關(guān)于日本核電新政的分析與思考

周杰

(國際清潔能源論壇(澳門)秘書長、武漢新能源研究院研究員)

在福島核泄漏事故12周年之際，日本核電政策發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。將自福島核事故發(fā)生以來日本政府長期堅持的“盡可能降低核電依存度”原則，轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;最大限度利用核電”的新方針。加速存量核電重啟、突破核電延壽年限上限和開發(fā)建設(shè)更先進安全的新一代反應堆，成為日本重振核電的三大新政。

2022年8月，日本首相岸田在綠色轉(zhuǎn)型執(zhí)行會議中要求重新研究核電政策，會上提出了核電重啟全國總動員、延長核電機組運行期限、開發(fā)和建設(shè)新一代創(chuàng)新反應堆、加快核廢物處理進程等議題。12月23日，日本政府批準的“今后原子能政策的方向與行動指南”大綱明確提出，首先在廢棄核電站上改建成“新一代反應堆”，同時將核電運行期限延長至60年以上的方案。2023年2月10日，日本政府批準的“綠色轉(zhuǎn)型基本方針”提出，核電具有不會產(chǎn)生二氧化碳排放、大功率穩(wěn)定供電的特點，可以兼顧穩(wěn)定供電和實現(xiàn)碳中和兩大政策目標，因此，必須以確保安全為最優(yōu)先原則，積極推進核電機組重啟，同時在嚴格的安全審查前提下，反應堆最長60年的運行期限可扣除因新安全基準合規(guī)審查而停運的時間。此外，強調(diào)開發(fā)和建設(shè)具有新安全功能的新一代創(chuàng)新型反應堆，對于推動綠色轉(zhuǎn)型具有重大的意義。2月14日，日本原子能委員會重新修訂了《關(guān)于原子能利用的基本想法》，重申了政府綠色轉(zhuǎn)型方針所提出的發(fā)展核電的方向和重點措施。2月28日，日本內(nèi)閣根據(jù)上述政策方針批準了一攬子涉及核電政策法規(guī)的修訂案，包括《原子能基本法》《反應堆管制法》《電力事業(yè)法》《核電站乏燃料處理處置基金征收法》等，這些法案的修訂案擬一攬子提交本屆國會審議通過。由此可見，“綠色轉(zhuǎn)型基本方針”的出臺標志著日本政府自福島核事故以來的核能政策發(fā)生了重大的“積極轉(zhuǎn)變”。

一、加速存量核電重啟

東日本大地震發(fā)生之前，日本共有54臺核電機組，全國28.6%的電力來自核能。2010年6月，日本政府出臺的第三個能源基本計劃甚至提出，到2030年核電占比目標要達到53%。但2011年福島核事故發(fā)生之后，日本核電曾一度全部關(guān)停，在能源結(jié)構(gòu)中的地位發(fā)生了急劇變化。2021年度日本核電占比僅為6.9%。而且事故發(fā)生后報廢的商業(yè)堆已達到了21個，日本在役核電裝機容量銳減。

截至2022年12月底，日本核電機組存量總共有33臺，裝機容量為33.083GW。其中經(jīng)當?shù)卣夂笾貑⒌臋C組僅有大飯(關(guān)西電力公司)、高濱(關(guān)西電力公司)、美濱(關(guān)西電力公司)、玄海(九州電力公司)、川內(nèi)(九州電力公司)、伊方(四國電力公司)6座核電站的共10臺機組，裝機容量為9.956GW，這些反應堆集中在西日本地區(qū)，均為“壓水堆”。與福島第一核電站同為“沸水堆”的女川2號機組(東北電力公司)、柏崎刈羽6、7號機組(東京電力公司)、東海第2機組(日本原子能發(fā)電公司)、島根2號機組(中國電力公司)以及壓水堆的高浜1、2號機組(關(guān)西電力公司)等7臺機組(7.109GW)雖然符合新出臺的安全標準，但因為地方政府及居民的強烈反對，重啟工作遲遲未獲進展。目前有8臺機組(8.245GW)正在安全合規(guī)審查之中，另外還有8臺機組(7.773GW)尚未提交審查申請。在建核電機組有3臺，島根3號機組(1.373GW)預計2024年完工，大間機組(1.383GW)預計2029年完工，但投運日期不明。東通1號機組(1.385GW)的建設(shè)因福島核事故中斷，2030年之前不可能建完。

