• 全球核电总量稳步上升，一共有超过60座在建的核电站，它们分布在13个国家中。
• 虽然美国和俄罗斯有一些新的机组建设的大型计划，但是大多数计划建设的反应堆都分布在亚洲地区。
• 由于核电站的升级改造，更多显著的容量被创造出来了。
• 核电站延寿计划继续维持着核电容量，尤其是在美国。

现在在世界上有31个国家和地区（加上台湾）运行着435核动力反应堆，总的发电功率超过370GW。在2011年这些核电站提供了2.518万亿千瓦时的电力，占到世界总发电量的13.5%。

加上台湾一共有13个国家和地区正在建设超过60座反应堆，尤其是中国、韩国和俄罗斯三国。

每年，经合组织的国际能源署（IEA）制定和参考引用当今的发展方案和其他一些内容（尤其是低碳减排方案）。福岛核事故之后，与一年前的90%的增幅预测相比，“2011年国际能源展望新政策”方案预测到2035年核电产能将增加60%。尽管在“新政策方案”核能发展预期在某些地区要比在《世界经济展望2010》中的要弱，核电继续扮演着重要的角色并且提供基本负荷电力。大多数非经合组织国家和许多经合组织国家预计将推行建设额外核电站的计划，即使由于安全标准的增加部分核电站建设计划有一定的延期而且所有新的核电站都进行了重新的审核。在“新政策前景”中全球核电总量预计从2009年的3930亿瓦增长到2035年的6300亿瓦。在这一假设下，国际能源署预测煤炭发电占总电力的比例将从目前的41%降为2035年的33%。发电量从从2 0万亿增加到36万亿千瓦时。值得一提的是上世纪80年代中有218座核反应堆启动，平均17天一座。其中包括了美国47座，法国42座和日本18座。这些核电站都是相当大的，平均功率为923.5兆瓦。所以不难想象十年后的2015年有同样数量的核电站处于服役之中。但是随着中国和印度在核能源的不断进步和发展以及世界能源需求量在2015年接近上世纪八十年代的两倍，实际的估算（不是现阶段计划的）现在相当于全球每五天有一个1000兆瓦的机组启动。

增加的核电产能在一部分国家是靠现有核电站的升级来实现的。这是一个增加核电产能成本很低的做法。

一些国家如美国、比利时、瑞典和德国等国反应堆就通过上述方式增加了核电产能。

在瑞士,五座反应堆通过升级使得发电能力增加了13.4%。

在美国,美国核管理委员会自从1977年以来已经批准了140多次核电站延寿和升级，总共增加了6500兆瓦电力。年以来,超过6500兆瓦,其中的一些“扩展提高价值”上升到20%。其中延寿升级占到了20%左右。

西班牙启动了一个项目通过升级其九座核反应堆的产能13%，从而增加核电总发电量810兆瓦(11%)，其中大约519兆瓦的增加量已经实现了。例如，通过5000万美元的支出，Almarez核电站的产能提高了7.4%。

芬兰把最初的奥尔基洛托核电站的发电量增长至1700兆瓦，增长幅度为29%。这种植物开始在660年和1978年两个660兆瓦瑞典bwr委托。Loviisa工厂,有两个vver – 440(压水式反应堆)反应堆,大功率的90兆瓦(10%)。这个核电最初是由1978年和1980年服役的两个660兆瓦的沸水堆组成的。具有两座VVER-440反应堆（压水堆）的Loviisa工厂提高了90兆瓦(10%)。

瑞典政府已经升级了当前所有的三座核电站。其中2006年11月之后Ringhals核电站升级了400MW，并且计划将其继续升级到660 MW运行25年。Oskarshamn-3核电站的功率被提升了21%，最终达到了1450兆瓦，升级成本约为3.13亿欧元。

由于亚洲地区经济的快速发展和用电量的不断增加，现阶段拟建的核电站主要集中在这个区域。

许多现有的核电项目的国家(阿根廷、亚美尼亚、巴西、保加利亚、加拿大、中国、捷克共和国、法国、印度、巴基斯坦、罗马尼亚、俄罗斯、斯洛伐克、韩国、南非、乌克兰、英国、美国)已经计划建造新的反应堆（超过现在在建的数量）。

总计一共有160多座核电站正在计划之中，它们的总发电量达到17700MW。超过320座核电站正在被提案。能源安全问题、温室效应对于化石能源的限制以及经济基础的需求使得核电项目被许多国家提上日程来寻求更多的发电量。

美国计划建设13个新的反应堆和两个联合建设项目，并且对于早在2012年颁布运行许可的项目有五个在重新审查当中。

加拿大计划在安大略省达灵顿建设2200兆瓦以上发电能力的机组。

芬兰计划在2014年将一项规模庞大的核电项目投入运营，目前工程剩余五分之一正在建设之中。芬兰还计划在紧邻该项目建造一个大型的核电项目。

法国正在在Flamanville建造一个类似的1600兆瓦机组的核电项目，并计划从2016年开始运行。下一个核电项目最有可能在Penly开展。

在英国,四个类似的1600兆瓦机组计划到2019年开始运行，而且一个6000兆瓦的核电项目正在提议之中。

罗马尼亚的第二个核动力反应堆于2007年开始运行，并计划进一步建设两个加拿大反应堆机组于2017年开始运营。

斯洛伐克正在在Mochovce完成两个470兆瓦的核电机组，并从2014年开始运营。

保加利亚正计划在Kozloduy建设一个新的大型反应堆。

白俄罗斯计划在Ostrovets建设两大俄式新反应堆，其中第一个预计在2019年开始启动。

俄罗斯正在进行活跃的核电站项目建设，其中一个是大型的快中子堆，另外14个反应堆正在计划之中，这当中有一部分是用来替代现有的核电站的，到2017年总共有10个新的反应堆（共计92亿瓦）处于运行之中。下一步的核电站计划主要是为了增加新的电能，这将使得俄罗斯在2020年增加现有核电发电能力的50%。

波兰计划建设两个3000兆瓦的核电站。

韩国计划在2017年引进4座的新的核反应堆机组，2021年继续引进五座机组，总发电量达到12200兆瓦，这里面除了一个其余的都是1400兆瓦的先进压水堆。这些APR-1400设计是从一个获得美国核管理委员会证书的设计中进化和演变而来的，其中四座已经销往阿联酋。

日本目前有两座在建的核电站，但是其余三座从2011中期开始建造的核电站已经被拖延了。

在中国大陆一共有15座正在运行的反应堆，并且中国计划进行下一步的核电项目发展计划，26个核电反应堆处于建设之中并且2012年可能会有更多的项目。这些处于建设的项目中有世界上第一个美国的西屋公司的AP1000机组和一个高温气冷示范堆已经开始建造。更多的机组正在未来三年之内筹备和建设，但是大多数项目都是国产自主的CPR-1000设计。中国目标是在2020年将现有核电发电量翻四翻。

在台湾，台电公司正在龙门建设两个先进的反应堆（ABWR）.

印度目前20座正在运行的反应堆和七座正在建设的反应堆（两个预计2013年完工）。这里包括两个大的俄罗斯核反应堆和一个原型快中子增殖反应堆，后者主要是作为其开发一个可以利用钍燃料循环的战略的重要平台。另外20个机组正在计划和筹备之中。其中18座是解除贸易封锁之后引进俄罗斯和西方设计而计划建设的。

巴基斯坦恰希玛第三和第四300兆瓦反应堆机组有来自中国的援助和支持。巴基斯坦计划建造更多的中国核电站。

在哈萨克斯坦，一个与俄罗斯出口公司联合的企业面对着革新的小型和中型的反应堆的快速发展和广阔市场。启动了一个俄罗斯设计的300兆瓦的基础机组。

伊朗核电站建设于1979年暂停。但在1995年,伊朗与俄罗斯签署了一项协议来完成位于布什尔的1000兆瓦的压水堆核电站。该核电站于2011年开始运行,并于当年8月份并网发电。

阿拉伯联合酋长国已经授予一份价值204亿美元的合同给韩国财团计划2020年之前建造四个1400兆瓦的反应堆，其中第一个正在建设之中。

约旦已经决定到2020年建成第一个反应堆，并发展其法律和监管的配套基础设施。

土耳其已经在一个站点签订合同为4个1200兆瓦的俄罗斯设计的核反应堆并且正在谈判建设另外一个发电能力相当的厂址进行建设。土耳其与核电相关的法律和监管的基础设施已经很发达了。

越南已计划建设首批反应堆分别在两个站点上(2 x2000兆瓦)，并且计划在2020年投入运营。同时越南也正在发展其法律和监管的基础设施。第一个核电站项目将由俄罗斯出口公司全包建设。第二个核电站将由日本公司来完成。

