中国在核电方面有多创新 ？

中国在核电方面有多创新？ 斯蒂芬·埃泽尔|2024年6月 尽管中国建立在外国技术基础上，但它已成为世界领先的核能支持者。在提供广泛融资和系统协调的整个政府战略的支持下，中国公司远远领先于西方同行。 KEYTKEAWAYS 中国计划在2020年至2035年之间建造150座新的核反应堆，目前正在建造27座，每个反应堆的平均建造时间表约为7年，远远快于其他大多数国家。 中国已经开始运行世界上第一个第四代核反应堆，中国声称已开发了约90％的技术。 中国在开发和推出具有成本竞争力的小型模块化反应堆（SMR）方面处于领先地位。 总体而言，分析人士估计，中国在大规模部署第四代核反应堆的能力方面可能比美国领先10 到15年。 中国在核电方面的创新优势尤其与组织，系统和增量创新有关。许多第四代核技术已经为人所知多年 ，但中国国家支持的方法擅长使用它们。 分析人士认为，在开发核聚变技术方面，美国和中国可能处于同等水平，但他们警告说，中国已证明的大规模部署裂变反应堆的能力使其在聚变在线时具有优势。 从核能的科学出版物来看，中国在H指数中排名第一，这是衡量期刊出版物学术影响的常用指标 。 从2008年到2023年，中国在所有核专利中的份额从1.3%增加到 13.4%，核聚变专利申请量全国领先。 itif.org CONTENTS 执行摘要3 背景和方法4 核能的重要性和美国的角色5 中国核电工业6 中国核工业有多创新？核聚变10 其他中国核电创新11 中国核部门的创新投入12 研发强度12 科学出版物14 专利16 公司案例研究18 中广核电力18 中国核电19 中国政府支持核部门的政策20 美国应该怎么做？22 尾注26 执行摘要 正如麻省理工学院（MIT）核科学与工程教授JacopoBuongiorno所说，“中国是核技术的事实上的世界领导 者。”1确实，中国可能比美国领先10到15年。在核电方面（特别是指部署第四代核反应堆的能力）。作为北京更广泛的能源战略的一部分，中国政府已将国内核反应堆的建设列为优先事项。展望未来，中国似乎很可能将这种已建立的国内产能作为有竞争力的反应堆出口的基础，就像其“双循环”战略在电动汽车和电池等其他领域所实现的那样。 事实上，中国已经开始快速建设其核工业，有27座核反应堆正在建设中（比任何其他国家都多2.5倍），补充现有的56座核反应堆。该国预计在可预见的未来每年建造6至8个新的核电站，到2030年该国的核电超过 美国。总的来说，中国计划在2020年至2035年间建造150个新的核反应堆。此外，2023年12月，中国开始运营世界上第一个第四代核电站，即中国北部山东省的200兆瓦（MW）气冷石岛湾1号。中国核能管理局声称，“新工厂90%的技术是在中国开发的。“2中国还在领导开发和部署新的具有成本竞争力的小型模块化反应堆。 中国在核电方面可能领先美国10到15年。 然而，这并不一定意味着中国最大的核电公司——尤其是国有企业（SOE）中国广核（CGN）和中国国家核电（CNNP）——在技术创新方面非常出色。事实上，中国目前的核反应堆舰队中，大部分是由美国最初设计的“第三代”核反应堆组成的。S.西屋电气公司（其AP1000）于1990年代后期成立，其技术和设计于2008年转移到中国，作为根据AP10002005年设计建造四个中国反应堆的合同的一部分。尽管中国部署了世界上第一个可运行的第四代反应堆，但正如一位专家评论员在ITIF圆桌会议上指出的那样，“这项技术实际上已经为世界所知了几十年；只是中国采取了建造和部署它所需的行动。同样值得注意的是，中国第二大核电运营商CNNP在其网站上指出，“创新和研发（R＆D）不是公司的主要重点……相反，公司主要专注于安全性，稳定性，优化和可持续性。“4. 然而，在中国蓬勃发展的地方，核电创新更多地涉及系统和组织创新。