長期以來，日本核電重啟所面臨的主要壁壘表現(xiàn)在三個方面：第一是根據(jù)新安全基準機組升級改造的成本增高。加強安全的升級改造每臺機組費用平均新增2000億日元，相當于建設(shè)成本增加了三分之一，采取新安全措施新增成本為14.5萬日元/kW，均攤發(fā)電成本增加1.3日元/kWh。第二是安全合規(guī)審查流程過長。已批準重啟的10臺機組，從申請到重啟平均花了4年多時間，最長的花了6年半的時間;已通過審查但尚未重啟的7臺機組，審查時間最短的是4年零8個月，最長的是6年零9個月，前后加起來已歷經(jīng)9年多時間，目前明確重啟日期的核電機組僅有3臺，其它仍處于待機狀態(tài)。目前仍在審查中的10臺機組，平均審查期已經(jīng)過8年零5個月，最長的已經(jīng)過9年零9個月，至今仍遙遙無期。新建的核電機組通過新安全基準合規(guī)審查至少也需要5年時間才能完成，以在建即將竣工的島根3號機組為例，從選址勘察、安全審查、駐地政府同意到建設(shè)總計花了16年的時間。第三是核電站所在地的反對阻撓。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，核電機組通過安全合規(guī)審查后須與當?shù)卣炇鸢踩珔f(xié)議后才能正式重啟。日本地震、火山等自然災害頻繁，特別是在經(jīng)歷過福島核災害后，民眾幾乎“談核色變”，多數(shù)居民反對在當?shù)亟ㄓ泻穗娬尽０仄樨子饳C組因防止恐怖襲擊措施不完備，東海第二機組因居民避難計劃未落實都被當?shù)卣芙^。甚至有當?shù)孛癖娫V之于法律阻止核電重啟。但這一年來民意出現(xiàn)了很大的變化，根據(jù)朝日新聞社2022年2月對于核電重啟的社會輿論調(diào)查，贊成者占38%，反對者占47%，福島核事故以來反對者數(shù)量首次跌破50%。而今年2月的輿論調(diào)查結(jié)果更是出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，贊成者占51%，反對者占42%，贊成者首次超過了反對者。

因此，核電新政要求提高審查效率、縮短審查時間、加快推進核電重啟。根據(jù)“綠色轉(zhuǎn)型基本方針”的計劃，日本年內(nèi)將重啟通過新安全基準合規(guī)審查的全部17臺機組;到2025年重啟新安全基準合規(guī)審查中的10臺機組(含2臺在建機組);到2030年再爭取重啟尚未提交審查申請的9臺機組(含1臺在建機組)。

二、突破核電機組延壽年限上限

2012年日本修訂的《反應堆管制法》制定了“運營期限延長許可制度”，這一制度規(guī)定核電站的運行期限為40年，申請延壽僅限一次，最多可延長20年。即規(guī)定了核電站運行上限為60年。但此次新政明確反應堆因安全合規(guī)審查及司法判決原因而停運的時間可不計入運行期限。由于部分核電機組因此而停擺已長達10多年之久，因此核電機組壽期至少可運行70年以上，實際上核電機組壽期不再封頂。但在“反應堆老化管理審查制度”上，原子能管制委員會規(guī)定機組運行30年后，每隔10年須經(jīng)老化審查合格后方可運行。

從全球33個國家的431臺核電機組運行情況來看，目前在運的15個國家109臺機組超過40年，約占25%。超過50年的在運機組約有4個國家的15臺機組。美國在運的92臺機組中的50臺機組超過40年，其中有6臺機組還獲得了80年運行期限的許可。法國未設(shè)定運行期限規(guī)定，在運的56臺機組中的20臺機組超過40年，每10年進行一次安全審查。從日本來看，日本現(xiàn)有的核電站大多已接近使用年限，在役核電機組平均堆齡為33.1年，33臺機組中已有17臺超過了30年，其中4臺超過了40年，已重啟的機組中有4臺到2025年將滿40年。目前已有4臺機組(3.578GW)獲得60年延壽許可，另有4臺機組(3.520GW)正在申請延長之中。

日本2021年10月出臺的第六個《能源基本計劃》堅持2030年核電占比20%～22%的目標不變。但這一占比目標至少要保證30臺左右機組的重啟才能實現(xiàn)。從實際情況來看，如果核電運行限定40年期限，在沒有新建核電的情況下，到2030年只有27臺機組(27.31GW)在役，到2040年直接降至8臺機組(9.56GW)，到2050年就僅剩下3臺機組(4.14GW)，無疑這是一條日本核電的死亡之路。如果核電機組運行延長至60年，到2030年包括在建在內(nèi)的將有36臺機組(37.22GW)在役，2040年將有32臺機組(33.65GW)在役，2050年將有23臺機組(23.74GW)在役，但到2060年就剩下8臺機組(9.56GW)在役。如果容許扣除安全審查停堆時間，到2050年則仍可以保留31臺機組的存量。

