能源转型下电力系统安全需求:催动核能复兴
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2026-01-31 00:33:54

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一、能源转型下电力系统安全需求:催动核能复兴

1.1 核心:电改核心框架——系统安全投资具有必然性(图表1)

1.1.1 能源转型:仅靠风光+储能能否实现呢?

从度电成本角度,光伏已经是最优的发电技术,为什么实现“可负担的能源转型”依然困难重重呢?

我们认为仅靠风光+储几乎无法实现能源转型?

1、我们的工业资产(包括电网资产)主要建立在交通便利、气候宜居的地区,电力资产主要也是围绕工业资产建设;

2、风光资源丰富的地区,一般而言并不宜居,基础设施必然不足,必然需要把风光资源通过新建电网、管道等基础设施输送出去;

3、工业资产大规模迁移到不宜据、基础设施不便利的地区,我们认为这一措施难度很大。

风光发电持续渗透和传统电力资产的逐步退出,显然会降低电网资产的利用率,若电网资产保持整体资产合理的收益率,则可能对下游工业、居民端造成压力;因此必须从系统角度来思考哪种技术的减排成本最低(例如燃机也可以烧氢气或者加装CCUS来实现能源转型)。

结论:为了缓解“能源不可能三角”(安全、便宜、清洁),从产业角度,我们认为还是需要“市场化”一视同仁对待“减碳措施”

1.1.2 能源转型:对系统有补强作用的技术会受益

全球进入风光发电量占比15%时代,和全球比,中国的核能发电量占比偏低。2024年全球、中国、美国、欧盟、法国、日本、韩国风光发电量占比分别为15.3%、18.2%、16.6%、29.4%、13.0%、11.3%、6.4%; 2024年全球、中国、美国、欧盟、法国、日本、韩国核能发电量占比分别为9.0%、4.4%、17.7%、23.5%、66.8%、8.8%、23.5%。

得出结论1:稀缺性的投资方向是电力系统安全,在能源转型的大背景下,核电是对电力系统补强作用增强。

1.2 大停电事件-电力系统的安全必须尊重物理规律

根据西班牙政府的大停电调查报告,报告警示了高比例太阳能+低传统能源的运营风险,当太阳能发电骤降且跨境交换计划突变时,系统电压随之攀升,在出现波动后,系统运营商虽调度了额外电压控制机组,但因需90分钟启动时间未能赶在系统崩溃前并网。停电前一分钟电压激增的主因是“具有动态电压控制能力的大型同步发电机(如核电/联合循环机组)对无功功率吸收不足”。过电压触发保护动作,可再生能源发电机组大规模脱网,每次脱网都导致系统电压进一步攀升。电压越高,越多机组启动保护性断开,形成恶性循环。12秒内发电量骤降引发频率崩溃。

风光资源供给和需求天然错配。从常识出发,新能源风光水发电资源丰富的地区,一般是不宜居,基础设施一般也相对落后,即电力供给将大于需求,中国亦是如此,西部地区具有丰富的风光资源,但负荷需求主要在东部沿海地区。能源转型下,电网必然走向深度互联化。风光资源的供需错配矛盾必然需要建设互联的大电网,风光发电的不确定性叠加需求的不确定加大(终端电气化程度加大),电网的安全压力不断提升。

深度互联电网+高比例新能源情境下,可能对电网事故有放大作用。风光发电设备和终端电气都属于电力电子产品,其灵敏度高;传统的继电保护是基于同步发电机为基础的电力系统,其对深度互联电网+高比例新能源的场景应用存在一定的不确定性,一旦发生事故,若电网强度不足,可能由于高灵敏度的新能源发电和互联电网造成更快和更大规模的电力安全事故

1.3 全球核能雄心持续超预期——三倍宣言不断扩充且被超越

2023年12月2日,在COP28上(联合国气候大会),美国等22国宣布“三倍核能宣言”(即2050年核能装机1200GW),2050年核能装机是2020年的3倍,COP29、COP30期间分别增至31、33国,该宣言在2025年CERAWeek期间,获得多家大型企业首次联合跨行业承诺(核能领域以外的主要企业首次联合公开支持核电)。

IAEA连续5年上调核能装机预期,根据WNA2025年11月13日发布的《2025年世界核展望报告预览》,根据目前政府的目标,2050年全球核能装机1363GW,若考虑拟议等情况,总装机将达到1428GW。

二、4代核电是实现核能雄心所必须的

2.1 公众理解的安全才是安全——必须实现固有安全+可持续发展

核电的“代”为通俗说法,迄今为止,核电代际划分的主导因素,毫无疑问是安全性,第三代核电及其之前,通常都以“10的负N次方”这样的事故概率来表达其安全指标,但这显然不是公众理解的安全,尤其是3次重大核事故之后。

固有安全: 1956年,爱德华·泰勒曾提出:要使公众接受核能,反应堆安全必须是“固有的”,出现任何事故,核反应堆不依靠外部操作,而仅靠自然物理规律都能够趋向安全状态。

4代堆除了固有安全,还有可持续、防核扩散等内容。GIF推荐了6种堆型:气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和高温气冷堆

备注:(1)只要符合4代堆的定义即可,其并不止6种,如比尔盖茨投资的泰拉能源的方向为行波堆;(2)GIF的4代堆有热堆(即慢堆),也有快堆(提升铀资源利用效率60-70倍)。

2.2 核电基本情况——运行性能

老堆的性能情况良好。2024年,全球平均容量因子为83%,较2023年的82%有所提高,延续了2000年以来全球高容量因子的趋势,核反应堆的性能并未出现随运行时间增长而下降的总体趋势(包括已运行40年及以上的反应堆)。

2.3 美国核电出海和快堆近况

海外核能项目:

2020年7月美国国际开发金融公司(DFC)正式取消金融机构为海外核能项目拨款的禁令

快堆方面:

2025年5月,特朗普签署《改革能源部核反应堆测试》行政令,其于6月正式启动;目标:突破联邦监管限制,利用能源部授权机制建设并运行试验堆,在2026年7月4日前建成至少三座先进反应堆;2025年8-9月3座4代核反应堆开始动工。

2.4 中国高温气冷堆:建设节点回顾,看好其核能多领域应用及出海

清华大学产学研的结果:从2008年批准开始,2023年底投入商运(之前预期是2017年建成,主要原因是2200多套设备都要自研,难度非常大)。

从2020年7月调试开始,需要冷试、热试、装料、临界,2021年12月并网(即冷试完成到并网约1年时间)。

2024年8月,徐圩核电一期获得国务院批准,其中高温气冷堆600MW核准。

考虑其模块化、高温、固有安全性,其可在燃煤替代、核能供热、核能制氢领域得到进一步示范,预计“十五五”会有更多高温气冷堆机组核准,也有望在中东(如沙特、阿联酋)、东南亚(如印尼)等地区实现出口。

2.5 中国钠冷快堆和小堆

2025年10月16日,全球首个陆上商用模块式小型堆——中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程“玲龙一号”一回路冷态功能试验圆满成功。(参考高温气冷堆的调试情况,预计2026年会有热试、临界、并网的产业信息)。

2025年7月22日,在先进核能产业发展座谈会,中核集团宣布我国首台第四代百万千瓦商用快堆CFR1000完成初步设计(其为商业堆),具备上报审批条件,是我国“热堆-快堆-聚变堆”核能发展“三步走”战略的重大进展。

霞浦钠冷快堆2台机组(示范堆)情况:1号机组2023年中低功率运行(2017年12月开工),2号机组预计2026年建成(2020年12月开工)。

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