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电力紧张与煤价上涨:中国电力供应困境与煤炭储产比分析

添加时间:2024-12-03

我写这个话题主要是因为我很困惑。假期期间查了很多论文和研究报告,也找到了核电相关的朋友了解情况。我写这篇文章是为了和大家分享。

由于这几天缺电,很多地方都出现了停电的情况。一个重要原因是煤炭价格上涨。其中,煤炭相关期货产品价格今年以来已翻倍,且上涨势头丝毫没有停止的意思。

相应的电价由国家发改委规定,因此上涨幅度有限。这让燃煤电厂陷入了尴尬的境地。他们发电就赔钱,而且赔的钱越来越多。于是,不少电厂趁机修复设备、减少损失,但无论如何也不扩大产能,加剧了电力供应的短缺。

另外,中国的煤炭本身并不是特别丰富。有一个数据叫煤炭储采比,就是说按照现在的速度,还能开采多少年。

美国作为世界上煤炭储量最高的国家,煤炭探明储量位居世界第一,煤炭储采比较高。 2019年,美国煤炭储产比达到390年,俄罗斯369年,我国只有37年。我国煤炭探明储量位居世界前列,但储采比远低于其他国家。如果这种情况持续下去,我们很快将不得不再次大规模进口煤炭。

也就是说,中国的煤炭还能使用不到40年。当然,这也不是那么绝对,因为我国每年都会有大量新探明的煤炭储量,但发现的煤矿却越来越偏远,运输成本也越来越高。与蔬菜类似,它们在当地很便宜,但运得越远就越贵。举个最简单的例子,在新疆、内蒙古的一些偏远发电厂,电价低至不到2分钱。这也是为什么在国家大力监管区块链挖矿之前,四川每年旱季都会将整个矿场拆除。将其运送到那里并使用当地廉价的电力进行开采。中国缺煤是事实。最重要的问题是动力煤消耗过大。

所以这也是我们现在大力发展清洁能源的原因之一。

清洁能源有几种常见类型。相比之下,水电具有最大的优势。不仅发电价格便宜,而且电站建立的水库还有调节水量和灌溉的作用。大型发电站甚至可以改变景观。例如,据当地人说,白鹤滩水电站“把金沙江变成了一个湖连着另一个湖”。金沙江在哪里?一直以地势险峻、水流湍急着称,但现在却平缓多了。

但水电站对选址和水量有要求。北方河流众多,我国水电大部分集中在西南地区。如何在高山上输送电力也是一个挑战。因此,“西电东送”是一个类似于“北煤南送”、“南水北调”的超级工程。

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至于风电和光伏,对风量和阳光也有要求,而这些资源丰富的地区大多位于相对偏远的地方。并且存在一定的风险。例如,您记得德克萨斯州停电。冰雪暴冻住了风扇,电力不足,整个状态处于关闭状态。这就是为什么在发展风电和光伏发电时,必须同时规划如何应对大面积停电的情况。

现在能想到的最好的解决办法就是发展储能,把风电、太阳能发出的电储存起来。如果发生停电,可以及时更换。因此,储能产业将成为一个超级产业,将迎来一个新时代。大爆炸。炒股、玩基金的朋友都知道,前段时间宁德时代推出钠电池后,股价一路飙升。这不仅是因为它比锂电池便宜(但比锂电池重很多),更重要的是,未来新能源相关的储能可能会采用这种技术来存储两三天的电量。万一阴天或者几天没有风,就发不出一千瓦时的电。

在清洁能源中,核能最具优势。

但核电站也很麻烦,选址是一件超级复杂的事情:

首先,必须有大量的水源,因为核电站的运行和冷却需要大量的水。这也是为什么我国的核电站一般都建在沿海的原因。在法国和德国,它们通常建在湖泊上,或者干脆建个水坝来建核电站。下图是我国“十四五”大型能源基地布局。核电站都位于沿海地区。

其次,不能在地震带。这个大家都知道,我就不多说了。

接下来是舆论最敏感的问题。总体来说,“核电站是非常安全的”。这种感觉往往源于对核电站运作方式的深入了解。如果你非常确信核电站非常安全,那么你往往需要有相关的学历才能如此自信。问题是普通人没有核物理相关学位,怎么能理解呢?因此,核电站选址一直是一件很麻烦的事情,搞不好就会遭到抵制。

最后也是最麻烦的一个环节是核废料问题。就像煤炭燃烧后会产生煤渣一样,核电站发电后也会产生大量核废料。如何处理放射性核废料也是一个问题。大麻烦了。

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一般情况下,可使用的部件首先被回收,然后放入专用容器中,埋入地下五百至一千米。这些核废料的放射性将持续数万年,因此核废料填埋场本身也极其昂贵。毕竟,万一出问题,地下水被污染了,那就麻烦了。法国作为核电领域的领导者,在这方面进行了非常深入的研究。

