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美國核電發展方向
2022/05/31 22:53
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美國核電發展方向

 

一、美國核電工業現狀 

   美國的商用核電站於1958年開始發電,至 2021 年底,美國在 28 個州的 55 個核電站中還有93個核電機組在運轉。這些核反應堆的平均年齡約40年。最古老的反應堆是紐約的Nine Mile Point 一 號機,於 1969 年 12 月開始商業運行。最新投入使用的反應堆是Watts Bar二號機組,於2016年並網。這是自1996年Watts Bar一號機上線以來的第一座新反應堆。根據美國核管會的數據,截至 2021 年 11 月,共有23個核電機機組關閉。美國核能發電能力在 2012年達到峰值,約為 102,000兆瓦,當時有 104個核電機組在運轉。從2013年到2019年,儘管運轉中的反應堆的數量有所下降,但年度的核能發電容量和發電量每年都在增加。核電廠的功率升級使整個核電運轉能夠保持相對一致的總發電量。這些功率提升加上高容量因素,從1990年到2021年,讓美國核能發電佔年總發電量的 20%份額,而大修工期縮短也可增加年發電量。美國核能發電能力和發電量自1997年迄今都保持相當穩定約佔發電配比20%,為美國經濟發展及抑減二氧化碳排放貢獻很大。 

    美國在2021年核能發電的年均容量因數高達92.7 %,高於其他類型電廠的容量因數。2016 年,田納西河谷管理局 (TVA) 位於田納西州的 Watts Bar 2 號機組成為自 1996 年以來首個上線的美國新反應堆。2012 年 2 月,美國核管會批准南方公司在喬治亞州的沃格特勒(Vogtle)建造和運營兩座新反應堆的申請。新的Vogtle 反應堆是30多年來首批獲得建設批准的新反應堆。2022年4月28日,美國南方公司表示,Vogtle核電廠3號和4號機組將按照原定日期投運。3號機組將於2022年第四季度至2023年第一季度投運,4號機組將於2023年第三季度至第四季度投運。Vogtle核電廠兩台AP1000機組是美國唯一在建的核電機組,已經大幅超支,投運時間也比計劃晚了數年。據估算,該項目包括融資在內的總成本已升至270多億美元。2012 年 3 月,NRC批准了南卡羅來納電力和天然氣公司在其位於南卡羅來納的 Virgil C. Summer 工廠建造和運行兩座新反應堆的申請。然而,這些反應堆的建設於2017年停止。喬治亞州目前正在建設的兩座新反應堆——Vogtle 3 號和 4 號機組預計將在 2023 年之前投入使用。美國能源信息署 (EIA) 在《2022 年年度能源展望參考案例》中預測,2022 年將增加新的核電裝機容量,但一些反應堆的容量退役和降容將導致2050 年的總核電裝機容量低於2021 年。 

二、美國拜登總統計劃大力發展核能 

    美國斯科特-拉斯穆森的一項全國性調查發現:美國有53%的選民贊成在美國建造新的核電站,31%的人反對這樣的建設。57%的人認為美國減少或消除對外國能源的依賴是非常重要的。49%的選民認為,核電站有可能取代其他能源並產生美國所需的所有能源。依據財富網報導,美國拜登政府正大力發展核電,再次將核電作為美國未來可持續能源戰略的關鍵。美國能源部部長詹妮弗·格蘭霍姆在聯合國氣候大會上表示非常看好先進核反應堆的前景並特別提及小型模塊反應堆技術。拜登政府表示,美國94座核反應堆對於實現2050年前經濟達到淨零碳排放的目標是必不可少的。環保團體綠色和平也不再以安全性問題為由反對發展核電。現在氣候變化的威脅變得日益緊迫,擴大發展核能得到了美國兩黨的支持,技術進步提高了核能的效率和安全性,美國政府為發展核電投入了數十億美元。據時代週刊報導,美國只新建了兩座核反應堆,頁岩氣的開發使天然氣價格大幅下降,太陽能和風能等可再生能源得到了豐厚的補貼,核電的競爭力因此有所減弱。目前,美國20%的電力來自核能,50%的零碳排放電力是核電。預計無論在美國國內還是全世界,核電的比例都會持續增長。據國際原子能機構(IAEA)預測,全球核電容量到2050年將翻一番。美國能源部非常看好核能的潛力,並宣傳稱1千兆瓦核反應堆的發電量,相當於300萬塊太陽能面板或400多台風力渦輪機的發電量。 

