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杜铭海：怎样使核能更“便宜”？

发布时间：2016-7-18 14:10 来自: 核工程师博客

除中国之外，世界核能业的“日子”大多不好过。美国埃克斯龙电力公司荣誉主席约翰·罗（John Rowe）4月25日在麻省理工学院“能源倡议”（MIT Energy Initiative）专题讲演，题目甚至是“核能的未来，还是核工业的悲歌？”[1]。据“活动介绍”说，新一代核电机组“立足”的前提条件很简单，但自今尚未满足：1）缺少基荷电力；2）缺乏天然气；3）新的、简化的机组设计；4）可接受的核废物处置问题的解决办法。缺少上述因素，在美国或欧洲几十年内，新核电机组不会经济。据说在这个讲演中，约翰·罗将讨论他在核工业多年的经验以及核能未来方面的思考。

约翰·罗是美国能源界的“精英”，曾任爱迪生电力研究所主席，国家能源政策委员会联合主席，美国能源部长（朱棣文）“核未来蓝带委员会”成员，还是北美信托公司和SunCoke能源公司首席独立顾问，好事达公司和美国DG能源公司董事会成员。遗憾的是，MIT或其它网站没有提供约翰·罗先生讲演的视频或报道，不能深入领教他的经验和思考。但相同观点的文章不少。特别是美国突破研究所（Breakthrough Institute），这个专注“生态上充满活力地球”的年轻环保团体的文章[2]，从客观、中立的第三方立场对新一代核能进行了深入的论述。他们的观点在美国有市场[3]，《国际核工程》专栏作家基德也有评论[4]。美国能源部最近奖励的先进核能创新堆型也与他们的分析结论大致相近[5，6]。

一．文章概要

核能正处于十字路口。发达国家，核能供应很大份额的电力—美国，19%；韩国，35%；瑞典，40%；法国，78%—但这些数字可能随着1960-1980年代建成的反应堆退役而减少。与此同时，发展中国家正日益转向核能，以满足能源需求的快速增长并减少污染。中国现正建28个堆，还计划建数十个；俄罗斯在建11个，印度7个。尽管如此，全世界化石燃料仍占优势，煤炭处支配地位，天然气生产繁荣。核能要成为全球电力组合的较大部分，核心挑战就是变得更便宜。

详细说明许多新的先进堆设计带来的实际利益，如固有安全机制、重复利用乏燃料的能力，超过现有轻水堆群。然而，并非所有的特色都会导致低成本。所以，关键特征是怎样才能使先进核能更便宜。

答案部分在于识别促成成本上升的因素。虽然现有核电厂发电负担得起，在美国，它的发电成本“第二”最低。现在的建设变得昂贵，多半因为更严格的建设标准、环境和安全规范，以及人工成本。现代反应堆需要的“专设”安全设施，特别是巨大的密封拱形结构（安全壳）和多样、冗余的冷却和后备系统，构成这种成本的绝大部分。

同样重要的是识别哪些因素显然并不影响成本。燃料供应、废物处置以及核扩散的风险多半是******和制度问题，不是技术挑战，不管追求什么新设计，都要继续注意。核能更广泛部署之前，燃料循环和废物后处理方面的创新不可能降低成本。

从高温气冷堆到核聚变九个先进设计的评价，发现四个因素在实现任何重大成本降低方面最可能证实是决定性的。得出的结论是，决策者、投资者和企业家应当追求下列堆型：

1. 安全的：固有安全特性排除昂贵和冗余安全系统的需要。

2. 现成的：现成的设计利用现有的供应链，不需要商用化新的或者未经证实的材料和燃料。

3. 模块化的：模块化允许整个反应堆或其部件批量生产，统一装配。

4. 高效的：热效率高使反应堆能从较小的机械装置发更多的电。

在上述领域有优势的反应堆展示了转向更安全、更便宜核能的新兴技术路径。一个好的开端是用现在正部署的第三代+反应堆开发的供应链，包括新材料和技术，对第四代设计会证明很重要。气冷和盐冷热堆也可依靠轻水堆的许多供应链和燃料循环，是第四代设计中商业化最现成的候选堆型。再过一段时间，快堆或许对处置核弹头和乏燃料再利用变得有吸引力，但是它们广泛商业化和部署，很可能取决于先进热堆成功的商用化。

对于决策者，尽管最关键的是鉴别最适宜商用化和部署的技术，不锁定能源系统内的单一设计也很重要，就像轻水堆那样。例如，不在快堆和热堆之间做出选择。对核创新，决策者反而要支持广泛的投入，目的在于扩大而不是限制技术选项。为进一步促进这种优先顺序，决策者应该支持下述三个关键领域的改革：

投资核创新。扩大对社会研究、开发和示范的支持:新材料检定；供应链开发；测试设施。

跨先进设计的创新。优先考虑对多个反应堆设计有“最大交集“的技术挑战。

颁证改革。增加政府费用分摊份额；使颁证和创新过程相结合，以便开发商的反应堆部件示范和取照；也降低成本、监管屏障，减少新设计上市的时间。

先进核技术评估结果见附表。

附表：先进核技术概要评价