SMR与我国电力热力零碳化研究

执行摘要（2026/02/28） 牵头单位：清华大学参加单位：中国华能集团、中国广核集团课题负责人：张希良、周胜执行时间:2024.04——2025.12 引用格式：张希良、周胜，SMR与我国电力热力零碳化研究，2026。 目录 一、研究背景......................................................................................................1 1.1双碳目标下中国煤电转型压力............................................................11.2小型模块化堆的发展现状....................................................................11.3碳中和目标下核能替代煤电的机遇....................................................11.4研究现状和研究意义............................................................................2二、核能替代煤电厂址潜力评价........................................................................32.1中国燃煤发电/供热基础数据库..........................................................32.2煤改核厂址匹配性评价指标................................................................32.3煤改核厂址潜力....................................................................................5三、核能替代煤电技术参数和安全标准匹配性研究........................................63.1技术参数匹配性....................................................................................63.2安全标准匹配性....................................................................................8四、核能替代煤电典型案例研究........................................................................94.1 HTR-PM替代燃煤电厂——案例1......................................................104.2HTR-PM替代燃煤电厂——案例2......................................................124.3NHR200-II替代石化园区燃煤供热——案例3................................144.4典型案例研究结论..............................................................................17五、双碳目标下核能替代煤电对能源系统转型影响分析..............................185.1低碳发电供热技术特征对比..............................................................185.2能源系统转型关键假设与情景设置..................................................195.3模型方法与模拟工具..........................................................................205.4主要结果与结论..................................................................................21 一、研究背景 1.1双碳目标下中国煤电转型压力 在应对全球气候变化的背景下，中国明确提出了“双碳”目标，并构建起碳达峰碳中和“1+N”政策体系。实现这一目标的核心在于能源系统的低碳转型，尤其是电力与热力部门需在2050年前后实现净零排放。目前，我国能源结构高度依赖煤炭，2025年煤炭消费占比约53%，燃煤电厂碳排放约占全国总量的40%。受限于资源禀赋及能源安全需求，大规模煤电机组提早退役将面临能源供应缺口、资产搁浅、当地就业和经济发展及公正转型等挑战。同时，由于CCUS技术成本高昂且规模化应用难度大，风、光等可再生能源的间歇性对电力系统稳定性和可靠性提出更高要求，寻求燃煤机组的安全可靠、绿色低碳、成本可接受的替代路径成为当前研究的紧迫课题。 1.2小型模块化堆的发展现状 小型模块化反应堆（SMR）因其安全性高、部署灵活、贴近用户侧等优势，正成为核能未来发展的重要方向。根据COP28提出的《三倍核能宣言》，SMR将在2050年全球核电装机中占据重要份额。目前，我国在SMR技术研发和工程示范方面已走在世界前列，但在商业化进程中仍面临技术成熟度待验证、成本偏高、减碳收益未得到认可、以及公众“邻避效应”等挑战。 1.3碳中和目标下核能替代煤电的机遇 在碳中和目标下，核能应用范围已从单一发电扩展至热电联产、 工业余热、海水淡化及制氢等非电领域。