美研究報告指出大部分燃煤電廠適用于建設核電廠

2022 年9 月13 日，美能源部發(fā)布題為《將已關閉燃煤電廠改建為核電廠的益處與挑戰(zhàn)》的報告。報告由阿貢國家實驗室（ANL）、愛達荷國家實驗室（INL）和橡樹嶺國家實驗室（ORNL）在能源部核能辦公室的資助下合作完成。報告指出，大部分燃煤電廠可用于建設核電廠，并可帶來經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1 背景

美國是世界上第一核電大國，擁有92 臺在運核電機組，2021 年核電發(fā)電量約占美國總發(fā)電量的20%，為美國提供了50%以上的清潔電力。在凈零排放目標和大國競爭背景下，美國制定了振興和壯大核能工業(yè)的國家戰(zhàn)略，采取多項措施，積極推動核能發(fā)展。然而，適于建設核電廠的廠址是一種稀缺資源，是核電發(fā)展必需面對的一個重要問題。

美國燃煤發(fā)電量在2011 年達到峰值后一直在持續(xù)下降。主要受兩個因素影響，大量燃煤電廠已經(jīng)或計劃永久關閉。第一，美國《清潔空氣法》和各州的環(huán)境法規(guī)對燃煤電廠的氮氧化合物和二氧化碳等排放提出了嚴格的限制，燃煤電廠不得不增加相應的減排設備，導致成本上升。其次，燃煤電廠面臨來自天然氣電廠以及風能和太陽能等可再生能源電廠的激烈競爭。美國天然氣電廠具有相對較低的燃料成本和更高效的新型天然氣渦輪機技術，可再生能源電廠可獲得政府補貼，而燃煤電廠則存在向電網(wǎng)調度電力時間長、發(fā)電效率低等問題。在各方面因素綜合影響下，燃煤電廠逐漸失去市場競爭力，加快了永久關閉的步伐。在此背景下，美能源部資助了該報告的研究工作，評估在燃煤電廠建設核電廠的可行性。

2 主要內容和結論

2.1 核電選址研究的評估模型

報告將人口密度、地質條件（地震、坡度、滑坡、斷層線）、水文條件（濕地和開放水域、洪水、冷卻水）和其他因素（公園、自然保護區(qū)等受保護區(qū)域以及機場、軍事基地、化工廠等危險設施）等作為評估指標，并對指標進行數(shù)字化和綜合處理，將得到的數(shù)值與核電廠選址相關的閾值相比較，以判斷該廠址是否適用。指標的選取依據(jù)是美國聯(lián)邦法規(guī)第10 篇的《反應堆廠址標準》、美國核管會（NRC）頒布的《核電站適宜選址的通用標準》等；具體數(shù)據(jù)來源于美國地質調查局、聯(lián)邦應急管理局、聯(lián)邦航空管理局、美國人口調查局等官方機構及其他商業(yè)機構。

2.2 大部分燃煤電廠適于建設核電廠

報告對622 座燃煤電廠進行了評估，認為半數(shù)以上可用于建設核電廠：在349 座已關閉的燃煤電廠中，125 座可建設先進反應堆、35 座可建設大型輕水堆；在273 座在運燃煤電廠中，190 座可建設先進反應堆、96 座可建設大型輕水堆。其中部分廠址既適于建設先進反應堆，又適于建設大型輕水堆。先進反應堆是指小型模塊化反應堆和先進非輕水堆，包括鈉冷快堆、超高溫氣冷堆；大型輕水堆是指百萬千瓦級輕水堆。

2.3 經(jīng)濟效益

在燃煤電廠建設核電廠，由于可以對廠區(qū)土地、輸電線路、變電站、開關站、辦公樓、運輸?shù)缆返炔糠只A設施進行重復使用，核電廠的造價能夠降低。報告指出，在已關閉的燃煤電廠建設核電廠，可將核電廠的隔夜造價降低約15%～35%。同時，在已關閉燃煤電廠建設核電廠，還可消減燃煤電廠關閉給當?shù)亟?jīng)濟帶來的負面影響，為地區(qū)提供就業(yè)崗位、推動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。在燃煤電廠建設了92.4 萬千瓦核電廠，能夠為附近地區(qū)帶來超過650 個新工作崗位，使當?shù)氐慕?jīng)濟活動產(chǎn)值增加約2.75 億美元。

2.4 環(huán)境效益

報告指出，在燃煤電廠建設核電廠能夠帶來環(huán)境效益：可大幅降低空氣污染物和碳排放，有利于改善地區(qū)環(huán)境。一座120 萬千瓦燃煤電廠關閉后，在原址建設一座92.4 萬千瓦核電廠，所在地區(qū)溫室氣體排放量將下降86%，相當于50 多萬輛汽油車一年的碳排放量。同時還解決了原有煤電廠帶來的粉塵、廢氣等污染問題，大幅提高空氣質量，避免了空氣污染給工作人員和附近居民帶來的健康問題，如哮喘、肺癌等疾病。

2.5 挑戰(zhàn)

報告指出，原有廠址和基礎設施的重復使用可為核電建設帶來利好。然而，這些設施能否重復使用將面臨挑戰(zhàn)。核電廠運行條件（溫度、壓力等）與燃煤電廠不同，需對一些原有基礎設施的可重復利用性進行評審。例如，需要對原有燃煤電廠的冷凝器、渦輪機、泵、除氧器等設施的使用壽命、工作條件和安全性進行評估，確定是否可重復使用。

