编者按：2018年9月3日，麻省理工学院能源计划发布《核能在碳约束世界中的未来》（The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World）报告。这是麻省理工学院继2003年发布《核电未来报告》后，第二次发布的关于核能的研究报告。本次报告的研究主题聚焦于二氧化碳封存、天然气、电网和太阳能的作用，并综合考虑了技术安全性、减排的紧迫性、成本控制和公众认知等方面的因素，旨在为参与核能发展的部门和其他利益相关者提供一个平衡、客观和可行的指导方案。报告重点分析了当前全球核能产能停滞的原因，并讨论了可采取的措施以扭转停滞趋势。结果表明，新的政策模式和削减成本的技术可以帮助核能在气候解决方案中发挥至关重要的作用。本文就其主要内容进行摘编。

核能是一种低排放、高效率的清洁能源，安全、高效的开发和利用核能不仅有利于应对全球气候变化问题，还能够解决日益严峻的能源需求挑战，保障能源安全。然而，近年来众多国家对核能的投资减弱，全球核能发展处于停滞状态。本报告认为，除非核能被有意义地融入全球低碳能源技术的组合中，否则应对气候变化的挑战将更加困难和昂贵。因此，应强调制定相关政策和措施以刺激更多的投资，加大核能的发展力度，以充分发挥核能促进低碳社会构建的潜能。

一、成本高昂导致全球核能发展停滞不前

在碳排放不是主要限制因素时，化石燃料通常以其低发电成本作为首选方案。在适度的碳排放限制下，可再生能源发电是成本较低的替代方案。近几十年来，其他发电技术成本持续降低，而新建核电站的成本却居高不下，导致许多发达国家核能投资停滞不前。目前，核能仅占全球一次能源的5%。

二、将核能纳入低碳发电组合有利于降低脱碳成本

电力部门的深度脱碳是全球能源低碳转型的重点发展领域，虽然可采用多种低碳能源技术组合来实现低碳或零碳发电，但研究显示将核能纳入低碳发电技术组合的成本更低，且总成本随核能成本下降而降低（图1）。因此，加入核电的替代方案是进一步推动深度脱碳目标实现的关键。

注：美国新英格兰地区和中国天津-北京-唐山（TBT）不同碳限制区域（gCO2/kWhe）和2050年各种可用技术的三种情景：（a）不允许核电；（b）允许以名义隔夜拆借成本（nominal overnight capital cost）获得核电（新英格兰每千瓦时5500美元，以及T-B-T地区每千瓦时2800美元）；（c）允许以修正隔夜拆借成本（improved overnight capital cost）获得核电（新英格兰地区为每千瓦时4100美元，T-B-T地区每千瓦时2100美元）。

图1 美国新英格兰地区和中国天津-北京-唐山（TBT）地区的平均发电成本（左）和核装机容量（右）比较分析

三、降低核电站建设成本的主要措施建议

1. 重视利用经过验证核电项目的施工管理经验

美国和欧洲的核电基础设施项目经验表明，由于缺乏项目管理和经验，导致很多项目建设无法在预定的时间和预算范围内完成交付。因此，为提高新核电厂的执行和交付成功率，需采取如下措施：一是施工前要先整理出详细的项目设计方案；二是使用经过验证的供应链和熟练技工；三是在设计过程的早期阶段将制造商和建造商纳入设计团队，以确保工厂系统、结构和部件的设计符合相关标准；四是任命一名在管理多个独立分包商方面具有成熟专业知识的主要项目经理；五是合同结构能够确保所有承包商对项目拥有既得利益；六是创造灵活的监管环境以便及时应对设计和施工中可能出现的意外变化。 

2. 从高度依赖场地的复杂现场建设转向标准化工厂制造

设定标准化的核电站建造流程可大幅降低建设成本和缩短建设时间。美国和欧洲的核电厂建设效率一直很低，应扩大在工厂的生产，利用制造业的更高生产率以制造复杂的系统、结构和组件。使用一系列交叉技术，包括模块化工厂预制和现场模块化组装建设、先进的混凝土解决方案（如钢板复合材料、高强度钢筋、超高性能混凝土等）、地震隔离技术和先进的电厂布局技术等。对于不太复杂的系统、结构和部件或是建设效率较高的地方（如亚洲），则可选择传统方法。应将以上建议用于所有反应堆概念和设计中，包括第三代轻水堆、小型模块化反应堆（SMR）和第四代反应堆等¹ ，通过设计标准化和建筑方法的创新，使核电在成本上具备与其他发电技术相当的价格竞争力。

