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专家视点 | 先进堆部署架构—“全球关联创意”研讨成果概要

发布时间:2017-3-16 10:15 原作者:杜铭海   来自: 核工程师_新浪博客

2015年812日,美国核能研究所(USNEI)和全球核安全伙伴(PGS)宣布为期两年的联合行动计划:全球关联创意(GNI),旨在鼓励国际政策专家共同努力,设法应对气候变化、核能和全球核安全的挑战[1]。专家们来自丹麦、法国、日本、瑞典、阿联酋和美国的非政府、学术和私营部门,有能源、环境,以及安全方面的工作经验,将召开一系列会议和研讨班,努力寻求维持全球经济增长,同时满足能源需求并缓解气候变化风险的方案。这有显著的经济和社会影响,需要全体利益相关者的投入;意味着各项政策必须在国家、地区和全球层面上加以协调。PGS是总部在美国的无党派、非营利组织,重点是加强全球核治理、促进实用性政策,确保所有核材料与核设施的安全。

2015年129日,GNI发布阶段性报告《核能在限碳世界的作用和责任》[2]2016113日发布《先进堆部署架构:政策与问题》[3]2017216日宣布,将在52日发布《满足气候变化核能可靠发展的新建议》[4]。以下是阶段性研讨成果的概要。

 一. 核能的作用

下一代(又称“第四代”)核反应堆正处于关键技术开发和未来部署间的“十字路口”。如果能满足21世纪中叶及以后气候变化和全球能源的需求,就须加快部署这些新的反应堆。从概念到商业化转变,最快需要10-15年期,而且必须伴随一监管体系,确保这种新型反应堆安全、安保和防扩散。

这种新型反应堆,即模块化轻水小堆和先进的“非轻水堆”,有一系列规格尺寸,相对今天世界各地占优势的大型轻水堆,有可能成为更容易部署和运行灵活的“选项”。先进堆还有下列特征:有不同的冷却系统,能提高效率和安全;建设上可降低资本成本;燃料循环对环境影响小;可能更防核扩散,更便于实施核保障措施。

此外,下一代反应堆可能在海水淡化上发挥作用,为需要的国家和地区提供新的淡水资源。所有这些属性加上零排放地发电,在碳排放受限制的今天,使先进堆成为有吸引力的能源。

下一代反应堆除了应对气候变化的利益之外,也可为2030年普遍获得负担得起、可靠和现代化的能源,为满足联合国可持续发展目标,作出重要贡献。目前全世界大约12亿人(占总人口的17%)没有可靠的电力供应。实现这一目标又不增加碳排放量,至关重要的是推进全球人类潜能,激励经济持续增长和发展。

-公共部门明确表示他们有意提供潜在的下一代反应堆,现在美国有四十多家公司正从事研究,私人资本投入约为13亿美元。但是目前,“研究和发展”比“示范”多,需要澄清广泛商业化的道路,给予更多的支持。为达此目的,还有许多部署的障碍需要加以克服。

对于先进的、非轻水堆技术,最紧迫的挑战是有个高效的监管体系,就其在可预测的时间内加以部署的能力,提供确定性。这种堆的建设和运营成本也需与其他能源选项,特别是煤炭、储能支持的可再生能源和天然气相比,更具竞争力。这种技术降低成本的能力还有待证实,还需要运行试验和示范,证明其可行性、安全、保安和防核扩散能力。这种新堆还必须获得******和公众的信任。要达到这些目标,需要下一代核能在开发、测试、监管、部署和管理上有制度和文化方面的改变。

为了及时做出贡献,以满足世界面临的能源和气候的挑战,先进堆必须在2025-2030年时段加以部署。这个时间的挑战很重要,尤其考虑195个国家按照巴黎气候协议的承诺,限制全球变暖1.5 - 2℃以下。意味着本世纪中叶稍后要建立接近“零”碳排放的能源系统。

在目前能源环境下,现有的核反应堆群发电超过全球零排放电力的30%。然而,这种贡献受到当前全球堆群“年龄”的威胁。例如,美国所有现在运行的反应堆的“寿命”将在2029-2055年间达到60年。这些反应堆,不知有多少能延寿到80年,而其余的终归要退役。经济和******压力还导致美国、欧洲和日本的公用事业部门提前退役多个反应堆。

如果现有堆群提供的清洁能源效益大幅下降,假设本世纪中叶可再生或其他零碳能源选项可大大弥补这种下降,有相当大的风险。因为除了取代该堆群产生的无碳排放“效益”之外,还需要这种资源取代剩下的、今天世界上60%的电力来自于化石燃料和所有未来的能源增长。至少未来在这一点上,储能支持的可再生能源单独或碳捕俘和封存(CCS)支持的化石燃料以及能源效率相结合,是否可以满足这些目标,是不确定的。最近美国核电站已经关闭的地方,因主要靠天然气替补电力,碳排放量在增长。