新一代核能技術更安全,美國國防部資助的X-energy計劃建設80兆瓦模塊化核反應堆,可以組裝成更大的反應堆。Oklo正在開發一款浴缸大小的微型反應堆,能夠為世界各地的偏遠農村和社區供電。麻省理工學院教授布翁焦爾諾說:“現在發展核能的條件有利。”越來越多的人對氣候變化感到擔憂,而核能技術的進步提高了核能的安全性和效率。能源未來倡議的負責人黑齊爾表示,先進核能是實現脫碳的突破性技術之一。黑齊爾稱核電技術不再依賴輕水作為冷卻劑,而是採用熔鹽和高溫氣體,濃縮鈾可持續時間更長、效率更高,建設小型反應堆的能力增強,建設成本更低且不需龐大用地。他指出,如果微型反應堆在經濟上可行,並且可以得到成功部署,就能夠在全世界打開市場,包括發展中國家。黑齊爾稱即使太陽能和風能等可再生能源技術被廣泛應用,間歇性問題仍然存在,並且需要儲能容量。因此,核能這種既清潔又穩定的電力來源依舊必不可少。美國能源部稱與其他清潔能源相比,核電佔用的土地面積更小,但發電量更高。美國能源部表示強烈支持發展先進核反應堆,尤其是小型模塊化反應堆和微型反應堆,以確保下一代核能技術可滿足能源需求並實現減排目標。布翁焦爾諾稱一些對於核能安全性的擔憂早已過時,核能技術一直在快速演化。 

三、美國核電發展的特色 

    美國幾乎所有的核電都來自1967年至1990年間建造的反應堆,從1977年到2013年,美國一直沒有新的核電項目。主要是因為美國自產能源豐富,便宜的天然氣發電在經濟上更具吸引力,儘管30多年來新建核電工程停滯不前,但美國對核電的依賴卻在增長。1980年,美國核電站發電量為251 TWh,佔全國總發電量的11%。2019年,核能發電量已增至809 TWh,佔總電力的近20%,全球核能發電量的30%以上。增長的大部分來自於1970年代末和1980年代上線的47座反應堆,這些反應堆在1977年之前全部獲准建造,使美國的核能發電能力增加了一倍多。通過改進更換燃料、維護和安全系統,美國核電工業取得了顯著的進步。平均核電成本已從2012年的42美元/ MWh降至2019年的30美元/ MWh。由於新建核電機組成本很高,美國特別重視核電廠的延役管理。1974年,美國成立核管理委員會(NRC),負責核工業的管理,尤其是反應堆、燃料循環設施、材料和廢棄物。20003月,NRC採取了一項歷史性舉措,將Calvert Cliffs核電廠兩台機組的運轉許可延長20年。20193月,NRC更新了Seabrook核電廠的許可證,將該機組延役20年,美國延役的核反應堆數量達到94個。延役後最高運轉期間可達80年。 

    NRC的反應堆監督和評估過程產生了19個關鍵領域(14個電廠安全指標、兩個輻射安全指標和三個安全指標)電廠績效的公開信息。每季度在NRC網站上報告每個指標的績效,根據其是否正常、是否受到監管監督、是否引發監管行動或是否不可接受)。在工業方面,1979年三里島事故後成立了核電運行研究所(INPO),以建立性能標準,定期對單個電廠進行測量。通常每18至24個月對每個成員工廠進行一次檢查。為提高美國發電能力,美國政府和工業界密切合作,為先進的三代反應堆進行設計認證。目前獲得美國設計認證設計包括:(1) 西屋AP1000,第一個獲得認證的三代+反應堆。四個在中國運營,兩個在美國建造。(2)GE-日立1300-1500 Mwe的先進沸水反應堆(ABWR)。(3)GE-日立的經濟型簡化沸水反應堆(ESBWR),總功率1600 MWe,具有被動安全功能。(4)韓國APR-1400反應堆,自2016年起在韓國運行,自2020年起在阿拉伯聯合酋長國運行。(5)NuScale多用途小型模塊化反應堆(SMR)示範裝置。美國能源部長格蘭洪稱美國有半數潔淨能源(碳排放量為零)來自核能發電,風力與太陽能發電尚無法做為基載電力。格蘭宏還說,美國政府對興建新的核反應爐「樂觀看待」,強調新設計的核反應爐跟美國現有的核電廠都非常安全。《經濟學人》指出,核能在美國最大的問題是新建核電廠的成本過高,所以小型堆(SMR)成為選項。



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