了解了这一点,你就会知道,核电的发展本身需要考虑很多很多的事情,当涉及到社会舆论、群众心态等问题时就更复杂了。

至于核电的效果,以我国最先进的独立发电机组华龙一号为例。华龙一号机组装机容量120万千瓦时,每年发电100亿千瓦时,相当于每年节约煤炭350万吨。每年减少二氧化碳排放量近1000万吨,相当于近1亿棵树一年吸收的二氧化碳量。如果是火电,为了运输煤炭,会消耗大量的资源,开采会消耗,开采会破坏环境并修复它。

然而核电在很多人眼里有一个缺点:安全。可以说,自从美国首先开始使用核电以来,这几十年来核电的发展受到了三起重大事故的阻碍。

如果深究这三起事故,其实并没有太多技术问题,都是人的问题。

第一起重大事故是1979年美国三哩岛事故,过程非常无语。我不会详细介绍。只要搜索它,你就会找到它。经过分析,原来是应急设备指示灯被侧面的维修卡挡住了,导致操作人员操作失误差点酿成大祸,所幸没有爆炸。反应堆慢慢冷却。虽然冷却水有小泄漏,但没有大泄漏。

这一事件对世界核电行业产生了很大影响。在此之前,根据宣传,完全控制核技术是可以实现的。美国政府甚至宣称核技术是绝对安全且有利可图的行业。一般人认为,既然核潜艇、核动力航母都带着反应堆在海面上颠簸就好了,多重防护的核电站还能有什么问题呢?所以当年美国的核电站也是这样作弊的。十多年来建成了数十座发电厂和100多个反应堆。它仍然是世界上核电站最多的国家,美国20%的电力来自核电。

但问题就这样发生了。三哩岛使美国核电建设陷入停滞数十年。长期以来,美国核电企业只能依靠出口技术维持生计。直到很多年后,新的核电站才再次建成。

如果你看过美国著名动画连续剧《辛普森一家》(这部被美国人评为最伟大的动画连续剧),里面的主角——荷马,动画界最著名的傻瓜,在核电站担任安全员。发电厂。如果你看过他的作品,你就知道编剧是在讽刺三哩岛核电站。

第二次是1986年的切尔诺贝利核电站事故,这次事故的主要原因是安全设计的缺陷和运行人员的严重违规。

切尔诺贝利事件虽然对苏联国力的影响不大,但对舆论的影响却很大,以至于很多人都想证明苏联解体的必然性,到现在都会提起这件事。

第三次是福岛。 2011年,日本福岛附近海域发生9级地震。地震发生后,福岛核电站自动关闭,并开始对反应堆进行冷却。但地震引发的海啸导致电力中断,核心温度持续上升,没有足够的水来冷却,最终发生了爆炸。但最离奇的是核电站的所有者日本东京电力公司。几次“神奇操作”导致事故扩大,最终无法阻止。

直到今年,经过国际原子能组织专家的十年努力,东电和日本政府才将一场没有三哩岛严重的四级事故变成了切尔诺贝利这样的严重事故。这是7级事故,而福岛的7级事故并不是因为危险达到了7级,而是因为事故等级只有7级,而他们却通过了标准。不仅如此,日本人本着“错了就低头,但就是不会改变”的工匠精神,还在向全世界输出伤害。

福岛事故对核电影响很大。许多国家改变了核谈判。德国明确表示将彻底关闭核设施,转而从法国购买电力。法国是世界第二大核电国家,核电占该国发电量的70%以上。

到目前为止,世界各地的核电仍处于低潮,特别是在民主国家。老百姓的态度对国家政策影响很大。用法国能源部长的话说,普通人需要对一群医生做什么做出决定。公众不安,导致近年来新建机组数量较少。许多上世纪建成的机组已达到设计寿命,将被关停。

不过,法国民众整体上对核电持非常宽容的态度。切尔诺贝利和福岛事故发生后,全世界都在担心法国的问题。刚才我提到的原因是法国的核电站太多了。法国政府还担心法国无良民众大规模上街游行,要求拆除核电站。那样的话,法国政府就不知道从哪里获得电力。

然而后来发现,遇事就得上街的法国民众对核电却极为宽容,并像苏菲·玛索一样将核电视为“自己的人民”。当别人指责核电不安全时,法国民众却表示,问题不在于核电本身,而在于运营核电的人。所以当德国所有的核电站都被拆除的时候,法国却依然安稳如老狗。

那么法国核电为何如此强大呢?