如果非核的零碳能源和相关技术不能实现碳减排目标,那么,求助于碳排放的电力资源,包括天然气或没有CCS支持煤炭,不可避免地意味着不能满足激进的气候目标,还有随之而来的全球性后果。

 

注:这个图说明电力碳含量的演变,与不同的气候稳定目标一致,各个模型平均。CCS=碳捕俘与存储

1. 三种情景,电力平均的碳含量演变[5]

 二.《全球关联创意》的十个政策建议

I:满足“气候目标”

1. 虽然正在建造或考虑建造大量大型轻水堆,但主要是发展中国家;对于发达国家现有发电堆群“即将到来”的衰退,下一代核反应堆或许是很有希望的技术,也是个经济解决方案。然而,仍有许多不确定性与这种反应堆相关,需要加以解决,包括经济、安全、核保障措施和保安方面的考虑。目前,许多先进堆还处在“概念设计”阶段,尽管许多概念以前曾以某种形式“验证”过。如果这些堆想要满足巴黎协议确定的清洁能源需求,需要加速进入“演示”阶段。

2. 作为追求部署的下一代反应堆,必须清晰理解激进的气候目标施加的“紧迫性”。现有轻水堆群和未来的先进堆都有减排效益。从巴黎协议的观点看,如果零排放的核能因退役而减少,替代技术不足以补偿,导致依赖碳排放更多能源,使碳排放量上升,这种结局是不可接受的。

II:技术验证

3.  先进堆的国际市场需要做真实性评估,潜在的购买者和运营商需要鉴别所需反应堆的特点、成本以及部署需要的时间表。

4.  为及时部署下一代反应堆,必须在近期内设立研究和开发测试台架和验证平台。这将帮助有效地解决与反应堆取照、支付能力、风险管理、安全、核保障措施、安保以及废物管理相关的问题。也将推动最有“前景”的设计,支持持续创新。进入这个阶段需要******意愿和长期的财政支持。先进堆技术的数量肯定会因演示阶段的“收益”而减少,而且会重视减少设计“多样性”,尽可能跨界协调这些反应堆的取照要求。可能允许“拍卖”机组堆群,方式类似于喷气班机,避免反应堆具有独特的品格,或要求每个国家重新设计。

5. 与核时代初期不同,先进堆的原型设计与验证不大可能完全靠政府财政,但国有经济体除外。在自由市场经济体内,先进堆设计通常会更多依赖私人融资。然而,让私营企业单独承担这种尝试,可能过于昂贵,也太危险。因此,最好的前进道路是在示范阶段公私“合伙”、费用分摊。政府可提供设施、专业知识以及某些财政支持,展示******鼓励;私营部门可致力于技术验证,评估最有前途的反应堆概念,按照市场需求推进这个过程。

III:加快颁证

6. 如果下一代反应堆技术是满足国际气候与能源目标的现实、可部署的选项,美国对这种技术的颁证过程必须是先进的。美国核管会(NRC)应该参与一个“分阶段”过程的技术创新,并在设计开发和验证中提供有意义和有用的监管事宜反馈。这将鼓励私人继续投资,允许“筛选”出最有前途和成熟的技术。

7. 为了开发先进堆的国际颁证标准,同等重要的是利用国际监管论坛,如经济合作与发展组织(OECD)核能机构(NEA)的跨国设计与评估程序(MDEP)。追求协调一致和高质量的国际监管制度,能创造更大的国际信任,使这种先进堆型共同努力解决安全、核安保和保障措施保护方面的忧虑。

IV:增强安全和安保

8. 高水准的核安全、核保障措施和安保应该纳入最初的反应堆设计。应相对现实和有挑战性的场景,严格测试这些设施,进一步加强这些系统。

9. 任何先进堆的燃料循环应减少核扩散的可能性。国际社会尤其应反对先进堆的燃料循环,旨在为将来增殖过多的堆用钚。也应反对囤积分离钚,反对用铀-235燃料的浓缩度超过20%。现在国际上过多的分离钚,对某些国家几乎成了“灾害”,值得其他国家警惕。

10. 开发“下一代”反应堆概念的同时,国际社会应承认并通过增强国际法律框架,努力解决全球核安保机制存在的“重大差距”。

上一篇:“中国不可能发生类似福岛的核事故”——全国政协委员、中广核董事长贺禹在福岛核事故六周年前夕谈核安全

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