核电站的延寿和退役：

大多数核电站最初都有一个正常的设计寿命，一般为25年到40年，但是许多核电站的工程评估表明许多可以继续运行。在美国超过70多座核电站被授权更换设备来把它们的运行寿命从最初的40年延长到60年。而且大多数其他的运营商也希望能有类似的延寿。这样30年的延寿往往标志着旧设备和过期的操作系统的更换导致的明显的重大资本的支出。

在法国，有持续十年的之久的核电站检查，在2009年，核安全局通过了法国电力集团的关于900MW机组的安全报告，这些报告是基于系统评估34个反应堆所得来的。

俄罗斯政府正在进行国内大多数运行核电站机组的延寿，准备把寿命从最初的30年设计延长15年到25年，这主要是在新型的VVER-1000的机组有显著的升级的情况下进行的。

更换核电站的主要组件(比如压水堆的蒸汽发生器、在CANDU重水堆的压力管等)的技术和经济方面的可行性已经被证实了。更换核电站组件的可能性和以及现有核电站延寿执照的更新对于公众来说是很有吸引力的，特别是对于那些接受新建核电站有困难的群体来说。

另一方面，经济、监管和政治已经导致一些核反应堆的过早关闭，尤其是在美国，美国的核反应堆的数量已经从110下降到了103，在东欧、德国和日本也有相同的情况发生。

不应该假定反应堆的运行执照到期了它们就应该关闭，因为现在反应堆延寿是一种很常见的现象。然而，新的核电站的出现平衡了一部分老的退役的核电站。在1996 – 2012年期间有60座反应堆退役了，但是有66座开始启动的。虽然没有明确的关于未来20年退役核电站数量的预测，但是WNA估计到了2030年现有核电站中至少有60座会退役，大多数都是小型的核电站。根据2011年WNA市场报告参考有156座核反应堆到2030年将关闭，而且同时会有298座新增的核电站。这是在非常保守的执照更新的假设前提下。

• 在过去的50年里，在能源的研发上进行了大量的投资。其中很大的一部分旨在发展核能，如今世上12%的电力来自核能。
• 今天，除了法国和日本外的其他国家，在可再生能源研发上的投入是核能研发投入的两倍，但是这些可再生能源发电的潜能却比核能小。
• 世上没有哪个国家对核能发电提供补贴。甚至，一些国家对其收费，因为它发电成本很低。
• 市场中，可再生能源可以通过多种途径得到很多直接的补贴，但是由于消费者所承担的费用太高，在一些地方，这些补助被缩减或者取消。
• 化石燃料的废物处置上得到了间接的补贴，有时候也会有一些直接的补贴。
• 在核能的财务评价中，不仅仅需要包括废物处置费用，还需要考虑退役费用。

从广义上说，对于能源的补贴和支持主要体现在三个方面：政府在特殊技术研发上的投入，对于所产生的每单位能量的补贴，包括强加于非鼓励方案上的成本，及对外部成本的津贴。这些外部成本或者由整个社会一起偿还或者由政府接手处理。

能源研发

在大多的发达国家，都有很多政府支持的能源研发项目。能源安全、亟需解决的环境问题和社会问题，是三个驱使政府加大能源研发投入的主要因素。可靠廉价的能源供应对任何一个经济体都有很重要的意义，能源安全不仅是一个经济问题，同时也是一个政治问题。因此，无论是石油危机还是气候变化，都要求每个国家相应地调整能源供应和相应的能源设施体系。

政府在能源研发上的投入，主要集中在长周期的新技术开发，以期能够将这些新技术商业化应用。然而，私人研发上的投入主要集中在进一步开发现存的已投入使用的技术问题。虽然这两种情况中都有一些例外，对于一个要在高度竞争的环境中生存的企业而言，他们选择投资的项目有很多的限制因素，他们必需考虑当进行长周期高风险的研发项目时，能否给股东所投的资金必要的回报。因为，在他们进行所有的投资后，还是需要继续在一个竞争激烈且对价格高度敏感的市场上，出售电力或者其他无差别替代品。

最近几年，关于核能与新可再生能源（实质上是利用风能和太阳能发电的技术）的研发投入水平争论不断。不幸的是，在本文第一次编辑时所用的IEA数据现在已经丢失，因此以下的一些内容是过时的。

在2013年年初，塞尔维亚发布了新的FITs，它在工程调试的12年间都有效，在每年的2月份都会依据欧元区的通胀水平进行在线更正。这些包括，风电的价格为9.2欧分/千瓦时，太阳能发电的价格为16.25欧分/千瓦时，但是并未提供各种电量的数值。

图 1：日本和其他IEA国家历年在能源研发上的投入

以上的表格和图来自OECD国际能源局的数据库（IEA，2001&2006），这是关于26个IEA成员国的政府在能源研发上的投入。这些数据不包括私有企业在这方面的投入，也没有包括非IEA国家，如中国、俄罗斯和印度。

IEA国家在能源研发上的总投入在1970年代发生石油危机时，有所上升；但是在石油危机缓和后，投入有所回落，但是日本的变化趋势却与之不同。私有企业在能源研发上的投入，与日本以外的国家的变化模式十分相似。

核能研发 VS 可再生能源和其他能源

在整个历史时期中，虽然在裂变核能研发上的投入占所有能源研发投入的比例从1975年的64%，降到了2005年的33%，但还是超过了其他能源相应的项目。然而，正如表2所示，在大多数的IEA国家中（日本除外），政府在裂变核能的研发上的投入在二十世纪九十年代迅速缩减，达到了微不足道的水平，甚至比在可再生能源上的投入还低。在过去的二十年中，政府每年在可再生能源上的投入大约在700百万美元的水平。

图 2：IEA 国家在能源研发上的投入

IEA数据显示，裂变核能的研发投资在1980年左右达到一个峰值，在1985年后逐级衰减到其一半的水平。从1990年以后，IEA在裂变核能研发上的投入铀三分之二来自日本，剩下的三分之一几乎都来自法国。如果不考虑日本和法国，在其他IEA国家的裂变核能研发投资，在2000年时仅为308百万美元。

谈论到核能的时候，大多数人首先想到的只有核反应堆（或者核武器）。很少有人会意识到放射性同位素在近几十年改变了我们的生活。通过专用的反应堆我们可以以很低的价格得到广泛的放射性材料（放射性同位素）。因此，人工放射性同位素的生产和使用早在20世纪50年代就很普遍，现在在56个国家有超过200个实验堆正在生产放射性同位素。这些反应堆大多都属于中子工厂，而不是用于产热发电。

在日常生活中，我们需要食物、水以及健康的身体。目前，放射性同位素在为我们提供这三样东西上有着重要的技术作用。我们使用中子轰击某些特定元素就可以获得这些放射性同位素。

医学上，放射性同位素被广泛的用于诊断和科研。放射性化学示踪剂通过发射伽马射线，能够为我们提供人体特定器官的解剖和功能的诊断信息。放疗需要通过某些放射性同位素用来治疗一些疾病，例如癌症。在西方世界，每两个人中就有一个人，在一生中或多或少受益于核医学。使用更强的伽马源可以对注射器、绷带等医用器具进行消毒。采用伽马射线进行灭菌，对于各种仪器设备几乎是通用的。

在食物保鲜方面，放射性同位素可以用来抑制收获的作物生根发芽、杀死寄生虫和害虫，以及储存成熟的水果和蔬菜。越来越多国家的卫生部门开始认可辐照食品，这些食品包括土豆，洋葱，干果和新鲜水果，谷物和谷物制品，禽类以及鱼等。而且一些已经包装好的食品也可以进行辐照。

放射性同位素对作物生长和家畜的繁殖也有重要的作用。它们被用来培养高产、抗病和耐受不同气候的农作物，研究化肥和杀虫剂的效力，以及用来提高生产效率以及家畜的健康。

在工业和采矿业中，放射性同位素用于检测焊接处是否有裂缝，探测金属磨损率，以及进行矿物、燃料的流分析。

放射性同位素还有许多其他的用途。例如，由反应堆产生的钚派生的一种放射性同位素被用在大量的住房烟雾报警器中。放射性同位素还可以用于环境中污染物的检测和分析，地表水和地下水流动情况的研究。

核反应堆也有许多其他的用途：大约有200座反应堆被用于船只，其中大部分用于潜水艇，破冰船以及航空母舰也有相应的使用。使用反应堆的船只可以在海上工作很长的时间，而且不需要燃料补给站。在俄罗斯北极，需要使用非常规的破冰船，装备了大功率的反应堆，轮船一整年都可以通行，而以前，每年只有两个月允许同行。

