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美国小堆商业化取得重大进展
2017-8-15

美国小堆商业化取得重大进展

       由于小型模块堆(SMR)拥有初始投资低,适于为电网不发达地区供电等一系列大型反应堆不具备的特点,市场前景广阔,美国、俄罗斯等核工业国家均在大力推动本国SMR技术的发展。根据国际原子能机构(IAEA)公布的信息,目前共有超过10个国家在开展小堆研究,并已公布约50种SMR设计。因此,可以说,全球正在开展一场SMR研发竞赛,最早建成首堆、并能证明其经济性和安全性的技术开发商将能在未来的市场竞争中拔得头筹。在美国政府的大力支持下,美国SMR技术开发商正在积极参加这场竞赛,并于近期在SMR商业化应用道路上取得两项重大进展。第一项是美国核管会(NRC)2016年12月31日收到首份SMR设计认证申请。第二项是核管会2017年1月12日宣布正式接收一份早期厂址许可证申请(ESP),因此即将启动对首个SMR厂址的评审。

首份SMR设计认证申请

       美国核管会2016年12月31日收到首份SMR设计认证申请,即纽斯凯尔电力公司(NuScale Power)SMR设计认证申请。这是核管会迄今收到的首份SMR设计认证申请。

       核管会将在未来2个月开展相关评估,以确定这份申请是否完整——是否需要纽斯凯尔提供其他信息。核管会已设定在40个月内完成这份申请评审的目标。一旦完成评审,核管会将会发放有效期为15年的设计合格证,从而为使用这种设计在美国建设核电厂奠定基础。

       纽斯凯尔表示,只要获得设计合格证,该公司SMR将能在制造、建设和运行领域创造数以千计的工作岗位,帮助美国重新占据核技术的全球领导地位,并为核管会评审其他先进反应堆设计铺平道路。该公司保守估计,到2035年全球SMR装机容量将达55~75 GWe——相当于超过1000个纽斯凯尔发电模块。纽斯凯尔SMR是一种50 MWe的一体化压水堆设计。

       根据目前的计划,由12个模块组成的首座纽斯凯尔SMR电厂将于2026年在爱达荷国家实验室(INL)建成投运。该电厂的业主是犹他州联合市政电力系统公司(UAMPS),运营商是西北能源公司(Energy Northwest)。

    正式启动首个SMR厂址评审

       核管会2017年1月12日在其官网上宣布,决定正式接收一份ESP申请。为在橡树岭附近的克林奇河(Clinch River)建设一座SMR电厂,田纳西流域管理局(TVA)2016年5月提交这份申请,并在此后不断向核管会提交补充信息。

       正式接收这份申请,意味着核管会即将启动对首个SMR厂址的技术评审。ESP评审用于在不指定任何技术选项的前提下,从厂址安全、环境影响和应急等角度确认厂区是否适于建设核电厂。ESP有效期为10~20年,到期后可申请延长10~20年。

       在2016年5月的申请中,田管局表示准备在橡树岭附近一个486公顷的厂址上建设总装机容量为800 MWe的2个或更多的SMR模块。这是核管会收到的首份与SMR相关的申请。

  重视SMR发展的原因

       根据国际原子能机构的定义,小堆是装机容量在300 MWe以下的反应堆。美国能源部在IAEA小堆概念的基础上加入了模块化理念,提出了SMR概念,即采用模块化设计方法,可以在工厂制造,并通过铁路、船舶和公路运输至电力公司指定厂区的装机容量小于300 MWe的反应堆。

       相对于目前得到广泛使用的大型反应堆,SMR具有初始投资小、建设周期短、多用途、安全性好等诸多优势,美国能源部近年来一直大力支持国内技术开发商推进SMR商业化,并认为SMR能够帮助美国实现下述三个目标。

       首先,抢占国内外SMR市场,促进美国经济发展。由于装机容量小,安全性好,对电网的要求不高,尤其适于为电网不太发达的发展中国家或发达国家偏远地区供电,并可用于供暖、海水淡化、工业制氢等许多其他用途,因此SMR拓展了核反应堆应用范围,市场前景广阔。经合组织核能机构(OECD/NEA)2016年10月的一份报告预计,SMR装机容量到2035年将达21 GWe,占全球核电总装机容量的约3%。UxC咨询公司2013年预计,SMR装机容量2040年在中值情景中将达到22 GWe;在低值情景中将为9 GWe。英国国家核实验室(NNL)2014年公布的预测结果更高:2035年全球SMR市场规模达将65~85 GWe,前提是SMR相对于大堆具有经济竞争力。因此,能源部认为加速推进SMR商业化,将有助于恢复美国在核反应堆技术方面的领导地位,使SMR技术能够满足美国的安全和不扩散标准,帮助美国供应商在未来的市场竞争中抢占有利位置,从而在国内创造高价值工作岗位,进而促进美国经济的发展。

