美国能源部长咨询委员会建议设立先进核能研发计划

作者: 2017-07-03 16:29 来源:
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    103日,美国能源部长咨询委员会(SEAB)正式向能源部长欧内斯特·莫尼兹提交了未来核电工作组报告[1],建议能源部设立一个先进核能研发计划,为全球碳减排做出至关重要的贡献。该计划将支持多种先进反应堆的设计、开发、示范与首堆工程建设,能够在2030-2050年实现多种先进核能技术成规模部署,年均新增装机3000-5000兆瓦,使核能可满足全球20%的电力需求;隔夜建造成本降至2000美元/千瓦(当前为5000美元/千瓦),从而与其他发电技术相比具有经济竞争力。该计划分为4个阶段,时间跨度25年,公私联合总投入115亿美元。

1  SEAB建议分阶段实施先进核能研发计划

阶段

主要内容

投入金额

第一阶段5

先进反应堆技术遴选

开展技术开发、工程化以及系统层面的分析,以确定候选先进反应堆的技术成熟度水平、估算其资本成本和电力平准化成本,从而决定推进一个或多个最有潜力的先进反应堆技术

预估20亿美元(联邦政府)

第二阶段7

子系统开发和反应堆示范准备工作

致力于反应堆子系统开发和验证、前端工程设计,并获得核监管委员会的许可,从而推进实施示范电站项目

30亿美元(联邦政府和私营部门平摊)

第三阶段7

示范电站运营

致力于示范电站建设和运营,深度分析判断商业可行性,着手首堆工程的详细设计,从而推进先进反应堆首个商业电站建设

35亿美元(联邦政府和私营部门平摊)

第四阶段6

首个商业电站运营

致力于首个商业规模电站的建设和运营,带动私人投资者、银行、公用电力机构和业主/运营商批量建设后续核电站

30亿美元(私营部门)

报告根据能源部以往研究,列出了先进反应堆技术清单,包括技术成熟度较高的模块化高温气冷堆(阿海珐)和钠冷快堆(通用电气),以及技术成熟度较低的铅冷快堆、熔盐堆、氟化物高温堆、超临界水冷堆、超高温气冷堆和气冷快堆,并提出了这些先进反应堆设计降低成本或提高性能的技术机遇,包括:

1)反应堆设计:降低一次回路压力,减少管路和部件成本;提高一次回路温度,可增加热力学效率并减少水资源需求(从而增强选址灵活性);简化系统部件(如阀门、泵等)设计,降低成本并缩短建设时间;通过监管许可的非能动系统减少反应堆系统和压力容器结构相关的成本;更高的功率密度能够增加电力输出;核电站/建筑物结合安全设计(如地下建筑物仅保留最低数量的进入通道)能够减少安保人力需求。

2)制造:主要部件模块化;缩减主要部件的尺寸;通过汲取学习曲线经验和采购的标准化可降低成本;提高必要部件(如螺旋式蒸汽发生器)的制造能力。

3)采购与建设:现场模块式装配;先进数字化配置管理系统;发展成熟的供应链,包括替代供应商可利用竞争降低成本;通过采购/建设合同合理地分担风险,使供应商和业主形成利益共同体。

4)运营与管理:设计维保过程降低对人力的需求;增加燃料循环长度,缩短中断时间;利用三维模型作为用户界面建立电站数字化数据中心配置管理系统;自动化人员监控和放射量测定可改善人员安全性;建立电站部件和培训/认证信息的中央数据库,可提高人力资源开发和分配的效率。

5)核燃料:设计提高燃料利用率(包括更高燃耗燃料);最大化单位燃料成本的运行循环长度可改善经济效能;在选择燃料、包壳和结构与控制材料时关注事故容错特性可提高安全性。

6)部署效率:减少核电站的占地空间能够在部署时提供更广泛的选择;减少应急计划区的规模可降低应急计划演习的许可成本,提供更多部署选项;减少存在风险的资产数量;提供负荷跟踪能力。

7)许可风险:更高的技术成熟度可降低许可和投资风险;拥有必要的试验/测试数据对于降低许可风险至关重要;(以分阶段方式)提高监管机构对先进反应堆设计特性的熟悉程度。

报告还建议,管理这一计划需要建立一个私营公共事业机构(quasi-public corporation)。该机构由一个总统提名并由国会确认的独立董事会治理,负责实施先进核能计划的四个阶段。国会对该机构进行一次性拨款,并颁布授权法案允许机构在很大程度上以商业模式运营,不受联邦采购、人员雇用和年度预算/拨款周期的限制。这一管理模式适用于需要多年持续进行的技术开发/部署项目,能够降低私营部门投资受到美国政府核能政策不稳定性掣肘的风险。前两个阶段该机构将与美国能源部国家实验室密切合作,而在第三和第四阶段将与投资者和融资机构合作。

SEAB强调指出,重大的市场改革是先进核能计划成功的先决条件,这包括:征收碳税或延长低碳能源生产税收减免政策,有助于提高核电相比于天然气发电的经济竞争力;加强监管机构(核监管委员会)审查和许可非轻水反应堆技术的能力;以及美国牵头开展国际合作,开放盟友参与,确保防核扩散和应对攻击行为,并树立美国技术和安全监管流程的标杆作用。                                     陈伟 吴勘



[1] Report of the Task Force on the Future of Nuclear Power. http://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/10/f33/9-22-16_SEAB%20Nuclear%20Power%20TF%20Report%20and%20transmittal.pdf

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