第三代核电技术HPR1000全生命周期碳核算及其对碳中和目标的贡献研究

为解决核电技术对温室气体减排的实际贡献评估不足问题，北京师范大学联合中国核电工程有限公司团队构建了核电全生命周期碳核算框架（LCCA-NPP），定量分析了中国自主三代核电HPR1000的碳排放强度（10.03-10.54 gCO2e/kWh），证实其净减排潜力（863.46-863.97 gCO2e/kWh）显著优于二代核电与可再生能源。该研究为全球碳中和背景下核电技术选择提供了关键数据支撑，发表于《iScience》。

　　

论文解读

在全球能源结构转型的背景下，核电作为低碳基荷电源的角色日益凸显。然而，2011年福岛核事故后，国际社会对核电安全性的质疑与减排贡献的认知鸿沟持续存在。尤其对于中国自主研发的第三代核电技术HPR1000（华龙一号），其全生命周期温室气体（GHG）排放数据长期缺失，导致无法客观评估其对"双碳"目标的实际贡献。现有研究存在三大痛点：一是二代核电碳排放强度（42.94 gCO₂e/kWh）估算差异达30倍；二是传统方法仅计算钢材、水泥等少数材料，低估建设期排放达40%；三是国际三代核电数据（如EPR为24.61-32.74 gCO₂e/kWh）不适用于中国本土化技术。

北京师范大学环境学院刘博杰、刘耕源团队联合中国核电工程有限公司，首次建立了核电全生命周期碳核算框架（LCCA-NPP），系统量化了HPR1000从建设、运行到退役各阶段的碳排放。研究发现，单台HPR1000机组全生命周期排放为10.66-11.19 Tg CO₂e，其中运行阶段（核燃料消耗为主）占比62%-65%，建设阶段（设备制造与土木工程为主）占30%，显著高于既往研究7%-9%的估算。通过混合生命周期评估（HLCA）结合投入产出分析（IOA），团队发现核岛特殊设备（72.94%不锈钢制造）和常规岛涡轮机组（89.92%）是建设期主要排放源，而优化电缆布局可减少电气工程13%排放。

关键方法
研究采用三阶段混合方法：1）基于实际工程数据的流程链分析（PCA）量化建设期材料与能源消耗；2）输入输出法（IOA）计算设备制造的隐含碳排放；3）动态情景模拟预测2050年前核电对中国（占比70%）和全球（15%）化石能源排放的抵消潜力。数据来源包括福建2017年投入产出表、IAEA核电运行数据库及现场施工记录。

主要结果

建设阶段碳排放特征
核岛、常规岛和BOP（厂区配套设施）的碳排放分别占54%、19%和27%。其中核岛反应堆厂房（31%钢混结构）和电气厂房（17%电缆）是主要热点，而BOP海域工程（40%混凝土）单米堤坝排放达15.23吨CO₂e。与传统认知不同，施工人力投入（17.2万工日）贡献了5.6%的建设期排放。

运行阶段减排优势
60年运营期累计发电量达1,146 TWh，净减排潜力为863.97 gCO₂e/kWh，相当于首年即可抵消建设排放。核燃料组件（燃耗55,000 MWd/tU）相关排放占47%，但通过延长换料周期（18→24个月）可降低前端燃料循环排放。

技术比较与政策启示
相比二代核电，HPR1000因电功率提升（1,200→1,600 MWe）和寿命延长（40→60年），碳排放强度降低75%。与风光能源相比，其土地占用（20 ha/GWe）仅为光伏的1/170，且平准化度电成本（0.02-0.03 USD/kWh）更具经济性。研究预测，按现有发展速度，中国核电将在2050年抵消70%化石能源排放，而全球核电对碳中和的贡献率将达15%。

讨论与展望
研究首次揭示三代核电技术通过"设计优化-本地化-长周期运行"三重机制实现深度减排：1）模块化施工缩短工期至60个月；2）被动安全系统减少厂用电率至7.1%；3）闭式燃料循环（TTC策略）可再降3%排放。团队建议加强快堆技术研发，以解决铀资源约束（2050年需求14,182吨U₃O₈）和乏燃料管理难题。该研究为《巴黎协定》下各国核电政策制定提供了中国方案，其方法论框架（LCCA-NPP）已被国际原子能机构（IAEA）列为技术评估参考标准。