轻水型小堆可提供约300℃热源满足区域供热和中低温工艺热，而高温气冷堆（HTR）可提供500℃以上高温工艺热，支持石化、冶金等难减排行业的深度脱碳。 核能作为高能量密度的零碳能源，具有与煤电相似的装机规模和稳定供能特性。通过在煤电原址建设核电站（Coal-to-Nuclear, C2N），不仅能实现厂址资源、冷却水源、输电设施的再利用，降低投资成本，还能平滑承接就业，减轻社会转型阻力。在国际上，美国与欧洲已开展相关选址潜力评估及典型案例研究。我国虽将核能视作新型能源体系的重要组成部分，但关于核能替代燃煤机组潜力的全国性、定量化研究仍处于起步阶段，对实现我国电力热力零碳化目标的具体贡献还需进一步研究。 1.4研究现状和研究意义 国内外已有的能源低碳转型研究，主要基于可再生能源大幅度增加的能源系统低碳转型路径进行分析和评价，缺乏对高比例核能情景的系统评价。而现有关注到核能的研究多侧重大型反应堆（LR）发电，忽视了SMR在电力与热力系统协同脱碳中的潜力。对此，本研究基于我国现有煤电机组分布，探讨高比例核能情景对电力热力部门低碳转型的贡献，并通过典型案例深入分析SMR替代燃煤的技术可行性、经济可行性及公众接受度。该研究对我国电力热力部门以较低系统成本实现碳中和目标，并满足用户能源需求和保障电网供应安全，具有重要研究价值和现实意义。 二、核能替代煤电厂址潜力评价 2.1中国燃煤发电/供热基础数据库 煤电行业是碳排放与大气污染治理的重点。尽管已有研究建立了中国燃煤机组数据库，对装机容量、机组年限及电厂类型等进行了分类，但仍需针对C2N需求进行数据更新与维度扩充。本研究基础数据来源为Global Coal Plant Tracker(GCPT)，并利用GIS技术进行空间可视化与量化分析，确保数据的全球可比性与地理精确度。 在已有数据库基础上，基于本项目特点和具体要求，研究团队构建了2024年中国燃煤发电/供热/CHP数据库，包含6078个机组，总装机规模约15亿千瓦。数据库涵盖3131个在役燃煤机组、244个在建燃煤机组、427个计划新建燃煤机组以及1123个已退役燃煤机组，并包含装机规模/供热规模、发电/供热技术、效率、寿命、厂址、地质条件、人口密度、能源（热力和电力）需求等与核能替代相关的关键信息。同时根据全国及各省公布的燃煤电厂总量、装机规模、供热锅炉规模等有限信息进行校核，为后续碳排放研究及核能替代潜力评估奠定了准确的数据基础。 2.2煤改核厂址匹配性评价指标 本研究借鉴现有文献方法，从社会性和安全性两方面构建了C2N厂址匹配性评价指标体系，如表1所示。 （1）安全性。核能厂址选择需严格考虑地质、水源、气候条件等因素，选择地质稳定、冷却水源充裕可靠、灾害风险（如地震、洪水、 危险爆炸等）较低的地区，确保符合核能厂址选择的安全标准和要求。 （2）社会性。选址时需充分考虑周边公众的意见和利益，通过评估公众接受度等，确保项目的顺利建设和运营。 注：地震地质、人口密度和边境线条件下缓冲区内的燃煤机组为不符合核电站建设标准的机组，需排除。水源条件下缓冲区内的燃煤机组为符合核电站建设标准的机组，需保留。 基于上述筛选标准，研究不同视角下C2N的厂址潜力和改造路径。研究设置了两个不同视角的情景组。视角一基于我国国情，考虑中国核电现状和未来趋势，围绕厂址位置是否位于沿海和内陆地区，以及离海岸线距离，设置了3个情景，包括基准情景（S1，沿海、内陆及靠海距离无任何限制，最大潜力）、海岸线条件收紧情景（S2，距离海岸线5km以内设立缓冲区，缓冲区内的机组为不符合改造标准，被认为存在海啸风险）和内陆核电政策收紧情景（S3，排除沿海省份的内陆机组和纯内陆机组，近期现实情景）。视角二基于全球煤改核典型案例研究现状，围绕替代方式设置了2个情景，包括厂址再利用情景 （R1）：仅保留厂址、冷却水源和电网接入设施，如输电线路、变电站等，其余所有设备全部拆除重建。完全再利用情景（R2）：仅替换燃煤锅炉，保留大部分热力系统基础设施，如蒸汽轮机、冷却系统、输配电设施等。 2.3煤改核厂址潜力 在基准情景下（S1），SMR相较于LR在厂址选择上展现出更广泛的适用性和灵活性。适宜改造为LR的厂址潜力为55.54GW（30个厂址），主要分布在华北地区的内蒙古自治区、陕西省、山西省等厂址周边人口密度低的地区。适宜改造为SMR的厂址潜力为978.9GW（2482个厂址），主要分布在腾冲-黑河线（即胡焕庸线）以东地区，其中山东、内蒙古、江苏位居潜力前三。 在海岸线条件收紧情景下（S2），LR厂址潜力相较于基准情景保持不变。SMR潜力微降3.2%至947.5GW，其中山东等沿海省份因缓冲区设置潜力下降约9%-14%，但中西部内陆省份不受影响。 在内陆核电政策收紧情景下（S3），LR潜力归零；SMR潜力骤减94%至54.85GW，仅剩山东省、江苏省、广东省等沿海地区。这表明内陆核电站获批政策对C2N的厂址潜力具有决定性影响。 在厂址再利用情景下（R1），LR厂址潜力为9.96GW，主要集中在内蒙古自治区和陕西省。SMR展现出显著的潜力优势，全国符合条件的厂址潜力达608GW，在沿海与内陆形成多中心集聚。 在完全再利用情境下（R2），LR厂址潜力下降到5.72GW，SMR厂址潜力则下降到499GW，原因在于部分煤电设施难以兼容现代核能技术标准。 综上所述，相较于大型机组LR，SMR在地理适应性、安全包容度及改造潜力上均展现出显著优势。厂址再利用模式（R1）适用于老旧或即将退役煤电厂，可彻底实现原址零碳化改造升级。完全再利用模式（R2）则更适合设备较新的燃煤电厂，能够降低改造成本并缩短建设周期。 三、核能替代煤电技术参数和安全标准匹配性研究 3.1技术参数匹配性 对于火力发电机组来说，多基于理想朗肯循环，由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器组成动力循环系统。为了提高效率，煤电机组普遍遵循提高蒸汽初参数的规律。对于50MW等