SMR与我国电力热力零碳化研究_28页_977kb

SMR 与我国电力热力零碳化研究总结

核心内容

本研究由清华大学牵头，联合中国华能集团、中国广核集团，旨在探讨小型模块化反应堆（SMR）在实现我国电力与热力系统零碳化中的潜力与可行性。研究聚焦于核能替代煤电的路径、厂址匹配性、技术参数与安全标准匹配性，以及典型案例分析，同时评估“煤改核”对我国能源系统低碳转型的影响。

主要观点

1. 双碳目标下煤电转型压力

• 中国提出“双碳”目标，电力与热力部门需在2050年前实现净零排放。
• 当前我国能源结构中煤炭占比约53%，燃煤电厂碳排放占全国总量约40%。
• CCUS技术成本高、可再生能源间歇性强，亟需探索安全、可靠、低成本的煤电替代路径。

2. SMR 的发展与应用前景

• SMR 具备安全性高、部署灵活、贴近用户侧等优势，是未来核能发展的重要方向。
• 根据 COP28 的《三倍核能宣言》，SMR 将在 2050 年全球核电装机中占据重要份额。
• 我国 SMR 技术研发和示范走在世界前列，但在商业化过程中仍面临技术成熟度、成本、法规和公众接受度等挑战。

3. 核能替代煤电的厂址潜力

• 研究构建了 2024 年中国燃煤发电/供热/CHP 数据库，包含 6078 个机组，总装机规模约 15 亿千瓦。
• 在基准情景（S1）下，SMR 厂址潜力为 978.9 GW，远高于 LR 的 55.54 GW。
• 在 S2（海岸线条件收紧）和 S3（内陆核电政策收紧）下，SMR 潜力分别下降 3.2% 和 94%，显示政策对厂址潜力的显著影响。
• 厂址再利用（R1）与完全再利用（R2）两种模式中，SMR 具有更高的潜力与适应性。

4. 技术参数与安全标准匹配性

• 煤电机组与核电机组在热力系统和蒸汽参数上存在显著差异。
• HTR-PM 与亚临界煤电机组在温度参数上匹配，但压力参数仍存在差距，需进行系统重构。
• SMR 与煤电机组在技术参数上更易匹配，适合原厂址改造。
• 核电厂在选址、建造、运行等方面的安全标准远高于燃煤电厂，需严格评估外部自然与人为风险。

5. 典型案例分析

案例 1：HTR-PM 替代燃煤电厂（福建）

• 项目技术可行，可实现电力零碳排放与供热稳定。
• 投资约 144 亿元，年上网电量 4032 GWh，年供汽量 1135 万吨。
• 可显著减少 CO₂、SO₂、NOₓ 和烟尘排放，提升环境效益。
• 面临厂址适应性、系统兼容性、公众接受度等挑战。

案例 2：HTR-PM 替代燃煤电厂（山东）

• 二期机组已接近设计寿命，具备替代基础。
• 技术可行，经济性良好，投资约 288 亿元，年上网电量 8064 GWh。
• 可显著提升减排效益，但需加强地震安全评价与公众沟通。

案例 3：NHR200-II 替代石化园区燃煤供热

• 石化园区供热需求稳定，适合 NHR200-II 低温供热堆应用。
• 通过增设蒸汽压缩机与燃气锅炉实现多品质蒸汽供应，满足不同工艺需求。
• 单位供热成本不受煤炭价格波动影响，具备成本稳定性与减排潜力。
• 面临技术成熟度不足、经济性较低、公众接受度不高等问题。

6. 典型案例研究结论

• “煤改核”项目需综合考虑厂址条件、负荷特性与技术路线的匹配度。
• 大型煤电机组整体替代更适合沿海厂址；小型低温供热堆则更适合工业园区。
• 项目可实现显著的碳减排效果，且在考虑碳价上升的情景下，具备经济竞争力。
• 研究指出，“煤改核”具备现实可行性，可为我国电力与热力系统低碳转型提供可操作路径。

关键信息

• 技术类型：HTR-PM（高温气冷堆）、NHR200-II（低温供热堆）。
• 厂址潜力：SMR 在厂址适应性上优于 LR，尤其适合内陆地区。
• 经济性：SMR 在利用现有基础设施的前提下，具有成本优势；碳减排收益可进一步提升其经济性。
• 减排效益：HTR-PM 替代燃煤电厂可年减排 CO₂ 约 380 万吨至 760 万吨；NHR200-II 替代石化供热可年减排 CO₂ 约 57.57 万吨。
• 政策与实施路径：需推动政策支持、完善法规标准、提升公众接受度，并结合“煤改核”与新型核能技术发展，实现能源系统低碳转型。

影响分析

5.1 低碳发电供热技术特征对比

• 核能技术具备燃料成本低、出力稳定等优势，但装机成本较高。
• 可再生能源成本竞争力强，但存在间歇性与波动性问题。
• CCS 技术减排效果显著，但成本高昂。
• “煤改核”可有效结合现有基础设施，降低选址与审批成本。

5.2 能源系统转型关键假设与情景设置

• 假设电力需求从 2020 年 7.5 万亿千瓦时增至 2060 年 16.4 万亿千瓦时。
• 碳价将逐步上升至 2700 元/吨，推动低碳转型。
• 设置四种情景：基准、低速、中速、高速“煤改核”情景，评估不同发展速度下的能源系统变化。

5.3 模型方法与模拟工具

• 采用清华大学开发的 REPO 模型，优化 2020-2060 年能源系统装机结构与运行情况。
• 模型涵盖电力与供热系统，支持对“煤改核”路径的定量分析。

5.4 主要结果与结论

• 核电装机规模：实施“煤改核”可使 2060 年核电装机提升至约 590 GW。
• 区域分布：开放内陆厂址将推动核能布局向更多内陆省份拓展，形成多中心结构。
• 能源系统转型路径：煤电将在 2025 年左右达峰后快速下降，核电在电力系统中将发挥稳定基荷电源作用。
• 总成本节约：实施“煤改核”情景下，2030-2060 年间可节约系统总成本约 2.1 万亿至 4.1 万亿元。

总结

本研究系统分析了 SMR 替代燃煤电厂与供热系统的可行性，明确了“煤改核”在技术、经济与环境方面的潜力与挑战。研究结果表明，SMR 在厂址适应性、系统兼容性及减排效益方面具有显著优势，适合在多种场景下推广。同时，核能替代路径需结合政策、技术发展与公众接受度进行综合规划，以实现我国电力与热力系统的低碳、安全、高效转型。