这尤其是指该国在联邦和省级层面上一致的国家核电战略，这需要一系列支持性政策，从低息融资、上网电价和其他补贴，这些补贴使核能发电成本具有竞争力，到简化许可和监管批准(i。Procedres.，安全和环境影响评估)，以有效的方式协调供应链。 确实，正如行业分析师KennethLuongo评论的那样，“他们没有任何秘密酱 除国家融资外，国家还支持供应链以及国家对建立技术的承诺。”5也就是说，随着时间的推移，中国快速部署越来越现代化的核电站产生了显着的规模经济和边做边学效应，这表明中国企业将在该领域的增量创新中获得优势。 核聚变-两个轻原子核结合形成一个较重的原子核，同时释放大量能量的过程-代表了潜在的变革性，破坏性的核能创新。6在2024年1月，中国政府成立了一个新的国家工业联盟，由中国核工业集团（CNNC）牵头 ，由25个组织组成，以促进核聚变技术的发展和进步。7但是，业内分析人士观察到，核聚变技术仍然非常新生，并评论说，中国和美国在该技术的发展方面可能处于同等水平。这些分析人士还指出，中国可能会在核聚变方面采取快速跟踪的方法，一旦核聚变反应堆在技术上可行，在快速扩大部署核聚变反应堆方面可能会寻求优势 。 美国拥有94个运行中的核反应堆，仍然是世界核能产量的领导者，占全球核能发电量的三分之一。然而，在 过去的十年里，该国只启动了两个新的核反应堆，最新的一个是佐治亚州的沃格特尔4号机组工厂，今年将上线(其建设最初由西屋公司开始，但由贝克特尔完成)。8如果美国再次成为核反应堆行业的领导者，它同样需要采取连贯的国家战略和“整体政府”方法。除其他步骤外，这将需要联邦研发和监管机构有足够的人员来支持创新，减少选择，监管批准和部署新的反应堆类型；激励措施，税收抵免或有吸引力的融资，以促进具有成本竞争力的核能的生产；以及简化出口信贷计划等政策，以促进美国的出口S.核反应堆生产商。民用核能代表了美国及其企业开创的另一个行业，但它经历了美国的重大(可能是永久性的)损失。S.能力。 背景技术和方法 常见的说法是，中国是复印机，美国是创新者。这种叙述通常支持对技术和产业政策的冷漠态度。毕竟，美国在 创新方面处于领先地位，所以没有什么可担心的。首先，这种假设是错误的，因为创新者可能会失去对低成本结构的复印机的领导地位，正如我们在许多美国所看到的那样S.工业，包括消费电子、半导体、太阳能电池板、电信设备、机床，以及这里提到的很可能是核电。其次，目前还不清楚中国是一个迟钝的复印机，总是注定要成为一个追随者。 为了评估中国工业的创新程度，史密斯·理查森基金会向信息技术与创新基金会（ITIF）提供了支持，以研究该问题。作为这项研究的一部分，ITIF专注于特定领域，包括商业核能。 可以肯定的是，很难评估任何国家产业的创新能力，但对中国产业来说尤其困难。在某种程度上，这是因为在习近平主席的领导下，中国向世界披露的信息比过去少得多，特别是关于其工业和技术能力的信息。尽管如此，ITIF还是依靠三种方法来评估中国在核电方面的创新。首先，我们对在“2023年欧盟工业研发投资记分牌”上市的核电企业中选取的两家中国核电企业进行了深入的案例研究评价。“其次，ITIF进行了采访，并与中国核电行业的全球专家举行了焦点小组圆桌会议。第三，ITIF评估了核电创新的全球数据，包括科学文章和专利。 核电的重要性和美国的作用 1942.10年11月，恩里科·费米和他在芝加哥大学的团队在学校的足球场下建造了世界上第一个人造核反应堆 ，称为芝加哥Pile-1。1946年，国会通过了《原子能法》，该法案建立了美国S.原子能委员会。11该委员 会随后指定阿贡国家实验室为第一个也是主要的国家核研究实验室。12美国委托建立了第一个以核能为动力的 商业发电厂，1957.13美国大部分核电站建于20世纪70年代和80年代初，尽管新设施的建设在切尔诺贝利 核灾难后直线下降，几乎所有核电站都在1990年启动。 到20世纪90年代，西屋电气有限责任公司和通用电气成为美国领先的商业核电站供应商。