行 以相当于三百和 泰五兆瓦（MW），但包含一个蓄热器系统，因此它可以提供低至一百兆 瓦特，而可再生能源可用，但高达五当可再生能源专业时，滴兆瓦5.5小时引力降低，例如在晚上 大量的太阳能。12x能量xe-100反应堆在华盛顿州建造，以80兆瓦的模组建造 ULES，使用氦冷却剂在高温下运行，并将连续加油与三结构等 热带（TRISO）颗粒燃料，可以承受高温温度,不融化。13 部署灵活性 核能，就其性质而言，产生大量 小土地面积的能源，特别是与可再生能源相比能力。一个两单元核电站能够提供 四到五百万人的电力覆盖了两平方公里。14对于等量的一生 能源，太阳能光伏发电可能需要六十左右土地是核能发电的倍，风力发电 可能覆盖近五百倍的土地， 虽然涡轮机之间的空间可以放到其他使用(参见图1)。15 12“先进的核反应堆技术。” 13同前。;“X-Energy”，X-Energy，最后一次访问是在2022年5月6日，https://x-energy.com/ 14。“核能与可持续发展”，世界核协会，最后更新于2020年4月，https://world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-环境/核能与可持续发展.aspx. 15对发电用地的估计差异很大。这些估计来自BarryW.Brook和CoreyJ.A.Bradshaw，“核能在全球的关键作用” 生物多样性保护,”保护生物学（2015）：702–712，https://conbio.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/cobi.12433. 模块化设计，适中的尺寸和固有的安全特性先进的核方法使以下方面具有灵活性 部署新一代。Natrium示范项目-例如，ECT将证明选址新的可行性 在退役燃煤电厂现场进行核能发电。行为因此，将使用棕地而不是开发 新土地发电，将利用 现有的电气基础设施，如变电站和传播，并将通过提供- 寻找工作以取代因燃煤电厂退休而失去的工作通过增加税基。寻求四个社区 考虑用于演示和项目最后 配偶选择在Kemmer