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本文研究了近年來美國核電廠經營現狀，分析了美國頁巖氣革命、可再生能源發展以及電力市場改革給核電來的經營困境，梳理了美國核電企業的紓解策略和效果。最后基于我國核電發展情況，針對性的提出了幾點建議。

一、前言

2018年以來，美國已有4座核電站的4臺反應堆實施了關停并宣布了退役，包括印第安角核電站（2號機）、三厘島核電站（1號機）、皮爾格羅姆核電站（1號機）、牡蠣溪核電站，其容量占到全美核電裝機的3.3%。2020年8月28日，全美最大的核電運營商Exelon宣布再退役拜倫（Byron，2021年9月）和德累斯頓（Dresden，2021年11月）2座核電站共計4臺核反應堆，并向PJM提交相關申請，Excelon也正在評估是否全面撤資核電。此外，全美已明確在2020-2025年期間退役核電約9.3GW。

二、美國核電廠經營現狀

在美國電力市場化改革之前，美國電力公司多為垂直一體化運營模式，發輸配售一體化，售電電價采用合理成本加許可利潤的方式確定，內部調度按照經濟調度的原則，在運核電有一定競爭優勢，能夠實現應發盡發的運行方式，核電站經營壓力較小。

1978年，為促進壟斷性公用事業單位控制造價、降低社會用電成本，美國制定了《公用事業監管政策法》，引入獨立發電運營商（IPP），并采取邊際成本定價法。在三厘島核事故以及新監管法影響下，美國核電投資大幅減少，部分核電投資者撤回建造申請。

1992年，美國國會通過《能源政策法案》，部署在發電市場和輸電市場開放，授權聯邦能源監管委員會（FERC）要求電力公司開放電網平等接入，也不再強制要求電力公司購買IPP電力，但具體實施由各州安排。目前，已有部分州電力系統開始進行了去市場化改革。核電經營面臨了重大挑戰。尤其是在已實施去管制化的州，核電面臨巨大沖擊。核電業主為此進行了大量提升機組可用率和機組功率的改造項目，取得了不俗的運營業績，直至頁巖氣革命。

近些年來，美國頁巖氣革命使得燃氣發電成本下降，進一步導致電力批發價格下降，美國2016年日前峰值電價創下近年來新低。此外，可再生能源也獲得一定優勢，聯邦政府給予了風電等可再生能源生產稅收抵免22美元/MWh補貼優先以及優先并網等政策，核電受到明顯的市場沖擊，投資者信心不足，或出售核電資產，或放棄部分機組延壽提前退役，新建核電的意愿普遍不強。

截至目前，全美30個州共運營56座核電廠，共計95臺在運核電機組。2019年，核電全年發電量8094億千瓦時，占全美發電量的19.7%，平均能力因子達到93.4%。

1、各州核電退役計劃與二次延壽情況

美國核電機組面臨著退役、延壽的雙重選擇，經濟性是最核心的影響因素。截至2019年8月，全美共有97臺核電機組通過NRC的許可證更新¹（如圖1所示），實際在運核電機組95臺，Duke和Dominion還分別宣布旗下11臺機組將二次延壽；有多臺機組終止延壽申請或撤銷申請意向書（見附件一），實施或計劃退役，目前已有24臺機組處于退役狀態（如圖2所示）。在全面梳理統計核電站相關信息后發現：1）、完成一次延壽和提交二次延壽的核電站多發生在管制市場州（如表1，僅一例外）；2）、提前退出現役核電主要集中在自由市場州（如表1），這些州的核電廠處于入不敷出的狀態，承受著較大的經營壓力。