在切尔诺贝利后时代设计更安全的核反应堆的兴趣驱使下，西屋公司于1999年推出了AP1000的设计，成为第一个获得核管理委员会最终设计批准的第三代反应堆，2008年4.152007年，西屋公司（2006年被日本东芝收购）赢得了中核集团四个AP1000反应堆的竞标，尽管这也包括一项重大技术转让协议，该协议大大加快了中国商业核电产业的发展。16这将成为中国向第三代技术转移的主要基础。就其本身而言，过去25年核电厂批准的步伐放缓（尤其是无法为AP1000找到强劲的国内市场）导致西屋公司在2017年宣布破产。如今，Bechtel已成为该行业的重要参与者，包括NScale，TerraPower，X-eergy和其他尝试设计和建造创新的第四代核反应堆的初创企业 。 截至2024年5月，美国仍是核能生产的全球领导者。美国的94座核电站占全球核电产量的31％，在美国，其能源产量的五分之一和清洁能源产量的一半。(见图1。）但是，这几乎完全代表了以前部署的安装基地的影响，因为美国在过去十年中只完成了两个核电站。相比之下，正如这份报告所表明的那样，中国对商业核电的承诺正在迅速增长，该国拥有56个运行中的核反应堆，其中27个正在建设中，该国有望在2030年超过美国，成为拥有最大核能的国家。总体而言，中国的核武器几乎增加了两倍。 过去10年的能力；美国花了将近40年的时间才增加了与中国过去十年相同的核电能力。18 图1：截至2024年5月运行或在建的核电厂19 加拿大 韩国 俄罗斯 法国 中国 美国 020406080100 全面运作正在建设中 中国核电工业 正如突破研究所的SeaverWag解释的那样，中国的国家政策长期以来一直将常规和先进的反应堆技术作为具 有战略意义的国内能力和具有出口潜力的有前途的增长部门。“202011年12月，中国国家能源局承诺在未来“10至20年”内将核能作为中国发电系统的基础，并承诺在此期间增加多达300GWe（GWe表示10亿瓦的电力容量）。21但是，到2022年，核能仍然只占中国发电量的3.8%，部分原因是在福岛核电站事件后，中国政府放慢了对新反应堆的批准和部署。 然而，随着2021年3月发布的第14个五年计划（2021-2025年），中国对核电的承诺显着增加，该计划 要求在随后的15年内建造约150个新的核反应堆，以实现到2035年达到200吉瓦的生产目标核能（足以为北京这样的十几个城市供电）。分析人士估计，在这15年的时间框架内，再增加147吉瓦（中国当时生产的53吉瓦）将需要3700亿至4400亿美元的投资。22到2050年，中国希望核能至少提供其发电量的15 ％（中国预计到当年将成为仅次于风能和太阳能的第三大能源）。23。 一些分析人士指出，“气候政策对加速[中国]核政策的发展产生了最重大的影响。他们指出，核能对于实现中国国家主席习近平提出的在本世纪中叶实现中国经济碳中和的目标至关重要。然而，经济和国家安全考虑当然也是中国推动核发展的关键驱动因素，特别是在中国历史上对石油进口的依赖(如果发生冲突，美国肯定会试图阻止这一点)。中国计划到2025年生产200吉瓦的核能“可以防止每年约15亿吨的碳排放量，超过美国的排放量 。K.西班牙、法国和德国加在一起。25该国寻求到2060年用清洁能源解决方案取代其所有2990台燃煤发电机 。 如上所述，中国的核建设正在迅速推进，目前正在建设27个核反应堆，该国的目标是每年安装6至8个新的核 反应堆。26（见图2。）这意味着每年增加5,000-8,000兆瓦的新核能发电能力。27此外，自2010年 以来，几乎每个已投入使用的中国核项目都在7年或更短的时间内完成了建设。28自2022年开始以来，中国已经完成了另外五座国内反应堆的建造，完成时间从不到五年到超过七年不等。 图2：中国核电站的位置29 中国的主要核运营商是CGN和CNNP，其中SPIC（通过其核电业务，国家核电技术公司（SNPTC）