       第二,替换老旧燃煤电厂,帮助美国在降低碳排放的同时满足国内电力需求。根据美国环保署最新颁布的有关空气污染的严格法规,美国必须关闭部分燃煤电厂。美国约60 GWe的燃煤电厂是在1975年之前建设的,这些电厂的装机容量通常为50~300 MWe。SMR被视为这些燃煤电厂的潜在替代方案。美国前总统奥巴马2015年3月签署的一份行政命令《未来十年联邦可持续发展规划》,要求美国联邦机构到2025年必须将可再生能源和替代清洁能源在能源消耗量中所占份额提升至25%。该行政命令明确将SMR指定为有助于实现这一目标的替代清洁能源技术,这在美国联邦或州层级的文件中尚属首次。

       第三,帮助美国国防部应对两个重要挑战。第一个挑战是军事基地对脆弱民用电网的依赖。美国军事基地99%的电力供应依赖民用电网,一旦民用电网因故障或人为破坏而在较长时间内不能供电,这些军事基地将丧失关键的情报、通信和后勤能力。第二个挑战是保障美国前线作战部队能源需求。国防部将SMR(小型、模块化且可运输)作为应对上述两个挑战的重要候选方案,因此积极支持能源部推进SMR商业化。

支持措施

       为了帮助SMR开发商尽早跨越在技术研发到商业化应用之间的“死亡之谷”,美国能源部为SMR开发商应对各种商业化挑战提供了全方位支持,包括技术研发支持、取证支持、厂址支持等。对于未来的首批SMR电厂,能源部还可能提供贷款担保以及签署购电协议等其他支持。
    
   美国能源部2011年首次启动了专门的SMR技术研发和部署支持计划。对于还需要较长时间才能够启动商业部署的创新型SMR技术,能源部根据技术开发商的要求,资助国家实验室、大学和工业界开展相关研究工作,其研究主要聚焦于四个方面:

       开发先进SMR技术和特征的评估方法;

       开展材料、燃料和制造技术的开发和测试工作;

       解决核管会和工业界发现的重要监管问题;

       开发先进仪控系统和人机交互接口。

       对于基于成熟轻水堆技术、能够在近期启动商业部署的SMR技术,能源部制定并执行了SMR取证支持计划。在该计划下,能源部2012年和2013年各举行了一次公开招标,并分别于2013年和2014年与两轮招标的获胜者即巴布科克·威尔科克斯公司(B&W)和纽斯凯尔电力公司签署合作协议。根据合作协议,能源部在未来五年内将以费用共担的方式为这两家公司提供总计4.52亿美元资金,以帮助这两家公司推进SMR商业化,并主要聚焦于帮助这两家公司早日获得核管会颁发的SMR设计合格证。

      为了帮助SMR开发商早日建成首堆,能源部还向开发商提供了厂址,并帮助开展厂址表征工作。核管会收到的首份SMR相关申请是田管局2016年5月提交的ESP申请。该申请提及的厂址位于能源部下属的橡树岭国家实验室(ORNL)。首座纽斯凯尔SMR电厂也将在能源部下属的另一家实验室——爱达荷国家实验室建设。除了提供厂址,能源部还与相关企业签署了以费用共担的方式资助后者开展厂址表征工作的协议:2015年与纽斯凯尔和犹他州联合市电签署一份为期三年的厂址表征协议,资助额为1670万美元;田管局ESP申请的编制也获得了能源部的资助。根据2015年7月签署的一份五年期协议,能源部将支持田管局编制SMR的建设和运行联合许可证申请。

       对于未来的首批SMR电厂,能源部可能通过签署购电协议和提供贷款担保等形式提供支持。

       能源部对SMR的支持目前已得到其他国家SMR技术开发商的关注。加拿大小型熔盐堆开发商特里斯特尔能源公司(Terrestrial Energy)2016年12月宣布,计划在2019年10月前向核管会提交熔盐堆IMSR-400的设计认证申请或建设许可证申请。该公司还表示正在对四个候选厂址进行评估。其中一个厂址位于爱达荷国家实验室,另外三个厂址位于密西西比州东部。该公司在2016年9月曾表示,将致力于为建设示范堆申请总额达12亿美元的美国联邦政府贷款担保。

来源:中国核电信息网

  
 
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