核反应堆产生的热量不仅仅用于发电，也可以直接使用。例如，在瑞典和俄罗斯，反应堆余热被用来供暖。核能产热也可以用于许多工业的生产过程，例如水的脱盐处理，核能海水淡化可能会成为近十年的主要发展方向。反应堆的高温将来会大量用于工业生产，尤其是氢气的生产。

• 除非能够直接获取到大量廉价的化石燃料，否则核电相较于其他发电方式均具有明显的经济优势。
• 对核电站而言，尽管其主要成本多于煤电站，甚至远远多于天然气发电站，但其燃料成本占总建设成本的比例却很低。
• 在短期价格显著的非管制市场中，对长期的、高投入的投资项目进行刺激，对保障多元化和可靠的供电系统的安全来说会是一种挑战。
• 在评估核电的经济性时，退役和废物处理费用也需要考虑在内。

对使用不同技术所新建的电站进行相对成本的评估，实际上是一件很复杂的事情；同时，评估结果也会受到地区因素的重要影响。例如在中国、美国、澳大利亚等国家，国内的煤炭资源十分丰富且易于开采，因此，只要温室气体的排放不增加成本投入，那么在这些地区煤电不仅现在，而且很有可能在未来一段时间仍具有很好的经济性。而天然气发电在很多地区同样十分有竞争力，尤其是在使用联合循环的电站，虽然天然气价格的上升已经使其丧失了很大优势。

核电站假设成本高，但运行成本则相对便宜。在许多地区，核能作为一种发电方式与化石燃料之间是竞争关系。废物处理和退役费用包括在了核电站的运行费用之中；而如果把社会、健康和环境等成本考虑到化石燃料发电方式之中的话，那么核电站则具有明显的经济优势。（可参见WNA2005年12月的报告 核能的新经济性）

核能发电成本评估因素

核能经济性考虑的因素主要包括以下几个方面：

主要成本：包括选址、基建、制造、调试和融资几个方面。建设一座大型核反应堆需要大量的人力物力，以及供电、冷却、通风、通信等配套设施。在比较不同的电站技术时，主要成本需要以电站的发电量为标准进行衡量（如美元/瓦特）。融资成本在计算主要成本时可包括或不包括均可。如果包括，那么主要成本将会与电站的建设和调试时间长度成比例地变化，这会与利率以及选用的融资模式相关，这时一般称其为“投资成本”；当不包括时，这时主要成本又称为“隔夜成本”，因为其假设电站建成在“一夜之间”完成。

运行成本：包括燃料、运行维护、退役储蓄、废物处理等方面。运行成本可以分为“固定成本”和“可变成本”两种。固定成本是指无论核电站发电与否都会产生的部分，可变成本则与发电量存在关联。正常情况下，这些成本都会折合成与电力相关的单位（如美分/千瓦时），从而便于使用相同的标准来比较不同的发电技术。为了计算一座电站整个生命周期的运行成本（包括退役和乏燃料及废物的管理），必须对当前的平均成本进行估算，其也代表了在收支平衡的情况下电力出售的价格。

外部成本：对核电站而言，通常是可以忽略。但其可包括处理那些严重事故超出保险额度之外的成本，其在实践中通常是由政府负责的。核电站的控制管理通常会要求电站的运行方为处理废物预留资金，因此这部分成本是“内部消费”的。化石燃料发电则不是按照这样方式管理，因此，火电站并没有在处理温室气体或其他气体粉尘排放到大气方面的内部消费成本。在成本计算中加入外部成本，使得核电相较于化石燃料发电的优势更加明显了。

根据大量的研究结果，依次考虑上述成本因素：

主要成本

基建成本：包括裸电站成本（通常被定义为设计-采购-施工-EPC成本）、业主成本（土地、冷却设施、行政、配套建筑、厂房、调车场、项目管理、执照等等）、成本上升和通胀。业主成本还可能包括一些传输设备。最新的调查表明常规电站与核电站建设的主要成本均在上涨。

“隔夜成本”这一术语应用很广泛，其包括EPC加上业主成本同时减去融资成本，还包括由于材料和劳动力价格的上升而造成的成本上升以及通货膨胀。基建成本——有时被称为“总费用”——会因为建设阶段的成本上涨和利率变化而增加隔夜成本。其描述单位与隔夜成本相同，同时，其在确定建设的总成本以及确定工期延误影响方面十分有用。通常，因为需要使用特殊的材料，同时要保证先进的安全设施和备份控制装置，核电站的基建成本会显著高于火力电站。这些都促使了核电站成本的上升，但当电站建设完成之后，这些成本变量就微不足道了。世界经济合作与发展组织核能机构（NEA）为在其内部国家建设一座核电站的隔夜成本进行了计算，在上世纪90年代末时，其结果为1,900美元/kWe，而到2009年时，其结果上升到3,850美元/kWe。

NEA发布的上世纪90年代的数据需要谨慎看待，因为其与一些其他来源的数据不一致。美国能源情报署（EIA）计算得到的结果显示，按照2002年的美元定值，在美国建设一座核电站所需的真实的隔夜成本在20世纪60年代初期为1,500美元/kWe，而到70年代中期，该值已经上升到4,000美元/kWe。EIA给出了导致70年代促使成本上升的因素，包括监管要求问题（包括要求增加改进设备的设计更改）、执照办理问题、项目管理问题以及错误估计的成本和需求等。在2010年的报告《发电站主要成本预算更新》中给出的新电站成本预算是5,339美元/kWe。

此外，主要成本在不同国家之间也存在明显的差异。尤其是在东亚的信心工业经济体和欧美成熟的市场之间，存在劳动力成本，反应堆建设经验、机组建设经济规模、许可证、市内工程的项目管理等多方面的不同。随着一些新项目的进行，新建工程的数据出现了空缺，第三代反应堆的发展已经增加了未来的不确定性。其他非核能发电技术，像其他大工程（如道路和桥梁建设）一样，十分受地域影响。然而，地域变量因素对于核能是异常重要的，因为其经济性主要依靠最大程度地减少其主要投资成本。

法国国家审计机构（Cour des comptes）在2012年时曾表示，建造核电站的隔夜成本从最初在Fessenheim建设50座压水堆（1978年服役）时的1,070法郎/kWe（2010年定值）增长到了2000年建设Chooz时的2,060法郎/kWe，计划到Flamanville EPR建成时，会增长到3,700法郎/kWe。可以说，大部分的上涨是因为2000年之后项目缩减以及经济规模的后续损失（上世纪80年代法国每年新服役的压水堆可达4~6座）。

在几个国家中，尤其是英国，存在越来越多供应商参与融资的趋势，但他们却会在电站运行之后放弃股权。

在WNA2014讨论会上，在来自UAE监管与监督局的N. Barkatullah所做的汇报中可以看出，基建成本的风险很大程度来自于融资成本的延误。

同时，可以从报告中获知世界不同地区隔夜成本的相关数据分布：

通过对比，中国已经宣布其建设中的核电站预计成本至少为2000美元/kW，同时，相关的设施会在1600美元/kW的范围内。这是为AP1000设计所做的测算，其与EIA为美国做的设计是一样的。这将意味着，建设同样一座AP1000核电站，在美国需要的成本是在中国的3倍，两个国家不同的劳动力价格是决定结果的唯一原因。标准化的设计、正在建设的大量电站以及增加的分布是中国的主要因素。

融资成本：其依赖于债务利息率、债务权益率，主要成本回收方式（以及如果其是被管制的话）。此外，还必须设有津贴用于作为净资产收益率，即风险资本。

长建设周期会推高融资成本，在过去，其数目已经十分可观。在亚洲，建设时间越来越短，例如日本新一代1300 MWe核电站开工时间是1996年和1997年，结果在四年多一点的时间内建设完成。现在，核电站的项目建设完成一般需要48~54个月。由上面的建设风险图也可以看出这一点。

运行成本

燃料成本从一开始就使得核能比煤、石油和燃气发电更有优势。但是，铀矿需要加工、浓缩进而制造成燃料元件，其中大约一半的费用是花在了浓缩和元件制造上。在对核电站的经济性进行评估时，必须考虑在放射性乏燃料管理和乏燃料废物的永久处置方面的花费。然而，即使将囊括这些花销，对于世界经合组织国家，一座核电站的燃料总花销一般也只有煤电站的1/3，天然气联合循环电站的1/4~1/5左右。美国核能研究所认为，一座煤电站花销的78%用于燃料，而对一座燃气电站，这个数字是89%，而对于核电站而言，仅14%左右；如果加上所有前端的成本之后，也只占到28%。