根據(jù)新政的重啟計劃安排，我們設(shè)定三種情形來進一步模擬計算。第一種情形設(shè)定為17臺機組重啟，即現(xiàn)已完成重啟的10臺加上已通過新安全基準合規(guī)審查的7臺;第二種情形設(shè)定為27臺機組重啟，即在第一種情形基礎(chǔ)上再加上仍在安全合規(guī)審查中的10臺;第三種情形設(shè)定為36臺機組全部重啟，即包括未提交合規(guī)審查的9臺機組。盡管日本2050年的核電占比規(guī)劃尚不十分明確，但根據(jù)日本綠色增長戰(zhàn)略所設(shè)定的核電與火電占比合計達到30%～40%的目標，可以假設(shè)性推斷核電最低占比為20%左右。再根據(jù)2030年和2050年分別為0.94萬億kWh和1.3萬億kWh的全國總發(fā)電量規(guī)劃，按照80%的發(fā)電利用率，可以計算出核電裝機容量到2030年和2050年分別要達到29.5GW和37.1GW才能符合核電占比目標要求。

如圖1所示，按照60年的運行期限模擬計算，到2030年裝機容量只有第三種情形才可以達標，還有6.3GW余量，而第一種情形和第二種情形則分別缺少12.4GW和1.9GW。到2050年則沒有任何一種情形能夠達標，裝機容量分別缺少27.1GW、18.9GW、11.7GW。

圖1 三種不同情形下的日本核電裝機容量預測

如果取消運行年限上限的規(guī)定，我們將第三種情景的運行期限設(shè)定為60+α年，即60年加上因新安全基準合規(guī)審查而停運的時間α。如圖2所示，在60+α的條件下到2050年裝機容量仍然相差8.4GW。因此，我們可以從中看出，不通過新建或擴建將難以保證日本既定規(guī)劃目標的實現(xiàn)。其實日本政府是打算通過開發(fā)建設(shè)新一代反應堆來彌補缺口。盡管日本政府避免觸及核電新建或擴建的敏感話題，但福島第一、第二核電站退役的14臺機組裝機容量正好是8.3GW，由此可以推斷出日本新一代核電裝機容量規(guī)劃大概在8.3GW左右。在此基礎(chǔ)上如果考慮60+α情形，到2050年核電裝機就可以維持30臺左右的存量，從而保障核電占比遠期目標的實現(xiàn)。

圖2 60+α情形下的日本核電裝機容量預測

三、開發(fā)建設(shè)新一代反應堆

2021年6月，日本的“綠色增長戰(zhàn)略”將核電列為14項重點創(chuàng)新技術(shù)之一。2022年7月，日本公布了“創(chuàng)新堆開發(fā)技術(shù)路線圖”，新一代反應堆的開發(fā)建設(shè)旨在創(chuàng)建本質(zhì)上更安全、更高效的核電站，這些反應堆可能有助于開發(fā)更可持續(xù)的核能，也可用于供熱、制氫以及工業(yè)應用等領(lǐng)域，該路線圖提出了創(chuàng)新型輕水反應堆、小型輕水堆、快堆、高溫氣冷堆和聚變堆等5種堆型的開發(fā)和發(fā)展規(guī)劃。

1.創(chuàng)新型輕水反應堆。 日本現(xiàn)在的反應堆以二代核電技術(shù)為主，沒有三代反應堆，只有4臺三代+的ABWR(改進型沸水堆)在運，包括柏崎刈羽6、7號機組，浜岡5號機組，志賀2號機組，還有在建的島根3號機組、大間機組、東電東通1號機組均采用ABWR。日本同屬三代+的反應堆還有APWR(改進型壓水堆)，但目前沒有在運機組。在沸水堆基礎(chǔ)上推出的創(chuàng)新型反應堆有三菱重工的SRZ1200(120萬千瓦)，東芝的iB1350(135萬千瓦)等，在壓水堆基礎(chǔ)上推出的創(chuàng)新型反應堆有日法合作的APWR和EPR結(jié)合體ATMEA等。這些創(chuàng)新型輕水反應堆最大的看點是增加了非能動安全系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)置了堆芯捕集器，以防止堆心熔毀，實際上就是在現(xiàn)有輕水反應堆基礎(chǔ)上提高了安全性，并非新一代核電技術(shù)。其優(yōu)勢是可充分利用現(xiàn)成技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)完善，可盡快投入開發(fā)使用，因此日本計劃2035年左右開始投運。