四、针对核能安全和应用问题的措施建议

1. 增加反应堆安全功能设计

开发具有高化学和物理稳定性、高热容、负反应性反馈和高裂变产物保留率的核材料，以及非能动安全系统。一些第三代轻水堆已经采用了此类设计，并已用于中国、俄罗斯和美国的新建核电站中。被动安全设计可以降低发生严重事故的概率，并在发生事故时减轻场外后果。此类设计使新核电站更易获得许可，并加速其在发达国家和发展中国家的部署。基于轻水反应堆的小型模块化反应堆（如美国NuScale核电公司的小型模块化反应堆）和成熟的第四代反应堆等先进反应堆也具有这些特征，可用于商业部署。此外，对美国和国际监管环境的评估表明，目前的监管体系足够灵活，可以接受这些先进反应堆设计，对现行监管框架的修改可提高许可审查的效率和效力。

2. 创造公平的竞争环境

使所有低碳发电技术能够凭借其自身优势进行良性竞争。取消核能的政策阻碍了对核技术的投资，这可能会增加脱碳成本并减缓气候目标实现的进程。将二氧化碳排放成本计入电价可以更公平地认识到所有气候友好型能源技术的价值，现有和新建的核电站都将从中受益。 

3. 建立反应堆试点

通过试点进行针对监管许可的测试和运营。这些试点应支持企业进行新型反应堆原型测试，政府应提供适当的监督和支持，包括安全协议、基础设施、环境审批和燃料循环服务，并直接参与所有测试。

4. 重新部署电力行业技术

现有的核电是低成本电力的供应商，过早关闭现有工厂会增加实现减排目标的成本。核电收入不足是因其低碳属性未获得市场的充分认可，建议促进低碳发电的公共政策应比较对待所有技术。政府不应歧视核能。对核能作为低碳能源的歧视植根于公众对核的态度。建议重新部署电力行业技术，确保市场设计的变化与先进核系统的部署一致。

5. 开展核能资助计划

各国政府应从四个方面围绕先进反应堆设计、原型堆测试和商业部署建立资助计划：一是分担监管许可费用的资金；二是分担研发费用的资金；三是为实现具体技术的突破性进展提供资金；四是为核电企业提供专有的信贷资金以奖励企业在核电技术方面的创新。 

6. 加速开发不成熟反应堆的新范式

对高级反应堆技术的评估主要考虑反应堆的安全性、可操作性和可维护性，以及由不同反应器技术的特定功能实现的潜在应用范围。建议采用更具创新性的部署方法来推进不太成熟的先进反应堆设计。一是通过全面设计以降低大规模运行的风险；二是设计保守的热机械余量；三是根据美国核管理委员会（NRC）制定的原型规则获得许可认证；四是将反应堆安置在偏远地点作为额外预防措施，降低设计上的一些安全限制并允许进行整体测试（图2）。

图2 先进反应堆开发计划——基于不成熟技术的开发经验

五、核反应堆安全规则和许可建议

1. 推动先进反应堆监管标准国际化

由于核电厂运行可能带来的深远环境和社会影响，核安全的某些基本标准理应达成国际共识。现有的监管机构采用了类似于国际原子能机构（IAEA）政策和美国NRC法规中所述的基本原则，在已建立核电计划的国家中，评估核反应堆安全的基本依据相当一致。建议进一步推动先进反应堆监管标准国际化，进而实现商业反应堆设计的国际部署，并在全球范围内实现标准化并保障核能安全。

2. 建立完善反应堆许可证流程

美国现有较多方法策略用于新反应堆（包括先进反应堆）认证，建议继续向新反应堆推广基于性能和风险的设计标准。同时，在未来几年内测试其先进的反应堆许可证流程，完善认证流程并培训NRC工作人员（图3）。

图3 美国新商业核能计划两种认证过程

此外，美国NRC应澄清其原型规则和认证方法，以提高原型反应堆的认证效率。核电厂设计和建造中使用的共识代码应根据其确保安全的有效性进行重新评估。美国政府应为先进反应堆监管提供额外资金。与此同时，核能工业必须与包括NRC、DOE和国会在内的相关部门沟通监管职能和研究需求，以确保政府拨出足够的资金。

六、总结

本研究首先阐述了未来几十年核能的核心机遇与其对电力部门脱碳的潜在贡献有关，而实现这一贡献的主要挑战是新核能的高成本。当前有一些方法可以降低核能的成本，这个行业必须积极而迅速地采纳实施。最后呼吁政府应精心设计有助于能源和环境发展的政策，并在新核能系统部署的早期阶段提供适当援助，以实现核能的全部潜力。

注1：反应堆设计通常分为四代。20世纪50年代末和60年代建造的第一批商用核反应堆被归类为第一代系统。第二代系统包括1970—1990年建造的商用反应堆。第三代反应堆系统是第二代系统的改进。第四代系统是一组使用非水冷却剂的先进反应堆设计，目前正在开发中。