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特別感謝 國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所能源政策研究室主任 洪濤先生和 中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司政策研究經(jīng)理 毛繼軍先生對(duì)本文的校對(duì)、修改！
在美國(guó)能源信息署的2018年年度能源展望(AEO2018)參考案例中，美國(guó)核電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)在2017年至2050年這段預(yù)測(cè)期內(nèi)從99.3GW下降至79.1GW。為了解決這一預(yù)測(cè)的一些不確定性，本文根據(jù)石油和天然氣可獲得性、核電單位成本和碳政策的不同假設(shè)提出了敏感性案例。
敏感性結(jié)果：三種不同類型的不確定性
在較高或較低的石油、天然氣資源技術(shù)案例中，不確定性與天然氣可獲得性的高低有關(guān)。
新建或在役核電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)及資金成本高低均存在不確定性。
以不同二氧化碳（CO2）排放費(fèi)為代表的，不同水平碳排放的規(guī)定的不確定性。
當(dāng)天然氣價(jià)格漲的更快更高時(shí)，如在LRT案例中預(yù)測(cè)的那樣，到2050年前核電裝機(jī)容量的退役量為22.3GW，與參考案例中的26.2GW的核退役量相比低了3.9GW。相反，在高石油、天然氣資源技術(shù)（HRT）案例中，天然氣價(jià)格維持2017年水平，到2050年退役核電站容量達(dá)50GW，增加了23.8GW。
當(dāng)核電機(jī)組運(yùn)營(yíng)成本增加或減少20％，所有相應(yīng)的敏感行案例中的退役量都會(huì)增加或減少。如果成本提高20％，在LRT案例中的退役量到2050年將增加略超過4.2GW；然而，在參考案例和HRT案例中，它們分別在成本條件提高20％的情況下退役量分別增加13.1GW和37.2GW。相比之下，將核電站成本降低20％，LRT案例的退役量減少了2.6GW，參考案例退役量減少了4.7GW，HRT案例退役量減少了23.6GW。
在碳稅情景下，2037年以后核電站退役率下降，而新核電裝機(jī)容量將會(huì)增加；到2050年，根據(jù)碳稅的多少，總裝機(jī)機(jī)組容量將增加27.3GW至65.7GW不等。
這些敏感性分析并未涉及可能影響核電發(fā)展的所有的未來市場(chǎng)。其他不確定因素包括：新的國(guó)家政策對(duì)可再生能源的考核標(biāo)準(zhǔn)、清潔能源戰(zhàn)略、核電廠金融風(fēng)險(xiǎn)的價(jià)格支持，解決電網(wǎng)擁塞的投資以及其他與能源有關(guān)的政策。此外，美國(guó)能源信息署的國(guó)家能源模擬系統(tǒng)（NEMS）并沒有模擬核廢物管理，因?yàn)樗珊藦U料基金資助，并且不考慮其對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)的影響。此外，受地方及國(guó)家層面的社會(huì)許可證問題影響的國(guó)家政策和法律行動(dòng)并不直接在NEMS中模擬。然而，社會(huì)許可卻被認(rèn)為是最近宣布的工廠關(guān)閉和項(xiàng)目決策的一個(gè)促成因素，在NEMS以及紐約和伊利諾伊州的零排放貸款立法中都有所體現(xiàn)。
電力市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、國(guó)內(nèi)核電工業(yè)的最新發(fā)展以及核電站核電機(jī)組的多樣性，都需要在考慮核能力、發(fā)電和退休計(jì)劃時(shí)加以審查。
在美國(guó)運(yùn)營(yíng)的60座核電站中，31座在去管制的批發(fā)電力市場(chǎng)中生產(chǎn)和銷售電力,并與其它電源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng).。在商業(yè)市場(chǎng)中，批發(fā)電價(jià)是通過區(qū)位邊際定價(jià)來確定的，這是由于受負(fù)荷和產(chǎn)生模式、傳輸約束以及系統(tǒng)中特定節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生組合的影響。因此，每個(gè)核電站都會(huì)有自己的定價(jià)環(huán)境。結(jié)合自己獨(dú)特的運(yùn)營(yíng)成本，商業(yè)核電站經(jīng)歷了一系列的財(cái)務(wù)狀況，這就在最近多個(gè)核電站的提前退役之中得以體現(xiàn)。
