周杰常務理事：【能源決策參考】關於日本核電新政的分析與思考

 

關於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）

 

在福島核洩漏事故12周年之際，日本核電政策發生了重大轉變。將自福島核事故發生以來日本政府長期堅持的“盡可能降低核電依存度”原則，轉變為“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建設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型執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、開發和建設新一代創新反應堆、加快核廢物處理進程等議題。12月23日，日本政府批准的“今後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，日本政府批准的“綠色轉型基本方針”提出，核電具有不會產生二氧化碳排放、大功率穩定供電的特點，可以兼顧穩定供電和實現碳中和兩大政策目標，因此，必須以確保安全為最優先原則，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審查而停運的時間。此外，強調開發和建設具有新安全功能的新一代創新型反應堆，對於推動綠色轉型具有重大的意義。2月14日，日本原子能委員會重新修訂了《關於原子能利用的基本想法》，重申了政府綠色轉型方針所提出的發展核電的方向和重點措施。2月28日，日本內閣根據上述政策方針批准了一攬子涉及核電政策法規的修訂案，包括《原子能基本法》《反應堆管制法》《電力事業法》《核電站乏燃料處理處置基金徵收法》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，“綠色轉型基本方針”的出臺標誌著日本政府自福島核事故以來的核能政策發生了重大的“積極轉變”。

 

一、加速存量核電重啟

 

東日本大地震發生之前，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畫甚至提出，到2030年核電占比目標要達到53%。但2011年福島核事故發生之後，日本核電曾一度全部關停，在能源結構中的地位發生了急劇變化。2021年度日本核電占比僅為6.9%。而且事故發生後報廢的商業堆已達到了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。其中經當地政府同意後重啟的機組僅有大飯（關西電力公司）、高濱（關西電力公司）、美濱（關西電力公司）、玄海（九州電力公司）、川內（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，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在三個方面：第一是根據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，相當於建設成本增加了三分之一，採取新安全措施新增成本為14.5萬日元/kW，均攤發電成本增加1.3日元/kWh。第二是安全合規審查流程過長。已批准重啟的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，前後加起來已歷經9年多時間，目前明確重啟日期的核電機組僅有3臺，其他仍處於待機狀態。目前仍在審查中的10臺機組，平均審查期已經過8年零5個月，最長的已經過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。根據有關規定，核電機組通過安全合規審查後須與當地政府簽署安全協議後才能正式重啟。日本地震、火山等自然災害頻繁，特別是在經歷過福島核災害後，民眾幾乎“談核色變”，多數居民反對在當地建有核電站。柏崎刈羽機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畫未落實都被當地政府拒絕。甚至有當地民眾訴之於法律阻止核電重啟。但這一年來民意出現了很大的變化，根據朝日新聞社2022年2月對於核電重啟的社會輿論調查，贊成者占38%，反對者占47%，福島核事故以來反對者數量首次跌破50%。而今年2月的輿論調查結果更是出現了反轉，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“綠色轉型基本方針”的計畫，日本年內將重啟通過新安全基準合規審查的全部17臺機組；到2025年重啟新安全基準合規審查中的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審查及司法判決原因而停運的時間可不計入運行期限。由於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定機組運行30年後，每隔10年須經老化審查合格後方可運行。

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。法國未設定運行期限規定，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《能源基本計畫》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。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。

根據新政的重啟計畫安排，我們設定三種情形來進一步模擬計算。第一種情形設定為17臺機組重啟，即現已完成重啟的10臺加上已通過新安全基準合規審查的7臺；第二種情形設定為27臺機組重啟，即在第一種情形基礎上再加上仍在安全合規審查中的10臺；第三種情形設定為36臺機組全部重啟，即包括未提交合規審查的9臺機組。儘管日本2050年的核電占比規劃尚不十分明確，但根據日本綠色增長戰略所設定的核電與火電占比合計達到30%～40%的目標，可以假設性推斷核電最低占比為20%左右。再根據2030年和2050年分別為0.94萬億kWh和1.3萬億kWh的全國總發電量規劃，按照80%的發電利用率，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餘量，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定，我們將第三種情景的運行期限設定為60+α年，即60年加上因新安全基準合規審查而停運的時間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劃目標的實現。其實日本政府是打算通過開發建設新一代反應堆來彌補缺口。儘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劃大概在8.3GW左右。在此基礎上如果考慮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。

 圖2  60+α情形下的日本核電裝機容量預測

 

三、開發建設新一代反應堆

 

2021年6月，日本的“綠色增長戰略”將核電列為14項重點創新技術之一。2022年7月，日本公佈了“創新堆開發技術路線圖”，新一代反應堆的開發建設旨在創建本質上更安全、更高效的核電站，這些反應堆可能有助於開發更可持續的核能，也可用於供熱、制氫以及工業應用等領域，該路線圖提出了創新型輕水反應堆、小型輕水堆、快堆、高溫氣冷堆和聚變堆等5種堆型的開發和發展規劃。

1.創新型輕水反應堆。日本現在的反應堆以二代核電技術為主，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號機組均採用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。在沸水堆基礎上推出的創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，在壓水堆基礎上推出的創新型反應堆有日法合作的APWR和EPR結合體ATMEA等。這些創新型輕水反應堆最大的看點是增加了非能動安全系統設計，設置了堆芯捕集器，以防止堆心熔毀，實際上就是在現有輕水反應堆基礎上提高了安全性，並非新一代核電技術。其優勢是可充分利用現成技術，產業鏈基礎完善，可儘快投入開發使用，因此日本計畫2035年左右開始投運。