2013年6月，获得1kg以 UO₂ 形式存在的铀燃料的粗略成本（按照目前的铀现货价格）：

45,000兆瓦/吨的燃耗消耗1千克燃料可以产生360,000度电，因此燃料成本是0.66 美分/度

燃料成本是稳步提高发电效率和降低成本的一个方面。例如，西班牙的核电成本在1995~2001年间下降了29%。这包括通过提高浓缩度和燃耗实现减少40 ％的燃料成本。可以预见，进一步提高8%的燃耗可以使燃料成本上继续减少5%。

铀可以高度浓缩，因此在运输方面有着便捷和廉价的优势。所需的数量也远远少于煤或者石油。一公斤的天然铀可以产生的能量相当于等质量煤所产生的20000倍。因此，从本质上说，铀是一种便于运输和交易的商品。

因为燃料成本在总发电成本中的占比相对很低，因此，及时燃料价格大幅上涨也只会造成相对较小的影响（见下）。铀是一种丰富且易于获取的资源。

事实上还有其他的节省空间。举个例子，如果对乏燃料进行再加工同时把回收得到的钚和铀一起制成混合氧化物（MOX）燃料，那么就可以获得更多的能量。实现这一目标的成本并不低，但因为MOX燃料不需要浓缩，加上特别是最终产生的高放废物量减少，所以多余的部分会被抵消掉。七个UO₂燃料组件可以制作成一个MOX元件和一些玻璃体的高放废物，相当于正常处置得到的体积，质量和成本的35％左右。

运行成本包括运行、维护（O&M）和燃料几个部分。燃料成本则又包括燃料管理和最后的废物处理。这些花销，对其他发电技术而言是不需要自行负担的，但是对于核电技术而言则需要其内部承担（也就是说核电站必须承担发电所需物质花费和本应该转移给消费者的税款）。

燃料循环的“后端”包括乏燃料中间储存和永久处置，其为每度电的成本贡献了10%，如果采用直接处理乏燃料的方法而不是再加工的话，这个数值会更低一些。美国燃料项目所需的260亿美元是由0.1美分/度的税所资助。

退役费用大约占一座核电站9-15%的初始投资成本。但是折算之后，退役仅占到投资成本的几个百分点，占发电成本的比例则更少。在美国，退役成本大概是0.1-0.2 美分/度电，这个数字不会超过电力成本的5%。

系统成本

在给定的负载和安全供给情况下，系统成本是高于平均水平（投资和运行）的。其包括电网连接、延伸和强化以及短期的平衡成本和维持充足备用系统的长期成本。

系统成本对于所有电站的建造和运行都是外部的，即电力的消费者来承担的，其通常会作为输电和配电成本的一部分。从政府的政策角度，它们和真正的发电成本一样重要，但却几乎不被用来作为比较不同供电方式的因素，尤其在对比基本负荷和可再生能源方面。事实上，在电网上引入新的电力时，应该要分析整个系统成本。任何一座新的电站都很有可能需要电网做出调整，因此，必须考虑由此给电力供应带来的显著的成本变化。但是，相比整合可再生能源到电网上，这些成本对大型的基本负荷电厂来说并不多。

综合间歇性可再生能源的供应会造成可调度供应的显著不经济性，创建显著不经济的调遣供应，这在德国、奥地利和西班牙变得越来越明显，影响供应的安全性并在造成成本的不断上升。

一项世界经合组织的调查发现，对经合组织国家电力系统和可调度发电方式（如核电）最大的挑战就是间歇性可再生能源电力的大型股的整合。电网级的系统成本对各种各样的可再生能源是比较巨大的（15-80美元/兆瓦时），但其也受到国家、发展背景和技术（路上风电<海上风电<太阳能发电）的影响。核电的系统成本在1-3美元/兆瓦时的范围内。

外部成本

外部成本是不包括在电站的建造和运行成本之中的，并且也不由电力的消费者买单，而是渐渐由整个社会来承担的。外部成本被定义为那些事实上发生的与健康和环保相关的成本，其可以计算，但并不属于供电成本的一部分。

欧洲一项关于各种燃料循环（重点关注煤电和核电）外部成本的研究报告于2001年中期公开发表。报告指出，在明确的现金项目上，核电所产生的费用是煤电的约十分之一。而如果将外部成本包括在发电成本中，那么欧洲的煤电电价将翻一番，燃气电则会上涨30%。这还不包括治理全球变暖的外部成本。

欧盟委员会与美国能源部合作于1991年发起该项目，这是第一次发起该类项目——为整个欧盟把那些似是而非的财务数据和不同发电方式带来损失进行比较。该种方法考虑了排放，分散和最终影响。对于核电，发生事故的风险和尾矿带来的放射性影响偏高估计值均为考虑在内（废物管理和退役已经被考虑在消费者的成本中）。核能平均0.4 欧分/度，与水利发电十分接近，而煤电则超过4.0欧分（4.1~7.3），燃气发电在1.3~2.3欧分的范围，只有风能比核能少，平均在0.1-0.2欧分/度的范围。（注：这些只是外部成本）。

目前，人类可以利用的发电方式有多种，考虑到成本和环保等因素，每种发电方式都有各自的优缺点。

例如，温室气体排放问题，每种发电方式都会在建造、运行、退役的环节都会有所涉及。一些发电方式，如煤电站，在其燃烧含碳的化石燃料时就会排放大量的温室气体二氧化碳（CO₂）；相比之下，风电和核电则只会在建造和退役的过程中排放出很少的温室气体；当然，对核电而言，采矿和燃料制备过程中也会产生少量温室气体。

可以采用“生命周期法”评价不同发电方式的排气量。即累计工程所有环节（建造、运行和退役）的气体排放量。一个“生命周期”内的气体排放量，可以合理地比较出不同发电方式每发一度电的所产生的温室气体量，该数值越低，意味着温室气体的排放量越小。

世界核能协会（World Nuclear Association，简称“WNA”）通过对大量研究数据的分析，得到了不同发电方式的温室气体排放量的统计结果。从下图的数据中可以明显地看出化石燃料发电产生的温室气体远远多于核能和其他可再生能源。

数据来源：Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources，http://www.world-nuclear.org/uploadedFiles/org/WNA/Publications/Working_Group_Reports/comparison_of_lifecycle.pdf

2011年，全世界的核电站总共提供了25180亿度电。下表所列即为使用核电替代化石燃料发电可减少的温室气体排放数据。

核能与再生能源的比较

从统计数据可以看出，所有主要可再生能源发电的方式产生的温室气体与核能发电均比较类似。因此，使用核能或可再生能源替代化石燃料发电可以产生类似的效果。

信息来源

WNA 报告: Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources

IAEA PRIS数据库 http://www.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/WorldTrendinElectricalProduction.aspx

CIA 世界概况  https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/geos/xx.html.

引言

50万年前，人类学会了生火。通过收集并燃烧木头，人类可以取暖、做饭并制造初级工具。数千年之后埃及人发现了风帆的原理，再后来又有了水车。这些活动利用了如生物质能、化学能、太阳能、和水能等多种形式的能量。

生活标准和人口

能源是一种自然界的力量，利用它可以满足人的基本生活需求、延长预期寿命并获得理想的生活条件。

原始人类依靠的能源来自于食物，通过采摘和捕猎得到食物后，人用火加热食物做饭。早期的农民利用家养的动物作为耕作的能源。经过数千年的演变，人类从原始的生活中走出来，人类学会利用风能和水能。后来，以煤燃烧产生蒸汽驱动机械为基础的工业革命开始了。两次工业革命中一些重大发现，像内燃机和大规模发电，成为了现代社会的基础。

在能源的发展过程中，人类对于一次能源的消费量翻了成百上千倍。现在的工业国平均每人每年消费150-350吉焦能量，而且电能的比例越来越高。（焦耳是能量的单位。兆焦=10⁶焦耳，吉焦=10⁹焦耳）。

和能源消费增长一样，很有可能世界人口也会持续增长。可以预测到2025年，世界人口可能会从65亿增长到80亿，而且有可能在本世纪增长到100亿。大部分的人口增长会发生在发展中国家，而世界人口有3/4集中在发展中国家。尽管很多发达国家采取了节能措施减缓其能源需求增长，这样的人口增长形势还是会对全球能源消耗产生巨大影响，到2050年，全球能源消耗会翻倍。

一次和二次能源

能源可以分为两类，一次能源和二次能源。

一次能源是以自然资源形式利用的能源，像木材、煤、石油、天然气、天然铀、风、水力和阳光。

二次能源是一次能源转化成的更便于利用的能源，像电和汽油。

一次能源又可以分为可再生能源和不可再生能源。

可再生能源包括太阳能、风能、波浪能、生物质能（木材和庄稼）、地热能和水能等。

不可再生能源包括化石能源和铀等。化石能源主要指煤、石油和天然气，它们提供了当前世界能源的80%。

可用的能源

一次能源并不短缺。太阳每天都给地球充足的能量。这种能量有多种我们可以看到的形式，太阳辐射经过风和波浪，树木和蔬菜把太阳能转化为生物质能。此外，地壳里也蕴含了丰富的能量，化石燃料是储存起来的过去的太阳能。铀也是因为数40亿年前太阳系的形成才发出了能量。

