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美国:用模块式小堆“引领”核能创新

发布时间:2017-11-21 10:18 原作者:杜铭海   来自: 核工程师的博客

据美国核创新联盟Nuclear Innovation AllianceNIA组织的一份新报告说,美联邦和各州的政策制定者和官员应支持美国公司开发小型模块式反应堆(SMR)。这有助于确保美国未来几十年作为国际核能技术领导者的地位[1]

这个组织是核能公司、投资者、专家和利益相关方寻求先进反应堆商用化的团体。它201511月创立于麻省剑桥,自称是个“非盈利的”组织,重点在于“研究、发展和倡导各种政策,支持先进堆技术尽快取得许可和实证”[2]

该组织指出,随着美国老化的燃煤与核电机组陆续退役以及应对气候变化的紧迫性,SMR非常适合提供急需的下一代清洁、可调度的能源,与可再生能源和其他低碳能源相互配合,实现向清洁、低碳能源转型。在全球范围内,SMR有潜力帮助满足日益增长的国际能源需求,替代传统的大型轻水反应堆的电力输出,可更好地与发展中国家能源需求的规模相匹配。该组织表示,SMR的运营灵活性也使它们能更好地补充风能和太阳能等可再生能源。

该报告指出,在美国国内和出口机会之间,SMR行业可以创造或维持数十万美国人的就业机会。核创新联盟政策主任艾希•莉菲南(Ashley Finan)说,“支持新型SMR技术部署,有助于未来几十年巩固美国在核技术方面的国际领导者的地位”。

《支持核能创新:小型模块式反应堆领先》,这份长达50页的报告[3],向政策制定者提出具体的建议,支持开发SMR技术。它呼吁国会和美国政府扩大对新堆设计和颁发许可的支持,包括非轻水设计并延伸支持直到设计终结;修改核能税收抵免,帮助同类首个SMR项目缩小与天然气发电厂的经济差距。

它还呼吁美国能源部长采取措施,确保联邦机构从犹他州联合市政电力系统(UAMPS)和田纳西河谷管理局(TVA)开发的SMR项目购买电力。最后,它呼吁各州政府扩大现有或拟议的可再生能源组合标准,纳入清洁能源标准,使之包括SMR和其他先进的核技术。

报告作者马特•鲍文(Matt Bowen)表示,“通过投资于反应堆技术组合并提供支持的连续统一性贯穿开发的各个阶段,美国政府可在支持SMR创新的同时,允许市场引导技术选择”。“我们的研究表明,我们正处在一特定时刻,把SMR作为激励的目标,可能对国家未来的清洁能源选项产生重大影响。”

美国能源部(DOE)支持SMR发展和商业化,认为它在解决国家能源安全、经济和气候目标方面扮演着重要的角色。TVA在田纳西州克林特河的两个或多个SMR模块、装机容量高达800MWe的早期场址许可申请,已经得到DOESMR颁证技术规划的支持,还通过跨部门协议,提供成本分担的财务援助。20157月达成的五年协议,也支持建设和运营联合许可(COL)申请。

2015年,美国能源部还与努卡尔能源(NuScale)和UAMPS签署了为期三年的合作协议,以开展现场特征描述活动,并准备编制一份文件,将为一家12个模块的努卡尔式商用核电厂提供COL申请。规划建在爱达荷国家实验室场址上,业主是UAMPS,西北能源公司运营。

以下是这个报告“执行总结”的译文:

21世纪的核心挑战是如何使数十亿人摆脱贫困,并且不会对人类健康和环境造成长期损害。增加能源供应与提高人们的生活质量有关,这种联系的后果之一显而易见:全球的能源需求,尤其是发展中国家,预计到2050年会大幅增加。目前,化石燃料提供的能源占世界经济总量的85%左右。然而,这种能源的传统使用,伴随而来的是严重的空气污染和气候变化的风险。核能是“可调度”的清洁能源,有几十年的运营经验,可以帮助减少这种环境风险,同时提供必要的能源,刺激经济增长,从而提高全球人民的生活质量。还有一种特殊的技术,即模块式小堆(SMR),有远大的前程。 

附图1. 美国能源部拟资助在美建厂的一体化熔盐堆(IMSR400,本月10日通过加拿大核安全局首次设计安全审评,

拟于2019年底向USNRC提交设计认证或建造许可证申请[4]Source: © CC-BY-SA 

过去,大型轻水堆设计的复杂性导致工期延误,美国最近的建建设项目也是这样。SMR总成本低,施工周期短,而且设计简单,提高了安全性。它们有潜力为美国商业堆群的非能动核安全制定新的标准,而且在可再生能源发电不断增长的时代,它们运行的“灵活性”支持电网的可靠性。通过工业供热,SMR潜在地能使电力之外的行业脱碳,并促成核能/可再生能源混合系统。 

附图2. 模块式小堆-风力发电场混合能源系统满足日常电力需求。

Source: Ingersoll et al, Can Nuclear Power and Renewables be Friends?

Proceedings of ICAPP 2015, May 36, 2015. 