圖 1 美國已完成延壽運行申請的核電站（截至2019年6月）

圖2 美國已宣布退役的核電廠（截至2017年3月）

表 1  美國機組所在州、市場、運營商統計表 

2、部分機組放棄延壽提前退役

部分已獲批延壽核電機組提前退役（如表 2），如Crystal River（1臺）、Kewaunee（1臺）、Vermont Yankee（1臺）、San Onofre（2臺）、Fort Calhoun（1臺）、 Oyster Creek（1臺）、Pilgrim（1臺）、Three Mile Island（1臺）等8座核電站徹底長期停運，均屬于在壽期或延壽期內的提前實施。其中，Crystal River和San Onofre由于更換SG意外失敗后退役；Oyster Creek因州立法修改海水冷卻限制需新建冷卻塔投資巨大，實施提前關停；加州Diablo Canyon（2臺）因反核運動將于2025年提前退役；Fort Calhoun（管制）和Kewaunee、Vermont Yankee、Pilgrim、Three Mile Island（1臺）等自由市場州的核電因經濟性因素實施提前關停，Palisades（1臺）、Indian Point（2臺）、Beaver Valley（2臺）和Duane Arnold（1臺）、Perry（1臺）等市場州核電也因此終止或撤回已提交的延壽申請，放棄后續延壽運行計劃；FirstEnergy也表示已無意于繼續運營俄亥俄州（市場州）Davis-Besse（1）核電廠機組。

  表 2  近幾年來美國提前實施退役或放棄延壽機組表（10臺機提前關停，9臺計劃提前關停）

3、部分州運營經濟性保障條件較好，實施或策劃實施二次延壽

通過部分改造延長低碳骨干電源——核電運行壽命，成為Duke和Dominion兩家公司在應對全球氣候變化的重大選擇。2019年12月4日，土耳其角核電站獲批二次延壽，拉開了美國核電站二次延壽運行的序幕。目前，全美有2座核電站4臺機組完成二次延壽（其中一座在自由市場），還有2座核電站4臺機組正在審查之中，另有2臺機組明確提出申請意向。此外，Duke和Dominion兩家公司的其他核電還在二次延壽意愿階段（其中一座在自由市場）。

三、美國核電中長期發展預測情況

當前自由市場州參與競爭的核電公司利潤回報顯著下降，多臺在運核電機組宣布提前退役，在建機組拖期和超預算嚴重，新建核電計劃中止或取消，核電技術創新投入不足，市場開拓舉步維艱。綜合當前投資計劃判斷，在當前政策背景和市場環境下，美國核能發電量繼續維持20%左右目標將難以實現。如不采取及時措施，正常情景下到2030年前后美國核電裝機將進一步降低到目前的70%左右，悲觀情景下約50%（參考圖 3和圖 4）。

圖 3  美國中長期核電裝機情景分析

圖 4  美國核電中長期裝機趨勢預測

四、美國核電廠經營困境分析

1、美國電力消費需求增長率低迷

上個世紀，美國電力消費需求增長與GDP增長呈現明顯的正相關，但進入21世紀后出現脫鉤現象。如2000年至2015年，美國GDP年均增長率為1.8%，而電力消費需求增長率一直在0.5%左右，個別地區甚至出現負增長，主要影響因素有人口增長率較低、美國產業空心化、新節能技術和標準的推廣應用以及民眾環保理念提升等。電力消費需求不振回饋到供應端，使得發電側電力市場交易價格的進一步降低。

2、核電在美國電力市場改革中“市場失靈”和政策激進

美國競爭的電力市場價格只反映了電的商品屬性，沒有充分體現核電在零碳環保、社會就業等方面的貢獻，核電的公益性沒有得到“貨幣化”，目前大部分核電廠未得到聯邦或州政府類似可再生能源的補貼支持。這些市場設計缺陷在核電盈利狀況良好時被掩蓋，在入不敷出時才得以暴露。此外，趨嚴的監管要求進一步增加了核電成本（如海水溫升限制等）。

3、廉價天然氣沖擊美國電力行業

根據EIA發布的分析報告顯示，自2008年頁巖氣革命以來，美國天然氣產量增長超過了60%，天然氣價格由12美元/MBtu（百萬英熱單位，約28.3 m3）下跌到不足3美元/MBtu（參考圖 5），直接推動美國能源進入低價時代。

同時，天然氣發電占比增長迅猛，從2010年的23.9%增長至2019年的38.4%（參考圖 6）。大量新增的燃氣機組進入電力市場，推動了整體發電成本的持續下降，成為主導發電側市場電價的核心因素。而核電由于不具備與之匹敵的成本優勢，只能被動接受市場價格。