当前主要考虑到气候的变化，人类需要充分使用低碳能源并且渐渐降低对化石能源的依赖，这是个巨大挑战。

化石燃料

人类已经长期大规模使用化石燃料。煤最先实现了工业应用并提升了人类的生活水平。石油是一种便捷的能源，直到今日它在交通运输中依然很重要。天然气作为一种很通用的能源，和煤、石油一样应用广泛。

然而，我们需要考虑，哪种用来发电的能源是可持续利用的。目前40%的一次能源用来发电，这个比例还在以每年2.7%速度增长，而全球对电能的需求增长速度是这个数字的两倍。

那么世界该用哪种能源来发电？要回答这个问题，我们需要简要的了解一下各种能源的潜力和局限性。

水能

水力发电最大的吸引力在于其对大气无污染。水力发电利用留下的水的高度落差发电。这种落差可以是天然的，更多是人为在湖波后修建大坝来实现。长期以来社会很认可水电的优势，水电占世界发电量的16%。但是很多国家可以新修建水电站的地址已经不多，这限制了水电的进一步发展。其他一些可再生能源有更大的发展潜力，但是也都有自身局限性。毕竟电力需求是持续增长并且要求稳定的大量的供给，可再生能源还不能在满足电力需求中担任主力。

太阳能

太阳能相当有吸引力。然而由于太阳能获取分散且间断，它在发电方面潜力有限。尽管可以集中化，但是在夜间和阴天的中断造成了太阳能电站容量有限。经过数十年的研究，光伏转化成本下降了，但在低辐射强度下的光伏转化效率目前还不高（低于20%）。截至2011年底，全球光伏转化发电量是67GWe。

风能

风和阳光一样是“免费”的。人类利用风能的技术越来越成熟，而且风电成本已经比较低。截至2011年底，全球风力发电装机容量达到238000百万瓦。然而并不是在所有有电力需求的时间风电都能供给，在无风期就需要用一些其他的方法来替代风电。

小规模的风电可以储存电能（成本相对较高），大规模的太阳能或风能发电站必须有其他能源电站作为后备。这个系统的发电成本就相对高了。太阳能以后最主要的应用还是直接加热。

地热能

地热能来源于地球表面下的热量。从地下抽出热蒸汽可以用来发电。地热能在一些地区是有发展潜力的，目前正在运行的地热发电容量有10000MWe。未来可以利用泵把水打入地壳获得热量产生蒸汽发电。地下岩石受到辐射并隔离保温是温度的来源。但是目前地热能利用技术上仍有困难。

生物质能

尽管人类种植庄稼的目的是为了获取食物，大多数的树木和庄稼也可以用作燃料。也有一些“能源农场”，那里的种植庄稼的目的就是为了获得能源。然而能源农场和其他庄稼一样，也需要土地、灌溉、施肥，这需要在燃料和粮食之间做出选择。

尤其是在一些第三世界乡村地区，生物质能是重要且可再生的能源。有机废物废水和植物可以用来生产甲烷和“生物气”。然而生物质能在能源供给中占的比例很小。

现代生活一点也离不开电。电灯、电视、电话、电冰箱、电梯等等，都要用电。现代工农业生产少不了电，现代科学技术离不开电，电的作用变得越来越大，它渗透到人类生活的每一个角落。对于人类来说，电是如此的重要。随着像中国和印度这样的新兴经济体的发展，全球电力需求在迅速上升，这促使全球发电量上升。

数据来源：IEA WEO-2008

发电有很多种方式，每种发电方式都有其优缺点。为了减少温室气体的排放，低碳的发电方式越来越受到重视。

长期以来，世界发电量主要由火力发电、水力发电和核能发电组成。核能发电可靠且低碳排放。此外，核电只产生相对少量的可以安全储存并处理的废物。可再生能源发电在全球发电量中比例还相对低，但其增长迅速。

火力发电

火力发电厂一般燃烧如煤、石油、天然气这样的含碳化石燃料产生蒸汽来冲转大型汽轮机发电，运行发电长期可靠。

火力发电缺点在于燃烧含碳燃料会产生大量CO₂，还会产生其他污染物，如SO_X。CO₂是一种温室气体，会导致气候变化；而SO_X会导致酸雨的产生。火力发电需要大量的煤、石油或者天然气，而煤、油、气往往又需要经过长距离的运输。当燃料短缺时，燃料价格上涨会引起发电成本上涨。

火力发电厂

水力发电

水力发电厂利用大坝截流，在地势较高处储存，水流过大坝冲转水轮机，将其中所含势能转换成水轮机的动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能发电，水则流入下游河流。水电站发电量很大，但是在干旱时它却发挥不了作用。由于大坝的截流作用，其上游水流速变缓而下游流速变快，这会对水电站周围生态环境造成很大影响。此外，可以新建水电站的地点受地形、流量以及气候的影响。其优点是水能可再生，且电价较为低廉。

核能发电

核电站利用核裂变的热量产生蒸汽冲转汽轮机发电，这一点和火电厂类似。其不同于火电之处在于核裂变过程不产生温室气体，整个核燃料循环中只会产生少量温室气体。

反应堆中核燃料可以用多年，使用过的核燃料必须储存起来经后处理以制造新的核燃料或者最终处置。核能发电比火力发电使用的燃料少，产生的废弃物和排放量也少，所以利用核能发电比火力发电更有益。核电站可以连续几个月不中断运行，稳定可靠地供电。

田湾核电站位于江苏省连云港市连云区田湾，总装机容量212万千瓦。

可再生能源发电

这里说的可再生能源发电主要指风能、太阳能和小规模水力发电。它们发电过程中不产生温室气体，只产生少量温室气体。目前可再生能源发电比其他发电形式缺乏竞争力，原因在于它的两大缺点：

1. 可再生能源发电成本较高。尽管可再生能源发电成本在下降，但是它还是高于其他形式发电的成本。
2. 很多种可再生能源发电还有很多不稳定和不可预见因素。例如风力发电，风力发电机的发电量会随着风速变化，过小或过大的风速甚至不能发电；太阳能发电板的发电量与日照时间和云层量相关。

核电发展至今，所有商业运行的堆型都是热中子能谱堆，可见它的重要地位。立足现在，展望未来，我们有必要了解下第四代先进核反应堆系统中的热中子能谱堆：熔盐反应堆(MSR)、超临界水冷堆(SCWR)和高温气冷堆(VHTR)。

熔盐反应堆(MSR)

熔盐反应堆是热中子能谱堆型，采用熔融态的氟化物作为冷却剂，具有很好的安全性和经济性。

熔盐反应堆的燃料是液态的，与其他5种堆型的燃料都不一样，这是它的的独特之一。燃料是将裂变核素（钍和铀钚的混合）参入熔融态的氟化物的混合物，燃料在堆内是均匀分布的。裂变产物可以被连续的清除，锕系元素可以实现完全循环。与其他固体燃料反应堆相比，熔盐堆没有对燃料燃耗深度的约束，不需要制造和处理燃料和乏燃料。这些特点可以使得熔盐堆在燃料制造和处理锕系元素具有无可比拟的经济优势。由于冷却剂是熔融态的氟化物，即使在700℃（将来可以达到800℃），它的蒸汽压力也很低。

目前的堆型大多采用铀钚作为反应堆的主要燃料，可是铀资源是非常有限的，能够供给反应堆的时间不长。然而，熔盐堆的出现可以使人类利用裂变能发电的时间延长几倍。钍具有以下优点：（1）在地球上的储量却是铀的好几倍，在我国的内蒙古储量是非常丰富的,且容易开采 ；（2）钍虽然不能直接燃烧，但经过转换得到U-233；（3）钍元素不需要分离就能得到所需要的Th-232，可以省去离心分离的工厂；（4）钍在核反应中能更充分地释放能量，有资料显示，一吨钍裂变产生的能量抵得上200吨铀；（5）有毒的放射性废料大大减少，而且这些核废料存放时间相对较短，其后的毒性已经很低，不像使用铀的反应堆那样，有的核废料放射性长达万年以上。

在保证安全性方面，熔盐堆也有自己独特的方式：当堆内温度超过预定值时，设置在底部的塞子会自动熔化，携带核燃料的熔盐全部流入应急储存罐，核反应即终止。由于冷却剂是氟化盐，冷却后就变成了固态盐，这使得核燃料既不容易泄露，也不会与地下水发生作用而造成生态灾害。