用于發(fā)電的天然氣已經(jīng)增加并取代了大部分的燃煤發(fā)電，導(dǎo)致一些煤電廠的退役。來自頁巖和其他致密巖層的低成本天然氣（特別是西弗吉尼亞州，賓夕法尼亞州和俄亥俄州的馬塞勒斯和尤蒂卡地層）的持續(xù)增長(zhǎng)為發(fā)電機(jī)組提供了更低批發(fā)電價(jià)的低成本替代方案。2007年至2016年，一些電力市場(chǎng)的批發(fā)電價(jià)下降了40％。此外，可再生能源使用（即風(fēng)能和太陽能）的增長(zhǎng)以及電力需求的相對(duì)平穩(wěn)增長(zhǎng)已經(jīng)導(dǎo)致批發(fā)電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇和電價(jià)下降。
在商業(yè)市場(chǎng)中運(yùn)營(yíng)的核電廠正在經(jīng)歷較低的電價(jià)，如果電價(jià)過低，可能導(dǎo)致電廠無利可圖。自2013年以來，已有五家核電廠關(guān)閉。2017年，四家電廠在得到州政府的零排放優(yōu)惠電價(jià)支持后，扭轉(zhuǎn)了他們關(guān)停的決定。由于經(jīng)濟(jì)原因，六座核電站計(jì)劃于2025年永久關(guān)閉，其中一些電廠進(jìn)行了必要的合并，其主要的資金需求來源于聯(lián)邦和州監(jiān)管機(jī)構(gòu)。另有五家核電廠也需要州政府的價(jià)格支持。
在2013年之前，最后一個(gè)關(guān)閉的核電機(jī)組是1998年的660兆瓦M(jìn)illstone 1號(hào)反應(yīng)堆。根據(jù)業(yè)主報(bào)告，永久關(guān)閉反應(yīng)堆的決定是基于風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后的凈現(xiàn)值評(píng)估。反應(yīng)堆運(yùn)行在一個(gè)新建立的、放松管制的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)年收入將低于將該裝置恢復(fù)到商業(yè)運(yùn)營(yíng)預(yù)期成本的1％。
除了低批發(fā)電價(jià)外，其他經(jīng)濟(jì)狀況也是造成一些核電廠面臨財(cái)務(wù)不確定性的原因。例如，為了維持印第安角電站（紐約）和Diablo Canyon電站（加州）繼續(xù)運(yùn)營(yíng)，需要大量資金投資建造閉路循環(huán)水冷卻塔。紐約和加州引入了環(huán)境限制，這將阻止繼續(xù)使用河流和海水進(jìn)行冷卻。
由于環(huán)境和安全方面的考慮，紐約的印第安角核電站計(jì)劃于2021年退役。印第安角兩臺(tái)核電機(jī)組提供約12％的州電力需求。2018年1月，加州公用事業(yè)委員會(huì)投票決定批準(zhǔn)在2025年計(jì)劃關(guān)閉Diablo Canyon核電站。根據(jù)多份新聞報(bào)道，委員會(huì)得出結(jié)論認(rèn)為，由于電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電的增長(zhǎng)、能源效率的提高、高昂的替代冷卻系統(tǒng)資本投資以及當(dāng)?shù)仉娏?yīng)商更多的發(fā)展和利用，該電廠運(yùn)營(yíng)很快就會(huì)變得不經(jīng)濟(jì)。例如，2015年10月，州長(zhǎng)Edmund Gerald Brown Jr.簽署了立法參議院條例草案350，該條例要求零售商和公有公用事業(yè)公司在2030年之前從符合條件的可再生能源中獲得其電力的50％。
紐約和伊利諾伊州分別于2016年和2017年通過了立法，為面臨無利可圖的市場(chǎng)條件的核電站提供零排放補(bǔ)貼。零排放補(bǔ)貼的價(jià)值是根據(jù)電站資金短缺來計(jì)算的，并且在紐約有12年，伊利諾伊州有10年到期。在這些法律的作用下，關(guān)于關(guān)閉在紐約的RE Ginna，Nine Mile Point和Fitzpatrick核電站以及在伊利諾伊州的Clinton和Quad Cities核電站的決定都被推翻了?？的腋裰?，新澤西州，賓夕法尼亞州和俄亥俄州正在考慮采用類似的措施來支持州內(nèi)的核電站。
