當(dāng)綠色環(huán)保作為新一時(shí)期的生活理念，改革自然刻不容緩。2014年全球碳排放總量為357億噸，前6大排放主體依次為中國(guó)、美國(guó)、歐盟、印度、俄羅斯以及日本，各國(guó)占比依次為29.6%、15.0%、9.6%、6.6%、5.0%以及3.6%，總計(jì)占全球69.2%。中國(guó)是唯一一個(gè)年排放量超過(guò)100億噸的國(guó)家，也是人類(lèi)歷史上唯一一個(gè)，然而這次的之最卻并不是什么光彩的事情。

雖然早在1998年，中國(guó)就加入了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的京都議定書(shū)》，其中約定發(fā)展中國(guó)家沒(méi)有減排的義務(wù)，但是為了應(yīng)對(duì)哥本哈根世界氣候大會(huì)對(duì)碳減排義務(wù)和量重的重新劃分，中國(guó)有義務(wù)承擔(dān)“后京都時(shí)代”的大國(guó)責(zé)任，必須大量減少CO2等溫室氣體的排量。要想減少碳排放，就得從根源上做好控制。通過(guò)中國(guó)各行業(yè)碳排放的占比數(shù)據(jù)可以看出，電力行業(yè)是碳排放最大的領(lǐng)域，達(dá)到40%，且中國(guó)電力行業(yè)65%以上的來(lái)源仍依靠傳統(tǒng)的火力發(fā)電。

圖表1

對(duì)比圖表2火力發(fā)電和核電，可以看到火電對(duì)環(huán)境的污染遠(yuǎn)大于核電，要想做到大幅減少碳排放，電力改革必將作為重中之重。本篇筆者僅針對(duì)核電問(wèn)題，就核電現(xiàn)狀、發(fā)展及用鋼情況等展開(kāi)分析。

圖表2 100萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量核電站與火電站年排放量比較

全球核電發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

回顧世界范圍內(nèi)核電的發(fā)展歷史，在21世紀(jì)之前大致可分為三個(gè)階段：1954年-1965年為驗(yàn)證示范階段，第一代核電站在美蘇等強(qiáng)國(guó)陸續(xù)投建，期間全球共有38臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行;1966年-1980年為高速發(fā)展階段，更加經(jīng)濟(jì)安全的第二代核電站成為歐美工業(yè)化進(jìn)程中能源的重要來(lái)源，特別是美國(guó)輕水堆核電的經(jīng)濟(jì)性得到驗(yàn)證之后，形成核電廠建設(shè)的一個(gè)高潮，期間全球共有242臺(tái)核電機(jī)組投入運(yùn)行，聯(lián)邦德國(guó)、日本、巴西等國(guó)也加入了發(fā)展核電的行列;1981年-2000年為滯緩發(fā)展階段，石油危機(jī)后，發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)減速導(dǎo)致電力需求下降，加上受1979年美國(guó)三里島核事故和1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核泄漏的影響，公眾對(duì)核電站抵制情緒增加，全球核電發(fā)展速度明顯放緩。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，1990年至2004年間，全球核電總裝機(jī)容量年增長(zhǎng)率由此前的17%降至2%。

圖表3全球核電裝機(jī)容量及增速

圖表4 主要核電國(guó)家在運(yùn)核電規(guī)模

進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著世界能源日趨緊張、溫室氣體減排壓力增加，加上核電技術(shù)的在安全性和經(jīng)濟(jì)性上取得進(jìn)步，核電再度受到青睞，多國(guó)開(kāi)始重新積極制定新的核電發(fā)展規(guī)劃。其間，日本福島核泄漏事故雖然迫使各國(guó)重新評(píng)估核電事故影響，調(diào)整核電發(fā)展規(guī)劃，但并未從根本上改變核電大國(guó)發(fā)展核電的態(tài)勢(shì)，只是對(duì)核電機(jī)組的設(shè)計(jì)和運(yùn)行安全提出了更加嚴(yán)格的要求。核電作為一種經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可持續(xù)的能源，其復(fù)蘇發(fā)展的趨勢(shì)并沒(méi)有改變：2012年2月至3月間，美國(guó)相繼批準(zhǔn)建設(shè)4臺(tái)AP1000機(jī)組;2013年3月，英國(guó)、法國(guó)、西班牙等12個(gè)國(guó)家聯(lián)合簽署部長(zhǎng)級(jí)聯(lián)合宣言，將繼續(xù)維持核能發(fā)電;俄羅斯、印度等發(fā)展中大國(guó)也都積極增加核電投資。除這些傳統(tǒng)大國(guó)外，出于對(duì)環(huán)保、生態(tài)和世界能源供應(yīng)等的考慮，越來(lái)越多的國(guó)家正考慮或啟動(dòng)建造核電站計(jì)劃。