目前，中科院正在大力研发钍基熔盐堆，争取在2030年前能够建成商用示范堆。

超临界水冷堆（SCWR）

超临界水冷堆是六种第四代核反应堆中唯一以轻水做冷却剂的反应堆，是一个高温、高压的水冷反应堆，运行在水的热力学临界点（ 374℃,22Mpa）以上，它是在现有轻水反应堆和超临界火电技术基础上相结合发展起来的。

与目前运行的轻水堆相比，它具有系统简单、热效率高、经济性和安全性更好的特点。

超临界水冷堆（SCWR）利用超临界水作冷却剂和慢化剂，这种水的冷却效率比目前的轻水堆要高三分之一；这种堆型内的液体和气体的没有区别，它们的密度都是一样的，不存在相变，就不存在堆芯烧毁的危险，而且可以省略传统的二回路，可以采用直接循环，产生的蒸汽可以直接推动汽轮机发电，对提高发电效率有着重要意义，加上系统运行在高温高压状态（374℃、22Mpa）下，热能利用效率也会提高 ，故超临界水冷堆的热能利用率可达45%，已远远高于现有核电站33%的利用率；直接用蒸汽发电还有另一个好处：这样就省略了现有轻水堆核电站中的蒸汽发生器、稳压器等，可以大大降低发生事故的几率（因为蒸汽发生器相对容易破损）。

由于超临界水冷堆具有上述优点，且可以借鉴当前压水堆设计的运行经验，它可是是比较早能够商用发电的四代反应堆系统之一。

高温气冷堆(VHTR)

高温气冷堆，是采用石墨作为慢化剂、采用氦气为冷却剂的反应堆，冷却剂出口温度可到850℃以上。根据堆型形状可以分为：球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。我国发展的是球床高温气冷堆，而美国和日本等国家发展的是棱柱状高温气冷堆。

高温气冷堆发展的历史已有数十年了，具有丰富的运行经验。清华大学核研院已经设计出了实验堆，并且正在山东荣成建立20Mw的示范堆。

高温气冷堆是国际上公认的一种具有安全性极高的堆型。（1）它采用全陶瓷型包覆颗粒燃料，能够承受很高的温度（1600℃）。实验表明，在1600℃的高温下加热几百小时，包覆颗粒燃料仍保持其完整性，裂变气体的释放率仍低于10－4 ；（2）采用惰性的氦气作为冷却剂，它与其他材料的高温相容性好，不像压水堆中的锆在高温下会与水反应产生氢气（福岛核电站爆炸的元凶）；（3）冷却剂出口温度高，发电效率高，出口温度高就可以其他多种多样用途，例如高温制氢等需要大量热源的工业；（4）由于采用气体作为冷却剂，那么它的能量密度较小，在发生事故时它能够通过自然冷却等很快的实现堆型冷却来保证安全，这也是它与水冷堆在应对事故时的优势之一。

随着科学技术的发展，在反应堆研发中的难题也会逐步得到解决，加上以前核电站运行的经验会让第四代核电更加安全、更加经济、更加清洁。在将来还会有更加完美的堆型诞生，核电是科技的开出的美丽花朵，我们的世界会因核电的发展而变得美好。

快堆，是“快中子反应堆”的简称，第四代先进核能系统（六种）中有三个堆型都是快中子堆，可见其重要性。快堆之所以受到如此的重视与它所具有的两个优点是分不开的：一是能够大幅度提高铀资源的利用率，可将天然铀资源的利用率从目前在核电站中广泛应用的压水堆的约1%提高到60%以上；二是可以嬗变压水堆产生的长寿命放射性废物，实现放射性废物产生的最小化。下面我们就分布简述三种快堆：气冷快堆（GFR)、铅冷快堆（LFR）和钠冷快堆(SFR)。

气冷快堆（GFR)

气冷快堆（GFR）是快中子谱反应堆，采用氦气冷却、封闭式燃料循环,可实现²³⁸U的高效转化和锕系核素的处理。与其他已经运行或正在研究发展的氦气冷却的反应堆相似，气冷快堆的冷却剂出口温度将达到850℃。它采用了与高温气冷堆(VHTR）相似的反应堆技术，同样可以用来发电、热能制氢或其他需要大量热量的工业过程。它的参考功率为2400兆瓦/1200兆瓦，有足够的裕量来保证安全。它产生的高温高压氦气可以直接推动汽轮机发电。与钠冷快堆(SFR)相似，使用过的燃料将会在现场进行处理，所有的锕系元素将会被反复循环以达到尽可能减少长寿命放射性核素的目的。

尽管通用原子公司在70年代就开始设计（但不能看做是快中子堆），但到现在为止还没有建成一座。这是四代核电系统中唯一没有运行经验的堆型，所以预计在2025年前不会建成原型堆。值得可喜的是欧洲原子能共同体将会在2014年建设一座80兆瓦的实验堆来进一步论证气冷快堆。预计会包含所有主要结构和材料，但不会实验发电。欧洲原子能共同体，法国，日本和瑞士签署有关共同研究的合作协议。

另一种气冷快堆设计方案是：一回路是较低温度（600—650℃）的氦气，二回路是550℃、20Mpa的超临界二氧化碳。这降低了对材料和燃料的要求。通用原子公司（GA）的能量倍增器模块（EM2）的设计是500兆瓦，240兆瓦氦气冷却快中子高温气冷堆在850°C工作和燃用用过的压水堆燃料或贫化铀，再加上一些低浓缩铀作为首炉料。通用原子公司已经与三菱重工和爱达荷国家实验室共同开发EM2，但它不是第四代核电计划的一部分，也不是2014年路线图中提及的部分。

产生的放射性废物极少和能有效地利用铀资源是气冷快堆的二大特点：一是通过结合快能谱中子和锕系元素完全再循环技术，气冷快堆大大减少了长寿期放射性废物的产生；二是对比采用一次性燃料循环的热中子气冷反应堆，气冷快堆中的快能谱中子技术，可更有效地利用可用的裂变及增殖材料（包括贫铀）。因氦气密度小，传热性能不如钠，要把堆芯产生的热量带出来就必须提高氦气压力，增加冷却剂流量，这就带来许多技术问题。另外氦气冷却快堆热容量小，一旦发生失气事故，堆芯温度上升较快，需要可靠的备用冷却系统。

铅冷快堆(LFR)

铅冷快堆是采用铅或铅/铋低熔点液态金属作冷却剂的快中子堆，它可以使用贫化铀或者钍元素，也可以燃烧轻水堆产生的锕系元素，通过设置中心或区域式燃料循环设备，铅冷快堆能实现锕系燃料完全再利用。液态金属铅或者液态铅/铋混合液的导热（对于裂变能导出）是在大气压下自然对流完成，反应堆出口冷却剂温度为550℃，采用先进材料则可达800℃，较高的温度还可用于热能制氢等等。

铅冷快堆的发电功率可以在较大范围内选择，从小电网市场或发展中国家需要的15-20年寿命的小电厂到模块化生产300-400兆瓦的机组，甚至1400兆瓦单机。运行温度在550℃是容易实现的，要在800℃下安全运行，则需要提高现有材料的抗腐蚀能力。

目前的计划是分两步走：一、在2025年前反应堆能够在相对较低的温度和能量密度下运行；二、2035年能够在较高温度下运行。

铅在常压下的沸点很高，热传导能力较强，化学活性基本为惰性，以及中子吸收和慢化截面都很小。铅冷快堆除具有燃料资源利用率高和热效率高等优点外，还具有很好的固有安全和非能动安全特性。同时还适用于那些不准备在本土建立燃料循环体系来支持其核能系统的发展中国家。这种核能系统可作为小型分布式发电，也可用于生产其它能源，包括氢和饮用水的生产。因此，铅冷快堆在未来核能系统的发展中可能具有较大的开发前景。

钠冷快堆(SFR)

钠冷快堆采用液态钠作为冷却剂，这样就可以在低压下得到高密度能量；采用封闭式燃料循环方式，能有效地处理锕系元素并转换铀238；钠冷快堆采用贫化铀作为燃料基体；一回路的冷却剂（液态钠）在常压下的温度在500-550℃，通过中间回路的钠传导热来进行发电。

目前关于钠冷快堆有三种可选择的堆型：一、将锕系元素加入到铀-钚循环的50-150兆瓦的模块化堆，这就需要采用设备上与反应堆集为一体的基于高温冶炼工艺的燃料循环方式；二、300-1500兆瓦的池式反应堆；三、使用传统MOX（混合氧化燃料）600-1500兆瓦的池式反应堆。