最近投運(yùn)的核電站是2016年在田納西州東部的Watts Bar 2號(hào)反應(yīng)堆。第二新的運(yùn)行反應(yīng)堆是Watts Bar 1號(hào)機(jī)組，該機(jī)組于1996年投入使用。佐治亞佐治亞的Vogtle核電站的兩座機(jī)組建造項(xiàng)目發(fā)生了重大的項(xiàng)目成本上升和進(jìn)度延誤。在2017年進(jìn)行項(xiàng)目審查之后，佐治亞電力公司及其公共電力合作伙伴選擇繼續(xù)建設(shè)Vogtle電廠，并最近獲得佐治亞公共服務(wù)委員會(huì)批準(zhǔn)。相反，南卡羅來納州V.C.Summer電廠的業(yè)主決定終止兩座AP-1000級(jí)反應(yīng)堆的建造，這兩座反應(yīng)堆也遭遇類似的成本升級(jí)和進(jìn)度延誤。佐治亞和南卡羅來納州的項(xiàng)目都有相同的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、承包商和施工策略。
截至2017年9月13日，有七座核電廠獲得了核安全監(jiān)管委員會(huì)的建造和運(yùn)營(yíng)聯(lián)合許可證,包括Vogtle和V. C. Summer項(xiàng)目。其他聯(lián)合許可證有:
·Enrico Fermi核電站3號(hào)DTE電力公司
南得克薩斯項(xiàng)目核運(yùn)營(yíng)公司南德克薩斯項(xiàng)目單元3和4
·杜克能源佛羅里達(dá)州有限責(zé)任公司征收核電廠1號(hào)和2號(hào)機(jī)組
·William States Lee III核電站1號(hào)和2號(hào)的杜克能源卡羅萊納斯有限責(zé)任公司
·弗吉尼亞電力和電力公司的North Anna 3號(hào)機(jī)組
這些獲得聯(lián)合許可的業(yè)主尚未提交進(jìn)一步計(jì)劃。
根據(jù)核能研究所的資料，核電行業(yè)實(shí)施了一項(xiàng)協(xié)調(diào)戰(zhàn)略，“行業(yè)轉(zhuǎn)型確保其對(duì)消費(fèi)者的可行性，以及其在保護(hù)環(huán)境方面的重要作用?！痹搼?zhàn)略包括確定降低成本的目標(biāo)是將整個(gè)核電廠的運(yùn)營(yíng)成本降低30％。
AEO2018參考案例包括宣布的退役、新建、取消項(xiàng)目、撤銷關(guān)閉決定和零排放補(bǔ)貼。
美國(guó)核電站的規(guī)模從紐約州北部的582MW 的R. Ginna工廠，到亞利桑那州鳳凰城以西3,937MW的帕洛弗德工廠。美國(guó)核電廠的平均規(guī)模為1656兆瓦。在商業(yè)電力市場(chǎng)中，小型單機(jī)組電站的盈利運(yùn)作比受管制市場(chǎng)的大型發(fā)電廠更容易降低批發(fā)電價(jià)。較小的電機(jī)組電站的單位成本較高，因?yàn)樗鼈冚^大型電站而言固定的間接成本分?jǐn)傒^少，而且在與多機(jī)組電站的業(yè)主談判服務(wù)和燃料合同時(shí)，它們也不能充分利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)。大多數(shù)小于均值的商業(yè)機(jī)組要么宣布計(jì)劃關(guān)閉，要么請(qǐng)求國(guó)家價(jià)格支持,或在去的國(guó)家價(jià)格支持后改變了之前關(guān)閉的決定。在現(xiàn)價(jià)長(zhǎng)期電力購(gòu)買協(xié)議下運(yùn)營(yíng)的Duane Arnold 和 Palisades電站，使其生存能力目前不受天然氣批發(fā)低價(jià)的影響。然而，現(xiàn)有協(xié)議期滿后，如果未事先建立新的電力采購(gòu)協(xié)議，它們將處于批發(fā)電力市場(chǎng)條件下。
在AEO2018案例中，到2050年，美國(guó)核電裝機(jī)容量的預(yù)測(cè)存在明顯差異。2050年的預(yù)計(jì)裝機(jī)容量從HRT的18.1GW（核電成本提高20％）至二氧化碳案例的144.9GW，參考案例則是接近兩個(gè)極端案例的中值79.1GW。敏感案例的結(jié)果表明，天然氣燃料價(jià)格和核電單位成本競(jìng)爭(zhēng)的選擇區(qū)間對(duì)核電站的退役數(shù)量與新建數(shù)量的比率有可期的影響。