2.小堆。 小堆是指30萬kW以下小型模塊化核反應堆，具有工期短、成本低、更易冷卻等優(yōu)點。日本政府在第六個《能源基本計劃》中明確表示，將推進模塊化小堆技術(shù)研究、開發(fā)和示范的國際合作。日本小堆主攻方向著眼于本國技術(shù)成熟的小型輕水堆。三菱重工開發(fā)的小型輕水堆輸出功率從3萬kW到30萬kW不等，可用于發(fā)電和船舶動力，最小的微堆輸出功率僅為500kW，使用了高導熱石墨基材料，無需液體冷卻劑即可從堆芯中散熱，反應堆堆芯和所有其他設(shè)備將被密封在密封的膠囊形容器中，可用于備用電源;東芝開發(fā)了適用于分布式電網(wǎng)的微型模塊化反應堆MoveluX，輸出功率為3000～4000kW，可以跟蹤電網(wǎng)調(diào)節(jié)負荷，壓力容器地下布置，創(chuàng)新的一體化設(shè)計消除了一些事故工況，在不更換燃料的情況下運行大約20年。日本計劃2045年前建設(shè)運營。但目前日本國內(nèi)有關(guān)小堆的安全合規(guī)標準還沒出臺，實際落地還有很大困難。因此，日立GE基于沸水堆技術(shù)開發(fā)的“BWRX-300”，在2030年前將首先在加拿大投運。

3.快堆。 日本從上世紀70年代開始進行“常陽”實驗快堆和“文殊”原型快堆的開發(fā)和建設(shè)。由于快堆安全事故不斷，加之福島核事故發(fā)生后的核電政策緊縮，2016年12月，日本政府就決定廢棄“文殊”，同時確定新的快堆開發(fā)方針，其根本任務就是為了實現(xiàn)高放廢棄物減量化，降低有害度，有效利用鈾資源，提高核燃料循環(huán)利用的效果。2018年12月，政府制定了三步走的快堆開發(fā)“戰(zhàn)略路線圖”。第一步到2023年皆在促進多種技術(shù)路線競爭，為遴選出技術(shù)成熟和經(jīng)濟性好的堆型做鋪墊。2022年12月，日本修訂了“戰(zhàn)略路線圖”。從2024年起快堆開發(fā)將進入第二階段，即啟動示范反應堆的概念設(shè)計，以鈉冷快堆為主，在綜合比較輕水快堆和熔鹽快堆的基礎(chǔ)上確定示范堆選型。2028年之后進入第三階段，即開發(fā)建設(shè)示范堆，并計劃于2045年開始運行。由于日本國內(nèi)新建核電困難重重，“文殊”廢堆后，日本研發(fā)重心轉(zhuǎn)向參與法國先進鈉冷科技工業(yè)示范堆“Astrid”的快堆計劃;2019年又參與了美國的鈉冷快堆多用途試驗堆(VTR)的研發(fā);2020年又與法國合作共同開發(fā)一種罐式鈉冷快堆;2023年日本又攜手美國在懷俄明州計劃建造一座發(fā)電功率為345MW的快堆，并計劃在2028年投運。

4.高溫氣冷堆。 日本之所以看好高溫氣冷堆是由于其具有供熱、制氫等用途廣泛的特點，可有效支撐其氫能社會的國家戰(zhàn)略。日本原子能研究開發(fā)機構(gòu)(JAEA)在茨城縣大洗町運營的實驗堆“HTTR”功率為30MW，1998年達到臨界，2004年反應堆出口溫度達到950攝氏度，創(chuàng)世界之最。福島核事故發(fā)生后長期停運，2021年7月重啟。2022年又開始進行供熱、制氫試驗。三菱重工基于此技術(shù)開發(fā)的高溫氣冷堆，產(chǎn)生的水蒸汽的溫度最高達到950攝氏度，制氫能力有望達到每小時28萬Nm3，比一般的高溫氣冷堆高2倍。目前，日本正在與英國、波蘭、美國和其他國家的高溫氣冷堆項目進行合作。在國際市場競爭中，中國的球床反應堆比日本制造的塊式反應堆盡管更有價格優(yōu)勢，但性能上還是日本的技術(shù)更加領(lǐng)先。日本示范堆計劃在2035年左右投運。