钠冷快堆能够处理压水堆产生的高放废物、特别是钚和其它锕系元素。钠冷快堆具有许多固有安全特性：高的热导率、低压的钠系统、钠对快堆材料腐蚀很小、熔融燃料与钠无剧烈相互作用、有足够的运动粘度和膨胀系数。除固有安全性外，钠冷快堆还可以在设计上作出更多的安全措施：设计成负的温度系数、功率效应和堆芯空泡效应和非能动余热排出系统等等。这些措施都足以保证钠冷快堆的稳定运行。但是，金属钠的另外一些特性，又使得在用液态金属钠作快堆冷却剂的同时带来许多复杂技术问题。这些特性包括：钠与水接触发生放热反应；钠暴露在大气中，在一定温度下与大气中水分作用会引起着火。钠的这些特性给钠冷快堆设计带来许多困难，因此，钠冷快堆设计要比压水堆设计复杂得多。这些可以通过反应堆结构及选材来解决。

在技术上，钠冷快堆是第四代先进核电系统中研发进展最快的一种。美国、俄国、英国、法国和日本等核能技术发达国家在过去的几十年都先后建成并运行过实验快堆，通过大量的运行实验已基本掌握快堆的关键技术和物理热工运行特征。

中国实验快堆于1992年3月获国务院批准立项，2000年5月开工建设。2011年7月21日10点成功实现并网发电。

从上述三种快堆的简单介绍可以得出它具有广阔的前景，有足够的魅力来吸引人类为之付出努力，但同时我们也要严谨细致的研究，在安全第一的基础上开发利用核能。

温室效应的产生是一种自然性质，能提供适宜人类生活的气候条件。

人类的活动使得某些温室气体的大气浓度在上升，世界上大部分的气候科学家认为，这是造成我们所观测到的气候变化的一个显著原因。

海洋是气候系统中一个关键部分，比大气层有更大的热容。最近几十年来，气候系统中增加的净能量大部分都储存在海洋中，海洋温度有了缓慢微小的增加，这是值得注意的。

人类引起的温室气体排放中，超过1/3的气体来自化石燃料燃烧发电，核电站不会排放这些气体。

温室效应是一个专业名词，用来描述由于大气层中的trace gases和水汽使得热量滞留在地球对流层中。这些气体普遍称为温室气体^*。在20世纪和21世纪至今，部分温室气体的浓度在稳定上升，其中二氧化碳的浓度从300ppm上升到400ppm。温室气体的增加很大部分归因于人类，也就是人类活动产生的，因此称为“人为的全球变暖”（AGW）。

^*或者有特气体如放射性气体

此外，尽管人类活动排放的缘由在一些国家确认了，但是它们的影响不会局限在这些国家，而是全球性的。

温室效应

当短波长太阳射线（不会被温室气体阻止）使地球表面升温后，能量会以长波红外射线的形式穿过地球大气层辐射回去。波长为5-30微米的大部分热辐射都被水汽和二氧化碳吸收，反过来再辐射出去，这样使得大气层、地表和海洋升温。这是自然现象，使得地球适合人类生存。没有温室效应，温度会骤然降低，平均地表温度将是零下18℃，将和月球上一样，月球是没有大气层覆盖的。我们和月球温度相差33℃，这归功于地球大气层中水汽和二氧化碳的天然程度。

关于温室效应的增加，或者“人为的全球变暖”，现在的问题都集在8-18微米的波段，这个范围内水汽对射线的吸收很弱，而地球的热辐射是最强的^*。二氧化碳和其他辐射性气体的浓度增加意味着从地球对流层流失到太空中的热量将减少，地球表面的温度会因此增加，其中大气层和海洋是关注的焦点。

^*这层“窗户”的一部分（12.5-18微米）是被二氧化碳大量吸收阻止的，即使是起初大气层中二氧化碳的浓度是低的。这层“窗户”的其他部分和其他辐射性气体的吸收倾向相符合：甲烷、（对流层）臭氧、氟氯烃和氧化亚氮。二氧化碳浓度的增加会使得它吸收范围内的热辐射在一个相当大的程度上被捕获。

考虑到波段，甲烷是一种更强的温室气体，因为它的分子比CO₂有更多的原子，辐射效应是由红外线吸收造成的，原子数更多的分子会吸收更多的红外线能量。红外辐射吸收是通过使分子内原子紧密相联的电子，是原子振动的方式。更多的原子键，就会有更多的原子振动，也会有更多的红外线吸收。双原子分子，像主要组成大气层的O₂和N₂，吸收的红外线很少。CO₂有两条原子键，吸收部分的红外线辐射，但是它是大气层中第二大气体，所以它的影响是重要的。

几种指标表明，温室气体增加造成的大气层变暖事实上自从1970年就观察到了，尽管有一些悬浮颗粒遮蔽。在上一世纪中，全球气温明显提高了大约0.6摄氏度，尽管这是不规律的，和温室气体的稳定增加没有很好的相互联系，特别是CO₂浓度。气温变化的程度超过了正常的气候变化，在最近的几十年间有记录中最热的一些年份。然而，气候是一个复杂的系统，其他因素也会影响全球温度。

其中一个是水汽，气候模型猜测CO₂的直接变暖效应是由水汽扩大的。然而在实际上是否达到了最初认为的程度，这还是值得怀疑的。

海洋也有微弱的变暖，影响着气候。

平衡因素

在一定程度上，当水汽凝结时，水汽吸收热辐射的作用被反照率效应平衡，这个效应可以将1/3的太阳光反射到太空中。这种效应会被大气中的硫酸盐悬浮颗粒和灰尘扩大，因为这些物质是水凝结的核心物质。大气中将近一半的硫酸盐来自电站和工厂排放的二氧化硫，尤其是在北半球。硫酸盐的排放在大多数国家都被越加限制。全球硫酸盐的排放在20世纪70年代早期达到顶峰，从2000年开始下降，之后由于中国排放的增加和国际航运有过增长。

火山爆发造成了大气中大量灰尘和酸性悬浮颗粒。菲律宾的皮纳图博火山在1991年爆发过，平均温度降低了大约0.5℃。然而大气中硫酸盐悬浮颗粒存在时间短暂，这种物质在平流层可以存在数年，增加了反射掉的太阳光照量。因此说，在地球表面暂且有一种平衡冷却的效应。在北半球，硫酸盐悬浮颗粒估计可以抵消一半的大气温室气体热效应。

然而，现在许多国家有相关的项目来较少电站的二氧化硫排放，因为这种排放物会造成酸雨。因此，这种平衡因素会减弱，由于温室气体会持续增加，气温增加的速度会提高。

全球变暖和气候变化

有一个清楚的证据证明了在较低的大气层中温室气体的组成有变化，CO₂稳定地增长到现在的400ppm的水平。从1958年开始测量，在2013年5月，最初的全球基准点即夏威夷Mauna Loa的大气层CO₂日平均浓度第一次超过了400ppm。在过去的200年里，增长了1/3，其中一半是在最近30年里发生。冰川的主要样品表明了CO₂和甲烷的浓度都比过去的65万年中任何时刻要高，那里的CO₂是170-300ppm。

单种气体对温室效应的贡献评估——全球变暖潜力（GWP）被广泛认可（CO₂相对为1）。这样的评估要依据每种气体分子的物理行为和在大气层的寿命，还有气体的浓度。直接影响和与其他气体和原子团相互作用而有的间接影响都必须考虑在内，后者还是部分不确定的。

^*2001年IPCC第三次评估报告，CO₂信息分析中心。ORNL，2013

尽管水汽在吸收长波热辐射方面有重要的影响，它的GWP不能计算，因为它的大气层浓度变化幅度大，而且主要依赖气温。同时，它的存在时间只有9天左右，相比之下，CO₂和甲烷则是数年。在对流层，水汽被分类为正反馈，而不是催化剂。在平流层，甲烷氧化和航空器产生的水汽是一种催化剂，但是前者包括在甲烷的GWP中。

来源，滞留和消失

大气中温室气体浓度与排放有关，这些气体的来源和消失成了一项稳定发展的科学研究。一些来源可以确定，而且可以确定其数量，如CO₂来自化石燃料燃烧^*，氟氯烃来自冰箱。其外，甲烷的来源确定性不大，认为大约1/4的甲烷排放应该来自化石（煤炭层裂缝、石油和天然气，大约每年1100万吨）。

^*2011年的CO₂排放量是326亿吨（8.9GtC），比2010年增长了3.4%（US EIA数据）。OECD/IEA在2013年中期说，2012年的能量消耗导致的全球CO₂排放量增加了1.4%，达到了316亿吨（8.6GtC）。IPCC在2013年的评估发现，化石燃料和水泥生产在2011年产生了9.5GtC的CO2排放量，比1990年高出了54%。