參考案例預(yù)測(cè)假定了已知技術(shù)的趨勢(shì)改進(jìn)，以及美國(guó)能源信息署目前對(duì)經(jīng)濟(jì)和人口趨勢(shì)的看法。參考案例還假設(shè)，對(duì)能源部門產(chǎn)生影響的現(xiàn)行法律和法規(guī)在整個(gè)運(yùn)行期間通常不會(huì)發(fā)生變化，包括它們廢止的時(shí)間。最近頒布或提議的立法、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的潛在影響不包括在內(nèi)。應(yīng)該對(duì)AEO中的預(yù)測(cè)進(jìn)行解釋，以清楚地理解它們的假設(shè)，以及任何建模工作所固有的局限性。
在AEO2018的參考案例中，預(yù)計(jì)到2050年，核能發(fā)電量將從2017年的99.3GW下降到79.1GW。規(guī)劃期間僅有3號(hào)和4號(hào)Vogtle機(jī)組是新建項(xiàng)目，且目前已經(jīng)在建設(shè)中，并將提供2.2GW的額外裝機(jī)容量。美國(guó)能源信息署還預(yù)計(jì)，到2040年，核電機(jī)組功率升級(jí)將新增容量3.8GW。這些增量將被總計(jì)約26.2GW的已宣布的退役量、預(yù)期退役量和不經(jīng)濟(jì)的電站相抵消。除了正在建設(shè)的Vogtle機(jī)組外，目前沒有新建項(xiàng)目。預(yù)計(jì)在參考的情況下，到2050年天然氣價(jià)格上升65%,核電運(yùn)營(yíng)成本略有增加。
高或低油價(jià)、天然氣來源以及技術(shù)情景下的結(jié)果
HRT和LRT情景下的案例闡明了天然氣價(jià)格（與參考案例相比）的差異如何影響未來核電裝機(jī)容量水平。作為基荷電源發(fā)電使用的天然氣，以較低的價(jià)格被使用，且使用量不斷增加，會(huì)導(dǎo)致批發(fā)電力價(jià)格在核電站參與競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)中處于較低水平。在HRT案例中較低的燃?xì)鈨r(jià)格導(dǎo)致較低的電力價(jià)格，并使得將近23.8GW的核電裝機(jī)變得無利可圖。與此相比下，在參考和LRT案例中，更高的天然氣價(jià)格在之后的幾年里會(huì)提供足夠的稅收進(jìn)而可以避免大多數(shù)機(jī)組退役。
在LRT案例中，到2050年，電力部門使用的天然氣價(jià)格（9.42美元/MMBtu）處于高位，相較參考情景下的案例中5.01美元/MMBtu，這將導(dǎo)致3.9GW的核電機(jī)組提前退役，LRT情景下到2050年核電裝機(jī)容量為22.3GW，而參考情景則為26.2GW。在HRT案例中，較低的天然氣價(jià)格（到2050年3.02美元/MMBtu）將使提前退役的核電裝機(jī)容量從23.8GW（參考情景）提高至50.0GW。在核電機(jī)組成本沒有下降的情況下，3個(gè)情景的案例表明到2050年，核電站退役將持續(xù)增加。這3個(gè)情景包括了2018~2050年這一時(shí)間段新建（2.2GW）和機(jī)組升級(jí)（3.8GW）的6.0GW核電裝機(jī)容量。
為了理解核電機(jī)組成本的影響，美國(guó)能源信息署以3種具有顯著差異的情景（參考、HRT和LRT）區(qū)分不同的運(yùn)營(yíng)成本。這些情景中的每一種，與參考情景的案例相比，機(jī)組成本提高或降低20%。在成本上，20%的改變體現(xiàn)在在役機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)成本，以及對(duì)于任何模型的、未規(guī)劃的核電裝機(jī)所需要的資本、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的假設(shè)。
這些案例表明了核電行業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在參考案例中，降低核電站20%的運(yùn)營(yíng)成本，將減少5GW或18%的核電機(jī)組退役。但是，提高核電站20%的運(yùn)營(yíng)成本（以參考情景為基準(zhǔn)），將增加將近50%的機(jī)組退役，退役的核電裝機(jī)容量將達(dá)到39.3GW，在參考情景的案例中到2050年核電機(jī)組總退役裝機(jī)容量將達(dá)到66.GW。