圖 5  美國能源部發布的發電用天然氣價格走勢

圖 6  美國2005～2017年煤電和氣電發電量趨勢圖

4、非水可再生能源發電增長迅速

風電和太陽能由于其清潔能源屬性，得到聯邦和各州政府稅收抵免、加速折舊、強制性保障等政策的大力扶持，基本上只要上網就能盈利。根據EIA數據統計，過去十年，美國非水可再生能源發電實現了快速增長，其中風力發電量增長了270%以上，太陽能發電量增長了40倍，風光發電占2019年美國總發電量的9.1%。風電和太陽能的快速增長，進一步擠壓了核電的市場空間，特別是在風光資源豐富的地區影響更為明顯。

5、電價一路下跌并創歷史新低，核電廠經營收入出現明顯下降

總體上看，雖然近年來美國大部分核電廠的收入和成本都處于下降的趨勢（參考，表 3），但收入降幅遠大于成本降幅（參考圖 7），經營情況不容樂觀。大部分核電廠處于現金流為負的狀態，收支缺口估算在5—15美元/兆瓦時之間，其中小容量、老舊的單機組電廠最易受到市場波動而陷入財務危機。

表 3  2018年美國不同類型核電廠發電成本（單位：美元/兆瓦時）

圖 7  美國2016年日前峰荷電價同比下降情況

美國核電廠的收入通常組成：一是電量市場收入；二是容量市場收入（部分電力市場有）；三是市場以外的收入（或有）。

電量市場方面。雖然核電機組每年可以保持8000小時以上的高利用小時數，上網電量整體平穩，但發電側的銷售電價遭遇斷崖式下跌，創造了歷史新低。根據美國能源信息署（EIA）和彭博（Bloomberg）的相關統計，從2008年到2016年，美國電力市場改革最為徹底的PJM電力市場銷售電價下降了55%，紐約市從2009年的接近90美元/兆瓦時跌到不足30美元/兆瓦時。當前美國各州核電上網電價在20—30美元/兆瓦時之間。

容量市場收入。美國部分電力市場有容量市場，如PJM。PJM通過提前3年進行競價拍賣的方式，鎖定未來相應的電力來源，以確保發電充裕度和系統運行安全。該部分收入占到這些州核電廠經營收入的20%左右。但近年來隨著天然氣機組的大規模增長，容量市場拍賣價格在一路走低，個別核電廠甚至競價失敗（參考表 4），失去作為電網固定供電商的機會。為防止老機組退役過多帶來電網缺電問題，2019年PJM經FERC同意延后了競拍、并修改了規則，但新規仍存在較多的爭議點。

表 4  美國核電機組在容量市場競拍失利案例表

市場以外的收入。部分核電機組因在環保、維護電力系統可靠性等方面的貢獻，獲得了州立法部門外部特定補貼收入。紐約州政府自2017年開始實施的 “零碳排放信用” (zero-emissions credit，簡稱“ZEC”)。ZEC政策為期12年，每兩年付款，自2017年開始按照17.48美元/兆瓦時直接補貼核電廠，每兩年進行一次調整，至2029年補貼額度可達到29.15美元/兆瓦時。但僅有少數核電機組能夠獲得相關補貼支持，大部分核電廠收入完全來自電力市場。伊利諾伊州也出臺了ZEC政策，2018年Clinton和Quad Cities獲得了約3.73億美元的補貼收入。

五、美國核電廠的經營自救

針對日益惡化的經營環境，美國核電廠通過各種手段開展自救，主要辦法有三個：一是在合理的安全監管條件下降低運營成本，積極研究并實施降低運行成本措施；二是研究并推動州政府出臺相關低碳政策，改善競爭環境；三是調整資產組合并持續優化。

1、經營更加精細化，降低成本

2012年以前，美國核電站由于開展延壽和提高容量改造，實施“9.11”事件和福島核事故專項安全改進，忽略安全和成本的有效平衡，核電發電成本在2012年達到44.57美元/兆瓦時的歷史頂峰。

近幾年，美國核工業實施了有效的專項整改²，使得美國核電廠能力因子有所增加，平均核能發電成本下降，2018年、2019年發電成本分別為31.88美元/兆瓦時、30.42美元/兆瓦時，較2012年分別下降25%、31.7%（參考表 5、圖8-10）。需指出的是，各個核電廠的單位發電成本受機組容量、電廠規模等影響較大，以2018年為例，不同類型的核電機組發電成本存在較大差異。