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主要原因是20世纪70年代,全世界都出现了能源危机。法国认为自己没有煤炭和天然气,但政府很强大,准备用国家的力量解决这个困境。也考虑到他是有名的“非洲酋长”,他到非洲四处考察,发现非洲有很多铀矿,于是他开始搞核电大跃进。政府支付技术费用,从非洲开采,在法国发电,然后出口。赚取外汇并将核废料埋回非洲。非洲已经八辈子跟法国运气不好了。但客观地说,法国核电技术进步很快,已成为世界第一梯队。我国很多项目仍在与法国合作。

虽然现在核电正处于低潮,但中国是世界上唯一的例外,中国核电正在稳步发展。原因有很多,但最重要的是中国人有务实精神,不能对一件事视而不见。美国在20世纪70年代核电“大跃进”期间,如果出了问题,30年内不会建造新机组。这种行为是最不能容忍的。按照中国人的思维,有问题就想办法解决,自己有方法就实验,别人有新技术就学习,一步一步去尝试,才能真正做到实用。事物。

福岛事故发生后的十年间,中国核电装机容量增长了四倍。 2020年装机容量达到5000万千瓦,位居世界第三,但核电年发电量为3600亿千瓦时。这个数据已经是世界第二了。最重要的是,已有11台新机组投入运行。这一数字多年来一直居世界第一。

可以肯定的是,未来每年将新增10台左右核电机组。

而且,中国的核电设备最新的是第三代。具体原理我就不多说了。虽然我在大学里学过核物理,但现在我已经快忘记了。就算写下来,大家也会觉得无聊。你需要知道的是,第三代的安全性与之前的第二代设备有所不同。比这个高两个数量级,也就是我们常说的100倍!

更重要的是它自己的技术。中国的核电起步很晚。我们开始的时候,西方发达国家20年前就已经开始大规模建设了。当时只能引进国外技术,困难难以形容。

举个最近的例子,中国十年前就引进了西方第三代设备。当时,中国进行了全球招标,最终决定引进美国西屋公司的AP1000。这是世界上第一次实际建造该装置。结果美国国会表示,里面有一个关键设备,和美军核动力航母上使用的一样,所以不准出口。

这非常尴尬。西屋电气仍想达成交易,因此转而采用替代技术。由于是全球首例,各种问题从2013年开始就拖延了五年。一个投资数百亿的电站项目,一拖就是五年。不仅无法发电,还无法停止向银行支付利息。用有关专家的话来说,“想想生吃就觉得可惜”。

这也是我国在核电关键技术上大力发力,进而出现华龙一号的原因之一。

随着首批国产华龙一号机组正式开始并网,我国实现了自主技术。据官方介绍,关键零部件全部国产化,整体国产率达90%。

可以毫不谦虚地说,华龙一号是世界上最安全、最高效的核电机组,没有之一。拿最明显的数字来说,华龙一号增加了大量的安全冗余,使得同等发电量的机组成本比二代设备贵60%。这在一切都很便宜的中国是很少见的。

除了技术之外,还有人员问题。这三起事故并非因高科技故障处理不当造成。这是由于许多小问题相互碰撞以及操作人员处理不当造成的。每一次重大事故的背后,都有N个小问题。业内朋友表示,国内0级事故必须报告,必须召开会议。各项操作规范一丝不苟到了极致。

就我国核电发展而言,目前我国核电发电量约占总发电量的4%左右,而美国和俄罗斯均占20%左右。如果中国按照这个标准,至少需要150台机组,即25座大型电站6台机组。

按照目前的建设速度,大约需要15-20年。如果能够达到这个数值,核电每年至少可以替代7亿多吨煤炭,相当于目前全国煤炭开采量的20%。

说到这里,可能有的朋友会疑惑,如果核聚变实现了,光伏、风电、核电就没有意义了吗?这个问题我以前也提过,我还问过工程物理研究所的专家,他说没那么简单。核聚变研究有点像我们上面提到的火车发展历史。我们首先建造了一辆有轨电车,然后将其安装在机车上。起初,机车的速度不如马车。后来机车又进行了改进,发展到现在的重载列车和高铁。核聚变也是如此。就算研究出来了,初期的效果也肯定会太好,而且不稳定。它需要经过几代的迭代演进,才能作为商业版本并最终推出。没有人能说清这个过程可能需要多少次。十年,甚至一代人。

因此,核聚变现在还为时过早。火电不会那么快退出历史舞台,但未来增速会明显放缓;光伏、风电肯定会推广,但储能不是一日之功就能解决的,而新能源已经处于“发展阶段”,这个时期主要以水电和核电为辅。

我查阅了政府的“十四五”规划。原文是“加快非化石能源发展,坚持集中式和分布式能源并举,大力增加风电、光伏发电规模,加快东中部地区分布式能源发展,发展分布式能源”。海上风电有序推进。加快西南水电基地建设,安全稳定推进沿海核电建设。”不用翻译。沿海核电会继续发展,但安全确实是核电的关键。一两次事故就可以足以摧毁整个行业。

文章最后不得不感叹,国家和个人都是一样的。只有多与自己比较,我们才有前进的动力。四十年前,我们国家没有一座核电站。现在看来,我国的核电技术正在世界领先。那时的发电量甚至只是现在的一小部分。太难了。我们已经熬过了这个时期,以后的任何困难我们都无法克服。

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