在HRT情景中（天然氣價(jià)格處于史上低水平），核電站成本的改變將對(duì)較早退役的機(jī)組帶來更大的沖擊。在案例中，到2050年，增加20%的核電站資本和運(yùn)營(yíng)成本導(dǎo)致了37.2GW額外的裝機(jī)容量退役。與此相比，在同樣案例中，在較低的天然氣價(jià)格下，降低20%的核電站運(yùn)營(yíng)成本將減少早期機(jī)組退役的數(shù)量。在HRT情景下降低20%成本，2050年核電裝機(jī)容量為78.9GW，而參考情景的案例中則為79.1GW。
相反的是，在LRT案例中，更高的天然氣價(jià)格導(dǎo)致到2050年有額外的3.9GW核電機(jī)組退役。但是，在LRT情景的案例中，核電站運(yùn)營(yíng)成本降低20%，在2035年到2050年之間核電裝機(jī)容量將有44.5GW的凈增加。
兩個(gè)碳稅場(chǎng)景的案例也模擬了碳稅對(duì)核電裝機(jī)容量的影響。與煤炭和天然氣等化石燃料競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，化石燃料將受到碳稅的制約，而核能卻不會(huì)。這些費(fèi)用將提高天然氣和煤炭的燃料價(jià)格，從而導(dǎo)致在電力市場(chǎng)中使用煤炭或天然氣產(chǎn)生更高的平均電力批發(fā)價(jià)格。因此，在那些市場(chǎng)中的核電站將變得更具競(jìng)爭(zhēng)力。在已經(jīng)檢驗(yàn)的案例中，2020年的碳稅被模擬為15美元或25美元/噸二氧化碳，實(shí)際美元條款方面在2020年之后，每年同比增長(zhǎng)5%。
在碳稅為25美元/噸二氧化碳的情景中，到2050年新增核電裝機(jī)容量達(dá)到59.1GW。如果將開始的減排費(fèi)用降低為15美元/噸，新增核電裝機(jī)容量為24.3GW。在較低和較高碳稅的實(shí)例中，到2050年，早期退役的裝機(jī)容量將分別減少3GW和7GW。比起較低的碳稅的案例，較高的碳稅導(dǎo)致到2050年額外新增34.8GW核電裝機(jī)容量。
盡管核電裝機(jī)容量和發(fā)電受到影響，敏感性案例中的天然氣價(jià)格或二氧化碳稅的改變導(dǎo)致了使用其他燃料和技術(shù)發(fā)電發(fā)生明顯的變化。即使LRT和碳稅的案例，與參考和HRT情景的案例相比，產(chǎn)生了更多的核電站發(fā)電，發(fā)電的結(jié)構(gòu)也與所有的敏感性案例有較大區(qū)別。
在HRT情景的案例中，較低價(jià)的天然氣加速了燃煤電站和核電站的退役，并減緩了可再生能源的部署，而到2050年燃?xì)獍l(fā)電在總發(fā)電中的份額從參考情景中的36%提高到52%。在LRT案例中，較高價(jià)的天然氣推動(dòng)了2050年可再生能源在總發(fā)電中份額的擴(kuò)張，從參考情景的31%增至40%，同時(shí)減緩了煤電和核電的退役。
碳稅增長(zhǎng)了煤炭和天然氣的發(fā)電成本，因此提高了核電和可再生能源的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)地位。在25美元/噸碳稅的情景下，燃煤電廠減少的趨勢(shì)將加速，到2050年，其在總發(fā)電中的份額降至不到1%（參考情景為22%）?？稍偕茉丛诟咛级愔性鲩L(zhǎng)最快，從現(xiàn)有的增速情況到2027年持續(xù)加速，然后到2050年穩(wěn)步增長(zhǎng)，在發(fā)電中份額達(dá)到45%。與參考情景中2050年的情況（32%對(duì)36%）相比，在高碳稅中，燃?xì)怆娬景l(fā)電較低。從2035年開始，當(dāng)裝機(jī)容量從2035年89GW增長(zhǎng)到2050年的145GW，核電站也從中獲益，比起參考情景，代表了22%的總發(fā)電份額，增長(zhǎng)了80%的裝機(jī)容量。
在HRT案例中，發(fā)電組成與參考情景有所區(qū)別，即到2050年48%以上的天然氣、34%以下的煤炭以及不到17%的可再生能源和不到30%的核電。在LRT情景的案例中，核電發(fā)電比參考情景高4%，燃?xì)獍l(fā)電不足40%。在LRT情景的案例中，燃?xì)獍l(fā)電大部分的減少?gòu)浹a(bǔ)給了可再生能源發(fā)電（28%以上）和煤電（18%以上）。這種發(fā)電趨勢(shì)表明相似比例的核電站是不具有盈利性的，甚至是在電價(jià)比參考情景高的情況下。
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