2.小堆。小堆是指30萬kW以下小型模組化核反應爐，具有工期短、成本低、更易冷卻等優點。日本政府在第六個《能源基本計畫》中明確表示，將推進模組化小堆技術研究、開發和示範的國際合作。日本小堆主攻方向著眼於本國技術成熟的小型輕水堆。三菱重工開發的小型輕水堆輸出功率從3萬kW到30萬kW不等，可用於發電和船舶動力，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備將被密封在密封的膠囊形容器中，可用於備用電源；東芝開發了適用於分佈式電網的微型模組化反應堆MoveluX，輸出功率為3000～4000kW，可以跟蹤電網調節負荷，壓力容器地下佈置，創新的一體化設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。日本計畫2045年前建設運營。但目前日本國內有關小堆的安全合規標準還沒出臺，實際落地還有很大困難。因此，日立GE基於沸水堆技術開發的“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”原型快堆的開發和建設。由於快堆安全事故不斷，加之福島核事故發生後的核電政策緊縮，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方針，其根本任務就是為了實現高放廢棄物減量化，降低有害度，有效利用鈾資源，提高核燃料迴圈利用的效果。2018年12月，政府制定了三步走的快堆開發“戰略路線圖”。第一步到2023年皆在促進多種技術路線競爭，為遴選出技術成熟和經濟性好的堆型做鋪墊。2022年12月，日本修訂了“戰略路線圖”。從2024年起快堆開發將進入第二階段，即啟動示範反應堆的概念設計，以鈉冷快堆為主，在綜合比較輕水快堆和熔鹽快堆的基礎上確定示範堆選型。2028年之後進入第三階段，即開發建設示範堆，並計畫於2045年開始運行。由於日本國內新建核電困難重重，“文殊”廢堆後，日本研發重心轉向參與法國先進鈉冷科技工業示範堆“Astrid”的快堆計畫；2019年又參與了美國的鈉冷快堆多用途試驗堆（VTR）的研發；2020年又與法國合作共同開發一種罐式鈉冷快堆；2023年日本又攜手美國在懷俄明州計畫建造一座發電功率為345MW的快堆，並計畫在2028年投運。

4.高溫氣冷堆。日本之所以看好高溫氣冷堆是由於其具有供熱、制氫等用途廣泛的特點，可有效支撐其氫能社會的國家戰略。日本原子能研究開發機構（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，創世界之最。福島核事故發生後長期停運，2021年7月重啟。2022年又開始進行供熱、制氫試驗。三菱重工基於此技術開發的高溫氣冷堆，產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專案進行合作。在國際市場競爭中，中國的球床反應堆比日本製造的塊式反應堆儘管更有價格優勢，但性能上還是日本的技術更加領先。日本示範堆計畫在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國際熱核聚變ITER專案，日本參與的工程師不僅數量最多，而且承擔的技術課題也最多。世界各國核聚變實驗裝置最多的是採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聚變能量倍增係數Q超過1的托卡馬克裝置。日本在此基礎上又聯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，計畫2023年夏季開始正式運行。世界各國有15個核聚變裝置採用螺旋型方式，其中設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模最大；全世界還有11個核聚變裝置採用鐳射方式，日本大阪大學鐳射科學研究所也設有“鐳射Ⅶ號”核聚變裝置。2023年2月18日，日本出臺了第一個“核聚變國家戰略”方案，提出要重點培育核聚變產業，促進國際市場開發。根據ITER專案的開發進度計畫，2025年同步開始進行約束和維持等離子體穩定性的實驗，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，俄烏衝突爆發之後，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，近一年來日本國內居民用電和工業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作為應對氣候變化的重要一環，相繼調整核電政策，加快核電站建設佈局，而日本核電利用率卻長期保持在低水準，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，不得不重新採取積極的核電發展政策。

綜上所述，首先加快既有核電重啟是重振核電新政的關鍵。在已通過新安全合規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防護規程曝光而被叫停，東海第二核電站因當地居民起訴被法院判決不得重啟。在已獲准重啟的核電機組中，去年8月美濱核電站3號機組又再次發生了洩漏事故，2023年1月高濱核電站4號機組由於驅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濟性、實現2030年核電占比目標的基礎。核電機組運行長期化是發展大勢，此舉將有助於防止核電裝機容量突然出現“滑坡”，但對核電技術創新反而可能起到抑制的效果，因為投資建設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投資開發建設新一代反應堆的積極性。

再次，值得注意的是，開發新建並不意味著日本核電的增量，日本早先計畫新建的6臺機組至今也沒能開工。由於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新型反應堆，其實都是一些日本既有的改良技術，優先推廣的是儘快能投入實際使用的技術。因為按照現有的安全合規基準，一座新核電廠從選址開始到建設完工至少需要20年的時間。其實，從現在開始無論新建、還是重建或改建都已無法趕上中長期核電占比規劃目標的需求。但新政的出臺，日本核電發展終於在長隧道盡頭看到了一道曙光。

 

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