什么是清潔能源轉型？核電如何適應？

世界需要能源來支持日常生活及推動人類和經濟發展。2019年，全球發電量超過2.6萬太瓦時。這些電力生產源于各種能源，主要是化石燃料，但也包括核電和可再生能源，如太陽能、水電和風能。

能源的生產和使用是全球最大的溫室氣體排放源。由于溫室氣體是驅動氣候變化的主要因素，世界各國都在積極努力通過改變能源生產方式，實現清潔能源轉型。

下面我們就來仔細了解一下清潔能源轉型以及核電所起的作用。

什么是“清潔能源轉型”？

清潔能源轉型意味著將能源生產從釋放大量溫室氣體的能源（如化石燃料）轉向釋放少量或沒有溫室氣體的能源。核電、水電、風能和太陽能就是這些清潔能源的一部分。

全球向清潔能源轉型的方向是在《巴黎協定》中達成的。《巴黎協定》是《聯合國氣候變化框架公約》180多個國家之間達成的一項國際協定，核心目標是鼓勵使用低碳能源來減少溫室氣體排放，從而將全球平均氣溫相對于工業化前水平的升幅控制在2℃以下。

根據國際能源機構的數據，由于全球約三分之二的電力仍來自于燃燒化石燃料，因此要在2050年之前達到這些氣候目標，至少需要將80%的電力轉向低碳能源。

什么是溫室氣體、全球變暖和氣候變化？

溫室氣體是地球大氣層中吸收和釋放熱量的氣體。這些氣體包括二氧化碳、甲烷、水蒸氣、一氧化二氮和臭氧。由于它們吸收熱量并把熱量輻射回地球，導致地球的平均溫度上升。

雖然一些溫室氣體來自于自然界，但現在大多數溫室氣體來自于人類。自19世紀末工業革命以來，由于人類活動的增加，溫室氣體排放上升，主要源于燃燒化石燃料，如駕駛以汽油為燃料的汽車或燒煤取暖。化石燃料燃燒時，會釋放出二氧化碳。

100多年來，溫室氣體的積累速度遠遠超過了它們的消散速度，根據最公認的科學理論，這加速了全球平均氣溫的上升。這就是所謂的全球變暖。

全球變暖正在引起環境變化，如更極端的天氣模式、不穩定的降雨、干旱和不可預測的季節變化。這些變化被稱為氣候變化。隨著目前全球變暖的速度加快，預計氣候變化及其影響將變得更加極端，使地球上的生活更加困難。

核電如何適應清潔能源轉型？

核電是當今僅次于水電的第二大低碳發電能源。核電廠在運行過程中幾乎不產生溫室氣體排放。據國際能源機構統計，過去50年，核電的使用減少了超過60千兆噸的二氧化碳排放，幾乎相當于兩年的全球能源相關排放量。

核電占全球電力的10%左右，占全球低碳電力的三分之一左右。目前，有440座核電反應堆在30個國家運行。有54座反應堆正在19個國家建造中，包括4個國家正在建造首座核反應堆。

由于核電廠可以幾乎不間斷地滿負荷運行，因此可以提供持續可靠的能源供應。這與太陽能和風能等可變可再生能源形成鮮明對比，后者在產出缺口時，如太陽落山或風停時，需要備用電源。

核電廠還可以靈活地運行，以滿足能源需求的波動，并為電網特別是那些可變可再生能源比例較高的電網提供穩定性（此處了解更多）。目前，一些核電廠的設計還能提供非電力服務，例如制氫。除了電力生產外，這些服務還有助于其他部門去碳化。

隨著核電技術的不斷進步，帶來了創新和先進的下一代反應堆設計，促使核電成為更高效、更實惠和更具吸引力的去碳化方案。在一個反應堆設計更小、更靈活、甚至可運輸的新時代，預計核電及其非電力應用也會變得更容易獲得和更具成本效益，特別是對于全球偏遠和難以到達的地區（此處了解更多）。

核電是如何工作的？

核電是由核能的受控釋放產生的，核能是將原子中心聚合在一起的能量。這些中心稱為原子核。核能最終以熱能的形式通過核裂變釋放出來，核裂變是特定材料的原子核分裂的過程。最常用的材料是鈾，這是一種天然存在于地殼中的弱放射性重金屬。

鈾通常被裝入燃料棒中，裝入之前一般要進行濃縮，以增加其裂變能力。這些燃料棒被放置在核反應堆內。

壓水堆是目前世界上最常見的在運核電反應堆。燃料棒在壓水堆中使用時，被放置在反應堆的容器內，容器內充滿水。在那里，燃料棒受到稱為中子的核粒子轟擊，這些中子最初是由反應堆內的一個裝置（中子源）產生的。這些中子使燃料棒中的鈾核分裂，釋放出能量和中子。這些新釋放的中子會使燃料棒中的其他鈾核不斷分裂，產生核裂變鏈式反應。

在壓水堆中，核裂變過程中釋放的能量會加熱燃料棒和周圍的水。為了防止水沸騰，水一直處于加壓狀態，而熱量則通過管道排出使附近容器中的水沸騰。沸騰的水產生蒸汽，使巨大的汽輪機高速轉動。汽輪機與發電機連接，并使發電機旋轉，產生電力。然后，電力流向電網，這是一個相互連接的網絡，將電力從生產者提供給消費者。

核裂變持續進行，直到在燃料棒之間插入由吸收中子而不產生額外裂變的材料（如鎘）制成的控制棒。這就停止了核裂變鏈式反應。