從堆型技術(shù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，各國(guó)在運(yùn)堆型分布大致如下表所示，壓水堆是世界上在運(yùn)核電站的主流堆型。壓水堆最初是美國(guó)為核潛艇設(shè)計(jì)的一種軍用熱堆。1961年，美國(guó)建成世界上第一座商用壓水堆核電站，此后歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展改進(jìn)，技術(shù)上取得了多次重大突破，目前被公認(rèn)為是技術(shù)最成熟、運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性結(jié)合最好的堆型，因此占據(jù)了核能領(lǐng)域中獨(dú)特的統(tǒng)治地位，而且預(yù)計(jì)這種狀況可能還要維持一段時(shí)間。

圖表5 世界核電主要堆型及代表國(guó)家一覽

盡管從設(shè)計(jì)原理上，壓水堆核電廠有兩大缺點(diǎn)：第一，高壓工作環(huán)境帶來(lái)的壓力容器的制作難度和費(fèi)用的提高;第二，兩重回路，熱效率偏低。但是相比之下，其優(yōu)點(diǎn)更加突出：第一，結(jié)構(gòu)緊湊，堆芯的功率密度大。因此，在體積相同的情況下，熱堆中壓水堆的功率最大;第二，結(jié)構(gòu)小再加上輕水的價(jià)格便宜，導(dǎo)致壓水堆的基建費(fèi)用低和建設(shè)周期短;第三，雙重回路，降低了核泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，安全性比單回路的沸水堆大大提高。

中國(guó)核電發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

回顧中國(guó)核能發(fā)展的歷史，雖然中國(guó)軍用核工業(yè)起步較早，周恩來(lái)總理也早在1970年就批示要發(fā)展核電，但是受制于整體經(jīng)濟(jì)科技實(shí)力，在改革開(kāi)放前，民用核工業(yè)的研究開(kāi)發(fā)相對(duì)落后，不過(guò)自主掌握的石墨水冷生產(chǎn)堆和潛艇壓水動(dòng)力堆技術(shù)為中國(guó)核電的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。上世紀(jì)80年代初，中國(guó)政府首次制定了核電發(fā)展政策，決定發(fā)展壓水堆核電廠，采用“以我為主，中外合作”的方針，先引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，再逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自主化和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，中國(guó)的核電產(chǎn)業(yè)開(kāi)始起步：1991年秦山30萬(wàn)千瓦壓水堆核電站投用，這是中國(guó)大陸自行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的第一座壓水堆核電站，結(jié)束了中國(guó)大陸無(wú)核電的歷史，標(biāo)志著中國(guó)核工業(yè)的發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，使中國(guó)成為繼美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大、瑞典之后世界上第7個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的國(guó)家;1994年大亞灣100萬(wàn)千瓦壓水堆核電站投用，大亞灣核電站引進(jìn)了法國(guó)的核島技術(shù)裝備和英國(guó)的常規(guī)島技術(shù)裝備進(jìn)行建造和管理，并由一家美國(guó)公司提供質(zhì)量保證，作為改革開(kāi)放以后中外合作的典范工程，成功實(shí)現(xiàn)了中國(guó)大陸大型商用核電站的起步，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)核電建設(shè)跨越式發(fā)展、后發(fā)追趕國(guó)際先進(jìn)水平的目標(biāo)，為中國(guó)核電事業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的秦山一期和商業(yè)開(kāi)端的大亞灣之后，中國(guó)又建設(shè)了秦山二期、嶺澳、秦山三期和田灣等核電站。經(jīng)過(guò)幾代核電人的艱苦奮斗，中國(guó)核電站建造運(yùn)營(yíng)技術(shù)已基本進(jìn)入成熟階段。雖然2011年日本福島核泄漏事故發(fā)生后，中國(guó)暫停了所有核電項(xiàng)目審批并對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行綜合安全檢查，但在2012年5月31日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)《核安全檢查報(bào)告》和《核安全規(guī)劃》，指出中國(guó)民用核設(shè)施安全和質(zhì)量是有保障的，核電也正式重啟。中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)最新數(shù)據(jù)顯示，截止2015年末，中國(guó)投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組共30臺(tái)，總裝機(jī)容量達(dá)到2608萬(wàn)千瓦，但仍較發(fā)達(dá)國(guó)家差距很大。

圖表6 中國(guó)核電站分布圖

中國(guó)已建和在建的核電機(jī)組主要采用的堆型為壓水堆，機(jī)型包括CP系列、AES-91、M310、CPR1000、AP1000、EPR等技術(shù);采用其他堆型的技術(shù)包括Candu6重水堆、高溫氣冷堆等。其中高溫氣冷堆為四代技術(shù)，AP1000、EPR為三代技術(shù)，其他均為二代或二代改進(jìn)技術(shù)。