在这个报告中,SMR由其规模、多模块协同配置以及施工方法确定,不是冷却剂。在其他情况下,SMR也许特指轻水冷却设计,但在这个报告中,包括轻水、液态金属、气体和熔盐冷却的反应堆。

鉴于目前美国能源市场上天然气价格低廉,天然气联合循环(NGCC)机组是所有能源中最便宜的。对于给定的能源技术,平准化电力成本(LCOE)是这种技术它与其他能源资源竞争力衡量的标准。(LCOE不是对能源资源价值的完美度量,它忽略了诸如可靠性、间歇性和其他问题诸因素)。SMRNGCC发电机组的LCOE比较,在很大程度上取决于发电的监管环境,以及建设的具体融资结构。在美国解除管制的州内,虽然SMRLCOENGCC机组厂高得多,但在其他环境下差距会缩小。在民用电力部门,考虑温室气体排放的成本,SMR可与NGCC机组竞争。SMR加入发电投资组合,还能减少电力公司的天然气价格波动的隐患。

全球公用和私营部门承诺配置清洁能源技术,以此为基础构成的各种预测表明,未来2333年核电装机容量要增加几百GWe。如果SMR在全球核电装机总量中只占一小部分并转为工业供热,其结果将是配置几十GWe或更多的SMR机组。这些建设项目大部分将建在美国以外的发展中国家,可能有三家主要的SMR供应商:中国、俄罗斯和美国。国际机遇可给美国创造或维持成千上万个就业机会。

预计未来几十年核电装机容量的增长,既包括现在没有核能规划的国家、也包括只有初步规划的国家,它对全球不扩散体制有影响。自从艾森豪威尔总统1953年发表和平利用原子能演说以来,美国一直把为和平利用核能活动提供支持作为国家的利益,以换取制定核不扩散条件的“角色”。上世纪5060年代政府投资,为美国早期在全球核能市场的主导地位铺平了道路,而这反过来又使美国在制定核不扩散供应国准则方面发挥了巨大的作用。随着发展中国家核能力的不断扩大,需要再次承诺在核能方面发挥领导作用,以确保美国再次扮演类似的角色。

考虑不同的核反应堆设计,成本与可用性的不确定性,美国应通过不同的反应堆开发阶段,提供连续统一的支持,并利用市场帮助引导技术选择。************还应提供有针对性的激励和支持,利用美国核能最具吸引力的特定地区和实体,实现同类首个SMR的部署。美国国内的部署和美国核管理委员会的授权,将为美国的SMR公司寻求国际市场上立足,提供营销优势。这将确保美国在未来几十年里,在全球核能和核不扩散体制的发展和演变中发挥积极作用,反过来,也支持美国的************利益。

为进一步实现这些目标,建议采取以下行动。支持“非轻水”冷却的反应堆,需要附加的研究、开发和示范的建议,将另行描述

建议1:国会和政府应扩大对新堆设计和颁发许可证的支持,包括非轻水设计,并延伸支持,直到设计终结。

建议2:国会应修改核能生产税抵免(PTC)。国会应修改2005年能源政策法案(EPACT05)的第1306节,删除202111日有效期,上限提高到9GWe,允许非营利的公共电力实体有资格,并提高新部署的赔付率到$0.0027/kWh

建议3a:国会应允许联邦机构签订低排放技术购电协议,为期20年或更长时间。

建议3b:能源部长应与西部地区电力局(WAPA)局长、美国能源部(DOE)、美国国防部(DOD)、以及在WAPA辖区的其他联邦机构协商,从犹他州联合市政电力系统(UAMPS)的SMR工程项目采购100-200MW电力。

建议3c:能源部长应与田纳西河谷管理局(TVA)、能源部、国防部和在TVA辖区的其他联邦机构协商,从TVASMR工程项目采购100-200MW电力。

建议3d:能源部应确定联邦电力采购协议选项,帮助确保新堆技术部署。

建议4:各州应将现有或拟议的可再生能源组合标准纳入清洁能源标准。各州应将可再生能源组合标准纳入清洁能源标准,以增加所需低碳电力的总量,并使电力公司在减少空气污染和温室气体排放方面具有更大的灵活性,同时满足可靠性要求。

近年来美国在核能创新方面有许多活动,发布了许多报告。共同强调政府机构提供支持,但不选择下一代核能技术。政府需要做出的选择是哪个组织值得获得支持,而且这种选择应由独立的咨询委员会指导,有知识和经验判断,开发者是否有可靠的技术、管理和财务计划,从而有机会在2030-2040年间实现商业化[5]。核创新联盟NIA的这个报告,实质上是美国政府近期推进核能创新活动的概括。

核能发展的根本问题是安全和经济,要有令人满意的解决方案。美国是******制、意识形态严重撕裂的国家,但历届政府对核能的态度分歧不大。核能创新进展缓慢,多数人不满意,但仍在前进。也许会在气候变化的严重威胁和社会公众环境意识的觉醒“倒逼”之下,出现转机。

 

参考资料

1. WNN, US group calls for SMR support, 12 October 2017

2. Rod Adams, Nuclear Innovation Alliance formally launched, Atomic Insights, November 21, 2015 

3. Matt Bowen, Enabling Nuclear Innovation Leading on SMRs, Nuclear Innovation Alliance, October 2017

4. brian wang, Molten Salt Nuclear Reactor that will make nuclear as cheap as natural gas passes first certification hurdle, Next Big Future, November 10, 2017

5. Richard K. LesterA Roadmap for U.S. Nuclear Energy InnovationScience and Technology Volume XXXII Issue 2, Winter 2016

 

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