表 5  全美核電站降成本趨勢

圖 8  2006-2018年美國核工業資本支出

圖 9  2006-2018年美國核工業運營支出

 圖 10  2016年Exelon核電站成本情況

2、爭取政府的政策支持

美國簽署“巴黎氣候協議”后，美國能源部和核學會均認為，在運核電機組是美國清潔能源的“頂梁柱” ，只用美國現有的技術還不能戰勝氣候變化，需要加快創新的步伐，鼓勵業主維持在運核電機組運行，在通過成功延壽帶來經濟和環境效益的同時，為新的清潔能源技術突破贏得時間。在美國核工業的積極爭取下，2016年8月1日，美國紐約州政府批準實施新的《清潔能源標準》（CES），將核電站納入 “ZEC”補貼范圍，到2028年預計給Entergy核電站 4臺機組（3.35GW）的經濟補貼將達到幾十億美元。此外，2016年12月7日，美國伊利諾伊州議會通過2814號法案《能源就業法案》，擴大清潔能源發電比例，保護就業，通過設置上限和保護來維持具有競爭力的電價、限制對消費者和企業的影響，并承認核電對零碳排放的貢獻。此外，新澤西州、賓夕法尼亞州和俄亥俄州也在積極推進核能作為低碳能源地位的相關立法，康涅狄格州、緬因州、馬薩諸塞州、新罕布什爾州、羅德島州和佛蒙特州將重新評估核電貢獻。

3、被迫關停——全美最大核電運營商Exelon案例

美國Exelon電力公司是全球核電運營標桿企業，其旗下核電機組的運營指標全球領先，且均已完成了一次延壽申請。但由于其核電廠均位于自由市場，經營壓力巨大，部分機組已處于虧損狀態，預計未來還將有更多機組入不敷出。針對這種經營困境，Exelon也未能找到有效的盈利模式，近年來被迫降低機組運行功率，并在壽期前關閉部分機組，阻止虧損進一步惡化（如表6）。Exelon已于近年來關閉了兩臺機組，并計劃于2021年9月提前20年關閉拜倫（Byron）兩臺壓水堆（124.2萬千瓦、121萬千瓦），于2021年11月提前10年關閉德累斯頓（Dresdon）兩臺沸水堆（95萬千瓦、93.5萬千瓦）。此外，Exelon正在評估是否全面撤資核電。

表 6  Exelon旗下核電機組延壽情況

 六、幾點思考和建議

1、建立公平的市場規則。一方面建設全面的市場結構。市場化不應只局限在發電側，不能強制指令性降電價，而應全面納入供需兩側，并實現用戶側的市場化。另一方面，通過相關政策實現發電側規則公平。目前要在市場規則上實現核電優惠政策的難度極大，保障清潔能源公平的重點應該放在市場規制之外的，如碳配額控制、碳稅以及煤電總量控制等，通過市場外政策來提升公平。

2、在市場化背景下，加大核電實質性降低成本措施的研究。在核安全要求越來越高的背景下，建議加大力度，研究探尋如何避免過度監管帶來的成本增加，如何在前期項目選址和工程方案確定時優化設計、嚴格控制投資，如何提升群堆運營效率等。

3、在市場化策略方面，考慮采取煤電價格跟隨策略。考慮到煤電的邊際成本高于核電，建議采用零報價爭取市場電量，爭取多發滿發。

　　（作者：尹向勇，男，中國廣核集團有限公司研究中心研究員，高級工程師；鄧  荻，女，中廣核蘇州熱工研究員有限公司科技管理部研究員，工程師。）

注釋：

1.美國許可證更新在一些國家稱為延壽運行。

2.為了應對低價頁燃氣的沖擊，美國核電業界發起了一個Delivering the Nuclear Promise 的維持安全和可靠性行動倡議，提出了運營核電站各個領域的120多項優化行動，目標是到2018年，所有美國核電站要降低30%的成本。該計劃主要內容是確定在滿足監管當局核安全的要求下，降低核電站的各種運行成本的可能性，包括說服核管會（NRC）減少不必要的評估和一些試驗要求。據了解，在部分實施后，核電運營成本已大概降低了25%（如表 4）。根據Exelon公司計劃，2018年將減少運維支出1億美元以上，2019年將再減少0.25億美元。