5.核聚變堆。 可控核聚變的前景對資源貧乏的日本來說尤為重要。日本積極參與和引領(lǐng)國際熱核聚變ITER項目，日本參與的工程師不僅數(shù)量最多，而且承擔的技術(shù)課題也最多。世界各國核聚變實驗裝置最多的是采用超導托卡馬克方式。上世紀80年代，日本便擁有全球4座大型托卡馬克之一的JT-60U，它是世界上第一臺實現(xiàn)聚變能量倍增系數(shù)Q超過1的托卡馬克裝置。日本在此基礎(chǔ)上又聯(lián)合歐盟打造新一代的先進聚變反應堆JT-60SA，這是迄今為止全球最大的核聚變實驗裝置，計劃2023年夏季開始正式運行。世界各國有15個核聚變裝置采用螺旋型方式，其中設(shè)在日本國家核聚變科學研究所的“LHD”螺旋型核聚變裝置為規(guī)模最大;全世界還有11個核聚變裝置采用激光方式，日本大阪大學激光科學研究所也設(shè)有“激光Ⅶ號”核聚變裝置。2023年2月18日，日本出臺了第一個“核聚變國家戰(zhàn)略”方案，提出要重點培育核聚變產(chǎn)業(yè)，促進國際市場開發(fā)。根據(jù)ITER項目的開發(fā)進度計劃，2025年同步開始進行約束和維持等離子體穩(wěn)定性的實驗，2035年同步開始進行氘氚燃燒實驗，2050年日本將正式建設(shè)和運行核聚變原型堆。

四、對日本核電新政的思考

從日本核電新政出臺的背景來看，俄烏沖突爆發(fā)之后，世界油氣市場價格全面飆升，日本能源供應緊張，電力供給形勢嚴竣，近一年來日本國內(nèi)居民用電和工業(yè)用電價格平均已分別上漲20%和40%;另一方面，全球各個國家和地區(qū)作為應對氣候變化的重要一環(huán)，相繼調(diào)整核電政策，加快核電站建設(shè)布局，而日本核電利用率卻長期保持在低水平，核電站重啟面臨重重困難。簡言之，日本在應對氣候變化、能源安全危機的雙重壓力下，不得不重新采取積極的核電發(fā)展政策。

綜上所述，首先加快既有核電重啟是重振核電新政的關(guān)鍵。在已通過新安全合規(guī)審查但尚未重啟的機組中，柏崎刈羽6、7號機組因東京電力公司違反核物質(zhì)防護規(guī)程曝光而被叫停，東海第二核電站因當?shù)鼐用衿鹪V被法院判決不得重啟。在已獲準重啟的核電機組中，去年8月美濱核電站3號機組又再次發(fā)生了泄漏事故，2023年1月高濱核電站4號機組由于驅(qū)動反應堆控制棒進出堆芯的裝置電流異常造成自動停止事故，重啟工作存在的這些事故隱患，給核電重啟進程蒙上了一層陰影。因此沒有政府的強有力推動，重啟進程未必能加快。

其次，延長既有核電運行期限是提高核電經(jīng)濟性、實現(xiàn)2030年核電占比目標的基礎(chǔ)。核電機組運行長期化是發(fā)展大勢，此舉將有助于防止核電裝機容量突然出現(xiàn)“滑坡”，但對核電技術(shù)創(chuàng)新反而可能起到抑制的效果，因為投資建設(shè)一座新核電站畢竟需要巨額資金，而且投資回報不確定性也在增加，機組延壽長期化將會影響電力企業(yè)投資開發(fā)建設(shè)新一代反應堆的積極性。

再次，值得注意的是，開發(fā)新建并不意味著日本核電的增量，日本早先計劃新建的6臺機組至今也沒能開工。由于日本新建核電站選址困難，只能在廢堆原址上通過重建或改建來取代退役的反應堆。目前重建或改建所圈定的新一代創(chuàng)新型反應堆，其實都是一些日本既有的改良技術(shù)，優(yōu)先推廣的是盡快能投入實際使用的技術(shù)。因為按照現(xiàn)有的安全合規(guī)基準，一座新核電廠從選址開始到建設(shè)完工至少需要20年的時間。其實，從現(xiàn)在開始無論新建、還是重建或改建都已無法趕上中長期核電占比規(guī)劃目標的需求。但新政的出臺，日本核電發(fā)展終于在長隧道盡頭看到了一道曙光。