发电是CO₂排放的一个主要来源，约占总排放量的1/3，预计是2005年到2030年排放增量的一半。生产一单位电，火力发电^*排放的CO₂是天然气的两倍，但是氢能、核能和大多数可再生能源不会间接产生CO₂.如果全世界的核能被煤炭燃烧能代替，那发电产生的CO₂排放（现在是每年约100亿吨）将会增加1/4，大约每年25亿吨。相反地，利用天然气或核能代替煤炭，可以减少煤炭的CO₂排放量，也可以通过提高火力发电的效率，这个技术已经在很好的应用了。然而，利用天然气代替煤炭要求考虑到甲烷泄漏，3%的泄漏就意味着利用天然气的全球变暖潜力与烧煤是一样的。

^*在发达国家，热效率平均为33%，与发展中国家的25%平均热效率比，区别很大。

大气中CO₂的浓度估测值体现出巨大的增加。，在国际能源机构的每年世界能源展望的报告中，几个方案都规划了与能源相关的CO₂全球排放。

还有大气中温室气体滞留时间的问题，例如甲烷在被氧化成CO₂之前有11年的滞留时间。羟基原子团是这种氧化的主要方式。CO₂在大气中有更长的滞留时间，直到它被光合作用或者被雨水海洋吸收。

最后，与大气温室气体浓度相关的因素中还有气体消失，或者自然分解，或者是单种气体消失，尤其是CO₂。而且CO₂的浓度增加是可观的，人为排放的比例也是值得考虑的（2011年的年排放为350亿吨），即使这只是大气层与地表海洋之间自然气体流量的4%。这一点很重要，提醒我们由于人为排放造成的自然过程中一丁点的变化也需要弥补。

事实上，人为碳循环的研究表明，不足一半的人为排放就使得CO₂含量明显上升。海洋和一些陆地生态系统吸收CO₂，作为一种负反馈，也就是说当CO₂的大气浓度增加时，它们的摄入量也会增加。IPCC在2013年的总结中预估，从1750年到2011年间，渐增的化石燃料和水泥生产排放的CO₂是365GtC，森林焚烧和土地使用改变排放的CO₂是180GtC。这一共545GtC中，大约240GtC（44%）的CO₂在大气层中累积，155GtC（28%）被海洋吸收，伴随着一些酸化，150GtC（28%）在陆地生态系统中积累。

世界能源供应的增加不应危害环境。需要考虑它们是否会向环境释放废物。道德准则看起来越来越会影响许多国家的能源政策，这对核能来说是个好兆头。核能的竞争地位从可持续发展的角度来说是相当稳定的，因为大多数健康和环境的成本已经包含在其中。

直到大约30年前，能源的可持续发展只简单考虑了能源的利用率。现在，在可持续发展的道德准则的背景下，尤其需要考虑全球变暖以及其它方面的问题。它们包括对环境的影响和废物的处理问题，即使它们对环境没有影响，也需要考虑这些。安全性和对子孙后代带来的一些不确定的影响因数也是可持续需要考虑的。可持续发展的标准已经成为了能源政策的前线。随着温室效应的增强，人们越来越关注如何在可持续的基础上解决能源需求问题。

这儿有几个被广泛认同的观点：世界人口的增长至少还会持续几十年；能源的需求将会增加更快，电力的供应比例也会更快增大。对于电力通过网络化供应，还是通过靠近用电地点的发电站来供应有不同的意见。这是一个政策的问题，但是无论哪种方法，在未来的十几年，尤其是在现代化城市，都不能避免对更大规模电网的供电需求。大部分需求是持续的，可靠的大规模电力供应，这种定性的考虑也将继续成为问题的主导。关键的问题就在于我们怎样去发电。目前，全球的电力68%来源于化石燃料（41%煤，21%天然气，5.5%石油），13.4%来源于核裂变，19%来源于水电和气体可再生能源。没有它们中的任何一个，我们的生活就没有前景。

利用风能和太阳能等可再生能源是可持续发展过程中优先考虑，因为用它们发电没有矿产资源的枯竭以及由它们直接引起的空气和水的污染问题。与几十年前的情况不同，我们现在有技术利用风能进行大规模发电，利用这些资源能够负担一些小的需求。但是利用这些“免费”的资源不是唯一的选择。除了水电外的可再生能源，尤其是风能和太阳能，通常是分布较散，间歇性，不可靠。考虑到电能不能大规模储存，这些问题就给技术方面带来了巨大的挑战。例如，当太阳照射时，太阳能需要至少达到1千瓦每平方米的能量密度，以满足持续的能量需求的供应。

风能在许多国家是发展最快的用来发电的能源，其规模将进一步扩大。虽然风力涡轮机的快速发展在许多国家受到欢迎，但是在一周或一年的时间中，能够利用它发电的时间很少超过30%，这一点证明了该资源的不可靠性，以及无法满足能源的需求模式。风能是间歇性的，当不吹风时，需要备用能源，例如水或天然气等。吹风的时候，就可以替代其他能源来发电，这样就减少了这些资源的经济可行性，因此就提高了价格。

政府的授权，津贴以及消费者最终的支付，对风电场和太阳能发电的迅速发展有相当大的帮助。然而在金融诱因下建造风电和太阳能电站引起了强烈的反响，补贴成为了负担，许多国家都开始削减补贴。在风电场所在的农村经常也有强烈的反对浪潮。

风能和太阳能等可再生能源本质上不适合满足发达国家对于能源持续的需求以及可靠的大规模供应。除了可再生能源，什么是最丰富、污染最小的能源。30年前几乎无法想象今天，地面上有着丰富的能源资源。煤和铀（更不用说钍）是可使用的，而且本世纪不太可能耗尽。

任何可采用的能源供应标准都需要包括成本、安全性、供应安全以及环境因素。解决环境的影响通常需要考虑成本因素，正如目前对气候变化的争论。具有可接受的安全性和低的环境影响的低成本电力供应将大幅依赖于合理的开发和利用复杂的技术。这就包括大型和小型的核电站，它们可以直接用于氢气的生产，海水淡化等工业过程，也可用于传统的发电。

通常可再生能源涉及到使用自然力量产生的能量，这些能量可以通过自然过程再生，特别是风力，波涛，太阳和雨，包括来自地壳和地幔的热量。虽然与使用这些自然力量有很多共同的技术特点，例如地热能来源于放射性衰变产生的热量，但是核能通常不归于可再生能源这一类。

传统的核反应堆使用矿物燃料，消耗燃料可提供的能量。在这种反应堆中，输入的燃料是铀235（U-235），它是质量更大铀的一部分，其中最多的是U-238。U-235逐步的“燃烧”产生热量。但是大约有三分之一的能量不是来自最初加载的燃料，而是钚239（Pu-239），它的效果几乎与U-235相同。一些U-238通过捕获U-235“燃烧”时释放的中子变成Pu-239。因此U-235通过从U-238产生Pu-239在一定程度上实现了再生。

这个过程在快中子堆中得到了优化，快中子堆可能在下一代核能反应堆中得到广泛应用。快中子堆产生的Pu-239比它消耗的多，因此这个系统可以无限的运行。虽然它可以产生更多的燃料，但是需要不断的进行后处理，将易裂变的钚与铀和反应堆释放的其他物质分离。这个过程中使用过的燃料可以再循环，而且可用的部分也逐步增加。

快中子堆可以开发利用钍作为燃料的潜力，在快中子堆中，钍可以转换为可裂变的U-233。这个过程还没有商业化运行，但是它确实可行，如果有迫切的需要，将会得到加速发展。印度是唯一专注于该方面发展的国家，因为世界上铀的储量还比较丰富，价格也相对便宜。另外，有150万吨贫铀也成为了燃料资源。这些情况下，快中子堆可用的资源是相当丰富的，资源的衰竭也不再那么明显。

核能的安全性已经得到了充分的证明，尽管还有少数按西方标准在继续运行的反应堆并不理想。其中包括两座由前苏联设计的，其中一座是进行较大改进前的反应堆，在1986年发生了切尔诺贝利事故。西方设计的核电站在30年来，出现的严重事故只有2011年3月由海啸引起的福岛事故。有可能全球其他的大型的技术有类似的安全记录。这主要是因为，安全在民用核能计划开始的时候就有非常高的优先级，至少西方国家是这样的。这些安全措施包括堆芯和环境之间的一系列物理屏障，多重安全系统，每个安全系统都有备用系统，以及对操作的容错。安全系统等在反应堆成本中所占比例比在飞机设计和建造中所占比例还要高。

统计数据表明，核能发电与其他发电方式相比是最安全的。事实上，切尔诺贝利事故和福岛事故是核能历史上的唯一污点，而世界上大多数的核电站的安全性远远超过了切尔诺贝利。

无论可再生能源是怎样定义的，现在看来核能在各方面都满足可持续发展的要求，这都是我们首要关注的。