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核能的未来 ——美国能源部顾问委员会专题报告

发布时间:2017-2-7 20:19 原作者:杜铭海   来自: 新浪博客

概要

原能源部长莫尼兹(Moniz)责成顾问委员会专题组描述一新的核电能计划,能到2030-2050年造成一种态势:届时可相当快速地部署一个或几个核技术。计划的主要动机至关重要,作用在于:利用核能、风能、太阳能以及其他可再生能源技术,减少全世界二氧化碳排放量,从而减缓全球平均温升,避免导致不利的气候变化。一个能动的美国核工业,是促进国家核不扩散政策目标安全利益的重要补充,此外,还可提供技术和实践,确保核废物安全、保安和有效管理。专题组假定这个计划的目标范围是每年部署的核电装机能力3-5GWe

专题组不对创意是否实际或者必要负责。目的就是描述国家的一个可能的选择,或许证明有吸引力。例如,倘若天然气价格上升速度比目前的预期更快或缺乏吸引力;例如,倘若未来电力系统并不广泛依赖基荷电力。

私营部门目前不情愿大量投资美国核能,有五个因素:没有确立碳排放价格;重大技术、成本和新型核技术监管的不确定性;核废物管理和公众认知;预期的市场条件;对项目内/外部事件的意外干预,如影响超越私营投资者时间范围的核事故。

根据美国能源部(DOE)能源信息管理局(EIA)的估算,专题组发现,倘若隔夜基建成本 ̴2000美元/kWe(不是现今估算的5000美元),新建核能发电的平准化电力成本(LCOE)应当可与其他发电技术的LCOE竞争。

然而,对于美国现有的和先进的反应堆,实现全成本竞争还有两个关键问题必须解决。首先,隔夜基建成本必须下降。电力市场必须在一段时间,基于避免碳排放的社会成本,或者通过发电的碳排放收费评估,或者作为一种选择,延伸无碳发电付费  ̴0.027美元/kWh(1GWe机组容量因子90%运行,每年2.13亿美元),承认无碳发电的价值。

其次,国内不同地区电价调整规则和调配的许多方面,对核能基荷发电适当重视具有挑战性。这种例子包括批发容量市场的税率结构、可再生能源发电优先调度规则和价格不足以保证投资回收。这些规则导致美国的核电机组提早退役,也使发展和投资新机组感到气馁

专题组认为,重大的市场改组是任何核能计划成功的先决条件。

现有的核电机组

对于现有的核电机组,专题组支持DOE与联邦能源管理委员会(FERC)、国家监管机构,以及区域和独立系统运营商共同努力,鼓励保护美国堆群的各种安排,直到它们使用寿命结束,继续遵守现行安全和环保规定。专题组认为,如果要实现美国减排目标,这是必要的。

 新建核电机组

对于新建核电机组,缺乏国家碳排放定价政策,专题组建议政府探索无碳发电付费约0.027美元/ kWh,时间待定。对无碳的可再生能源发电技术,应该设置类似的发电付费标准,现在还没有提供这样的支持。

假定市场干预已解决,假设存在这种产品付费,专题组不相信现在的轻水堆(LWR)核电机组需要大量额外支持。美国核管会(NRC)已批准在美国建造和运营大型轻水堆。模块化小型轻水堆已从美国DOE核能办公室获得设计认证、颁证、早期选址的财政支持。DOE应与NRC迅速解决与SMR相关的问题,如应急计划区的范围和控制室内操纵员的数量(见第)

先进核反应堆

专题组建议,美国着手启动先进核反应堆项目,支持同类首个(FOAK)商用规模反应堆的设计、开发、示范、颁证和建造。

毫不夸张地说,从二战结束时商业核能的婴儿期,这个产业的科学家和工程师、DOE实验室和大学,就在某种程度上调研了每种反应堆技术和相关的燃料循环。大型轻水堆随着时间推移,技术性能和安全方面还在演进,并已成为全球领先部署的技术。然而,在诸如测量和控制等领域以及系统工程和集成方面出现的、对不用矿物燃料发电感兴趣和巨大技术进展的欣赏,指引政府和私人风险资本投资于早期的各种各样的先进堆。DOE的第4代规划赞助了几种反应堆变体的研究。

每个候选系统有不同的反应堆运行特点和前景,许多关键性能指标超越现有的轻水堆,如隔夜基建成本更低(可能低30%)、热效率更高(可能高于30%)、更安全(预期每运行堆年事故发生率低一个数量级)、运行温度更高(提高效率、减少水使用,并可提供工艺供热),以及燃料利用率高(某些先进概念/燃料循环可能高50%或更高)。如果这样的进步可通过一个或多个先进堆系统实现的话,美国将在全球核能方面重获卓越。为此,专题组相信先进堆计划的考虑是及时和必要的。

 专题组推荐四阶段的先进堆规划

计划的第一阶段(技术筛选)包括进行技术开发、工程设计,以及确立技术准备、基建成本和候选技术的LCOE估算需要的系统分析。里程碑I是推进一个(或多个)技术筛选决定。

第二阶段(子系统开发和反应堆示范准备)致力获取子系统开发和验证、前端工程设计,以及NRC批准示范装置。里程碑是推进示范项目的决策点。

第三阶段(示范装置运行)致力于示范装置的建设和运行,并准备同类首个商用机组的详细设计。里程碑是推进同类首台机组的决策点。

第四阶段(同类首台核电机组运行)包括同类首台商用规模机组的建造和运行。里程碑阶段将明确决定发电机组的私营投资者、银行、公用事业,以及业主/运营商致力于这种先进核能装置第一波的建设。