3 報告的現(xiàn)實意義和不足之處

3.1 為核電選址提供新思路

核電廠址資源稀缺，該研究為核電選址提供了新思路。核電成本是影響核電建設和發(fā)展的關鍵問題。在燃煤電廠建設核電廠，在為核電發(fā)展提供了可用廠址的同時，也有助于降低核電造價，緩解核電公司的投資壓力，有利于核電發(fā)展。同時，還可消減燃煤電廠關閉給社會和經(jīng)濟帶來的負面影響，保障可靠、安全的清潔能源供應，推動傳統(tǒng)化石能源發(fā)電向低碳電力轉型，為零碳經(jīng)濟和氣候目標的實現(xiàn)提供助力。

3.2 在核安全評估中存在不足

核電選址最重要的是安全問題。盡管美國家實驗室在開展研究時考慮了安全問題，但其考慮的核安全要素并不全面。根據(jù)國際原子能機構（IAEA）的核電選址安全導則，報告中所選取的指標和評估并不充分。例如，氣象條件和災害、颶風、濕度、降水以及沙塵暴等對核電選址的影響在這項研究中并未涉及。同時，廠址風向、氣流是否通暢是影響廢氣稀釋擴散的關鍵，也并未被該研究涉及。核電廠安全最重要的輻射防護問題也未得到充分評估。核電廠運行將產(chǎn)生乏燃料和放射性廢物。乏燃料的貯存和運輸、放射性廢物的排放和轉運等因素在選址過程中應得到充分考慮。此外，國際原子能機構認為核應急計劃的可實施性也應納入選址范疇，但該研究沒有對此進行充分考慮。

4 將燃煤電廠用于開展核電建設的最新進展

美國和羅馬尼亞的一些機構和企業(yè)正在積極采取行動，利用已關閉的燃煤電廠建設核電廠，并已取得實質性進展。

4.1 美2022 年《芯片與科學法》

拜登總統(tǒng)2022 年8 月簽署的2022 年《芯片與科學法》包含了支持在化石燃料電廠建設先進反應堆的內容。該法授權未來5 年為能源部撥款8 億美元，用于制訂和實施相關計劃，資助合格實體推進先進反應堆技術研發(fā)和示范。先進反應堆包括裂變堆、聚變堆和利用放射性核素衰變熱進行能源生產(chǎn)的系統(tǒng)。該法要求能源部優(yōu)先支持在已關閉或即將關閉的化石燃料電廠建設先進反應堆的項目。

4.2 美泰拉能源公司

美國泰拉能源公司（TerraPower）2021 年底宣布將在懷俄明州凱默勒的一座已關閉燃煤電廠建設其首座“Natrium 反應堆-儲能系統(tǒng)”示范電廠，美能源部也表示將投資支持該項目。懷俄明州是美煤炭生產(chǎn)量最大的州，并且該州80%的發(fā)電量源自燃煤電廠，但2005 年后燃煤電廠關閉數(shù)量逐漸增加。該示范項目由一個34.5 萬千瓦小型鈉冷快堆發(fā)電模塊和一個熔鹽儲能模塊組成。其中，創(chuàng)新的熔鹽儲能模塊可將輸出功率提升至50 萬千瓦。因此，該示范電廠具有功率調節(jié)功能，可調峰運行，實現(xiàn)削峰填谷。該核電廠計劃于2024 年開工。

4.3 美馬里蘭州

美國馬里蘭州能源管理局2022 年6 月份宣布向X 能源公司（X-energy）和富勞斯特堡州立大學提供資助，用于評價利用燃煤電廠基礎設施建設小型高溫氣冷堆Xe-100 的可行性。Xe-100 是由X 能源公司在美國能源部的資助下研發(fā)。Xe-100裝機容量為8萬千瓦，使用鈾-235豐度為10%的三元結構各向同性（TRISO）燃料。該評價將關注在燃煤電廠建設Xe-100 的經(jīng)濟可行性及其能夠在更廣泛領域帶來的效益，包括降低碳排放、相關基礎設施能得到繼續(xù)使用、保留高薪工作崗位、為制造業(yè)和建筑業(yè)提供商業(yè)機會等。相關研究成果將于2022年底前提交。

4.4 羅馬尼亞國家核電公司

羅馬尼亞國家核電公司（Nuclearelectrica）和諾瓦電力與天然氣公司（Nova Power &Gas）2022 年9 月宣布組建合資企業(yè)RoPower 核公司（RoPower Nuclear），將與美國紐斯凱爾電力公司（NuScale Power）合作在多伊切什蒂（Doicesti）燃煤電廠建設一座模塊化小型壓水堆電廠。該電廠將包括6 座7.7 萬千瓦小堆，總裝機容量為46.2萬千瓦。該小堆是由紐斯凱爾在5萬千瓦版基礎上推出的7.7萬千瓦版小堆。紐斯凱爾5 萬千瓦小堆已通過美國核管會的設計認證，并且是唯一通過核管會此類認證的小堆。

5 小結

美92 臺在運核電機組集中分布于東部和中部，多數(shù)為內陸核電廠。報告評估的、可用于建設核電廠的燃煤電廠，多分布在中西部、東南和西南的內陸和沿海地區(qū)。核電廠址是稀缺資源,美開展在燃煤電廠建設核電廠的可行性研究，表明美國也正在尋求核電廠址不足的解決方案，滿足核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，促進凈零排放目標的實現(xiàn)。值得一提的是，近期美和羅馬尼亞等國的相關企業(yè)和機構已啟動在燃煤電廠建設核電廠的相關工作。燃煤電廠已成為核電建設的新選擇。