目前，CPR1000是中國(guó)在建機(jī)組采用最多的技術(shù)，該機(jī)型基于M310技術(shù)，被稱(chēng)作“改進(jìn)型中國(guó)壓水堆”，其主要設(shè)備已國(guó)產(chǎn)化完畢，國(guó)內(nèi)公司已能制造核島和常規(guī)島的大部分設(shè)備。AP1000、EPR是中國(guó)目前在建核電站采用的兩種三代核電技術(shù)，符合URD和EUR的要求和條件。AP1000是美國(guó)西屋電氣公司開(kāi)發(fā)的第三代技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)和建造技術(shù)，并采用了非能動(dòng)的安全系統(tǒng)，提高了核電站運(yùn)營(yíng)的安全性，浙江三門(mén)核電站1、2號(hào)機(jī)組以及山東海陽(yáng)核電站1、2號(hào)機(jī)組均采用AP1000技術(shù)。EPR是法國(guó)阿海琺公司開(kāi)發(fā)的第三代技術(shù)，單臺(tái)機(jī)組發(fā)電功率可達(dá)175萬(wàn)千瓦，廣東臺(tái)山核電站1、2號(hào)機(jī)組采用EPR技術(shù)，是中國(guó)目前功率最大的機(jī)組。

圖表7 中國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組一覽

備注：秦山一期為第一座自主設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營(yíng)的原型堆核電站，大亞灣項(xiàng)目為第一座商業(yè)化大型核電站;陽(yáng)江3號(hào)、防城港1號(hào)于2016年1月開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行

中國(guó)核電用鋼測(cè)算

因機(jī)組差異，核電站所用鋼材的設(shè)計(jì)規(guī)范、品種、規(guī)格、數(shù)量及采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)都不盡相同。核電用鋼的需求量取決于核電站建設(shè)的數(shù)量，具體鋼材的種類(lèi)和數(shù)量，取決于核電機(jī)組種類(lèi)。具體不同堆型的核電站耗鋼系數(shù)見(jiàn)圖表9-11。

圖表8不同堆型的主要設(shè)備配置

圖表9 單堆CPR1000主設(shè)備核級(jí)碳鋼板材需求(噸)

圖表10 單堆AP1000主設(shè)備核級(jí)碳鋼板材需求(噸)

目前，中國(guó)正在建設(shè)的核電站以法國(guó)RCC-M技術(shù)為依托的二代加，只有四臺(tái)核電機(jī)組為美國(guó)Ap-1000三代核電，這導(dǎo)致了近年來(lái)中國(guó)核電用鋼的需求，以法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和牌號(hào)為主。十三五期間，中國(guó)將有24臺(tái)核電機(jī)組陸續(xù)建成，年均投資額超過(guò)350億。據(jù)測(cè)算，未來(lái)5年，中國(guó)核電用鋼的總需求在40萬(wàn)噸左右，其中低合金碳鋼板約占65%，鋼管占10萬(wàn)噸，特鋼占2.2萬(wàn)左右。

圖表11 中國(guó)在建核電站匯總

全球及中國(guó)核電發(fā)展展望

全球核電正逐漸走出日本福島核事故的陰影，進(jìn)入重啟階段。截至2016年1月1日，全球在運(yùn)核電反應(yīng)堆共439座，總裝機(jī)共計(jì)38.25萬(wàn)兆瓦，在建反應(yīng)堆66座，裝機(jī)容量達(dá)7.03萬(wàn)兆瓦，擬建設(shè)核電反應(yīng)堆為158座，裝機(jī)容量為17.92萬(wàn)兆瓦。其中，中國(guó)引領(lǐng)了這一波的建設(shè)風(fēng)潮，在建核電反應(yīng)堆數(shù)量世界第一為24臺(tái)，占比36%。

圖表12各大核國(guó)最新核電站在建及擬建匯總(截止2016年1月1日)

中國(guó)引領(lǐng)的核電建設(shè)浪潮，自然與國(guó)內(nèi)政策層面的扶持息息相關(guān)。2012年10月24日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議通過(guò)了《核電安全規(guī)劃》和《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》;2013年1月1日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，要求全面加強(qiáng)核電安全管理，提高核事故應(yīng)急響應(yīng)能力;2014年11月19日，國(guó)務(wù)院辦公廳又印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》，明確了到2020年，核電裝機(jī)容量達(dá)到5800萬(wàn)千瓦，在建容量達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上，核電占比要達(dá)到8%，也就是美國(guó)目前的水平，這意味著中國(guó)核電的發(fā)展還有很長(zhǎng)的一段路要走。

圖表13中國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)規(guī)劃發(fā)展(2000-2020年)

在發(fā)展國(guó)內(nèi)核電建設(shè)的同時(shí)，伴隨著“一帶一路”的推進(jìn)，中國(guó)核電還在積極實(shí)施走出去的戰(zhàn)略。目前中國(guó)已與部分國(guó)家進(jìn)行了相關(guān)的業(yè)務(wù)接洽，可以預(yù)見(jiàn)，在國(guó)內(nèi)建設(shè)以及海外出口的雙重需求推動(dòng)下，中國(guó)的核電產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)廣闊的成長(zhǎng)空間，初步估計(jì)未來(lái)5-10年將帶動(dòng)200萬(wàn)噸以上的用鋼需求。

圖表14中國(guó)核電海外出口項(xiàng)目