尽管估算非常不确定,但至少对于某些先进技术,专题组的中间估算是:这样的四阶段项目约需25年和115亿美元。************将分摊这些费用;每个合作伙伴按占比付费根据项目的风险有所不同。附表是公/私责任分割。

其他国家可能有兴趣参与这种项目,还可能包括大量财务捐助。然而,专题组指出,任何重大的财政参与可能伴随预期的成果分享和计划管理的参与,有不利条件(管理和决策的复杂性)

      核反应堆安全与颁证

NRC必须参与先进堆活动的所有四个阶段。NRC是全球严密关注降低事故风险的黄金标准。然而,审查和颁证过程漫长而昂贵,申请人承担用户的大部分工本费。目前,NRC只审查和批准轻水堆发电机组。NRC正致力开发非轻水堆技术发电申请的审查和颁证能力,而且对先进堆开发团体更便宜和更快速的过程有极大兴趣。

某些开发商可能寻求其他国家许可和/或建造首座反应堆,认为监管体系耗时较少。如果这个选择危及安全,事故风险将会增加。任何国家任何地方的安全或安保事件影响全世界,所以降低任何安全和安保标准事关重大。因此,某些国家颁证当局考虑新堆设计,很可寻求NRC的建议和帮助。虽然这样与NRC接触可能改善国际核安全,但在美国批准新设计运行仍需NRC正式和全面的审查。

专题组认为,当前的颁证框架足够灵活,适应分阶段颁证过程,会比现在的系统更高效和可预测。NRC监管范围的这种扩大需要额外的资源。政府和国会应该考虑调整目前NRC经费的安排,专题组建议************分摊某些费用。

国际联系

20世纪后50年,在商业核技术和全球范围内美国起源核电机组的建设方面,美国的领导能力允许美国通过施加强制性的影响,增进防止核扩散目标,延缓核燃料循环技术如铀浓缩和后处理的传播。专题组认为,如果美国和欧洲经济合作与发展组织(OECD)国家的核能部署持平或下降,核能利用及其相关的燃料循环将不可避免地转移到中国、印度、俄罗斯和韩国等大举扩张核规划的国家。在不同技术类型选择方面,核扩散的影响应该是重要准则,而美国在国际上影响这种决策的能力,本质上取决于国家是否参与先进核技术的开发。

专题组还强调,必须伴随任何国内核计划,同时考虑某些国际方面的问题:

●DOENRC应继续积极参与国际项目,确保美国的技术和安全/安保程序继续作为其他国家的基准。

美国应带头并与国际原子能机构(IAEA)合作,确保国内外的核设施可靠地免遭恐怖袭击、窃取核材料和网络入侵。

如果美国决定开始建造一个第四代技术的示范核能项目,就应对外、特别是对英、法、日、韩等密切盟友开放。

项目管理

专题组建议,应设立一个公私合营的公用事业公司,和总统提名、经国会确认的独立董事会,肩负先进核项目的四个阶段的权力和责任。公司应一次性国会拨款提供资金。立法结构应允许公司主要以商业模式运营,摆脱联邦收购、人事限制和年度预算/拨款循环。这是个适宜高度技术性开发/部署项目的结构,必须有效地运作、持续多年。这种方法降低私营部门投资者的风险,不使他们仍然忧虑核能方面美国政府政策的稳定性。在阶段III,公司会与DOE的国家实验室密切合作;在第III  IV阶段,与投资者和金融机构密切合作(参见X)

这项研究应提醒读者,重建美国有力的核能计划,使之能成为重要的无碳资源,没有捷径。这样的计划要想成功,需要花费时间、大量公共资源、重组电力市场,以及持续和娴熟的技术管理关注。

结论

因为天然气价格变化无常,以目前的价格预计,核能成本不能与天然气发电竞争。

没有碳排放价格,给予现有和新的核能发电2.7¢/ kWh的额外报酬。

建立一新的公私合营公司管理先进的核倡议:

(a)估算成本与日程安排:25年内四个阶段115亿美元,公私各出50%

(b)国会一次性拨款。

(c)公司按照商业规律运营,而非政府惯例。

安全、安保和燃料/废物循环是成功的未来核系统的构成部分

核事故无国家/地区界线。

重新构建充满活力的美国核能计划没有捷径,但可成为重要的无碳发电的资源。这样的计划很费时间,要大量公用资源,要改组电力市场,而且要持久和娴熟的管理关注。如果美国想在未来20-30年内有个先进的核选项,就要现在开始有个专题小组描述的那种激励。

依据资料:

1.U.S. Department of EnergySecretary of Energy Advisory Board Report of the Task Force on the Future of Nuclear PowerSeptember 22, 2016

2.Cleanair Task porceCOMMENTS OF THE CLEAN AIR TASK FORCE ON THE DRAFT REPORT OF THE SEAB TASK FORCE ON THE FUTURE OF NUCLEAR POWERSeptember 20, 2016

3.SenateChairman Lamar Alexander Opening Statement Committee on Appropriations Subcommittee on Energy and Water Development—Hearing on the Future of Nuclear PowerNovember 16, 2016

4.SENATE APPROPRIATIONS SUBCOMMITTEE ON ENERGY AND WATER DEVELOPMENT—Testimony of John DeutchNovember 16, 2016

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