美國核能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2023年12月，美國在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第28 次締約方（COP28）大會上聯(lián)合二十多個國家共同承諾，放棄使用化石燃料，并在2050 年將全球核能裝機容量較2020 年增加兩倍。美國近兩屆政府均出臺政策法案，推動核能發(fā)展。促進核科學與技術發(fā)展、提升本國核工業(yè)實力、強化核能技術出口已成為美未來主要發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)積極支持核能發(fā)展

美國兩黨已對推動核能發(fā)展形成共識。共和黨重視傳統(tǒng)能源，對核能表現(xiàn)出積極態(tài)度，黨綱曾呼吁擴大核能規(guī)模。特朗普政府也將核能發(fā)展作為國家戰(zhàn)略，堅決保持領先。民主黨重視氣候問題和可再生能源，2020 年發(fā)布的黨綱首次改變立場，表示支持包括核能在內(nèi)的所有零碳技術。拜登政府也重返巴黎協(xié)定，將核能作為實現(xiàn)氣候目標的重要手段，基于現(xiàn)有的核能戰(zhàn)略，頒布一系列政策法案，為核能發(fā)展等提供財政支持。此外，美民眾對核能發(fā)展的支持力度也達到了新的高度。根據(jù)美國核學會2023 年6 月公布的信息，美國民眾中超75%支持核能，約70%支持在國內(nèi)新建更多核電廠。在美政府、公眾逐漸對支持核能達成事實上共識的背景下，核能進入發(fā)展機遇期和加速期。

2 能源部加大核能技術開發(fā)經(jīng)費投入

美持續(xù)加大對國內(nèi)核電廠可持續(xù)性、先進反應堆部署和核燃料循環(huán)發(fā)展等領域的資金投入，為核能振興提供有力支持。2017—2023 財年美國會為能源部核能辦公室的撥款逐年上升，從2017 財年10.3 億提高至2023 財年17.73 億。其中，2022 財年起新增“小企業(yè)創(chuàng)新研究”（SBIR）計劃、“中小企業(yè)技術轉(zhuǎn)移”（STTR）計劃和“技術商業(yè)化基金”（FCF）計劃的撥款，三項計劃聯(lián)同“大學核領導力”計劃在2023 財年撥款達到1.3億美元；用于小型模塊化反應堆的研究、開發(fā)和應用的經(jīng)費逐漸增加，從2019 財年10 億美元增加到2023 財年16.5 億美元；2020 財年起為“先進反應堆示范”計劃撥款，從2020 財年2.3 億美元增加到2023 財年2.85 億美元；核燃料循環(huán)研發(fā)和開發(fā)方面的經(jīng)費也大幅增加，從2017財年2 億美元增加至2023 財年4.22 億美元。其中，2020 財年起新增鈾開采、轉(zhuǎn)化和運輸方面的撥款，2022 財年起新增高豐度低濃鈾可用性方面的撥款。此外，核能賦能技術領域也得到持續(xù)投入，國會在2017—2023 財年為能源部的交叉技術開發(fā)領域年均撥款3443萬美元、為核科學用戶設施領域年均撥款3690 萬美元。

3 全面推動本國核工業(yè)的振興

在美恢復核能競爭優(yōu)勢戰(zhàn)略的共識下，美政府多領域推動國內(nèi)核技術、能力及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.1 提升現(xiàn)有機組的可持續(xù)性

美國現(xiàn)有93 臺在運核電機組，平均壽期約為42 年。美能源部實施輕水堆可持續(xù)發(fā)展計劃，目標是從科學和技術層面為勞動密集型的商業(yè)模式和相關實踐提供解決方案，同時對現(xiàn)有機組系統(tǒng)、結(jié)構和部件等進行老化管理使其能夠安全經(jīng)濟地運行。為實現(xiàn)相關目標，美重點關注運營成本、產(chǎn)品多樣化、機組延壽三項領域，通過數(shù)字技術研發(fā)推動現(xiàn)有機組現(xiàn)代化升級，開展評估以提高工廠運行和發(fā)電的靈活性，基于風險指引系統(tǒng)分析提高安全性和經(jīng)濟效率，并推動材料和實物安全技術的研發(fā)

3.2 提升先進反應堆技術成熟度

美重點關注降低技術風險和減少示范時間、研發(fā)能夠拓展核能市場機會的反應堆技術、支持能夠提高資源利用率的多樣化設計，對下一代核電廠、先進反應堆相關的研究、開發(fā)和部署活動提供資金支持。其中，下一代核電廠主要是示范高溫氣冷堆技術的可行性，探索電力、高溫工藝熱等核能綜合利用的實用性和適用性；“先進反應堆概念”計劃聚焦先進反應堆子系統(tǒng)研發(fā)，解決使用液態(tài)金屬冷卻、氟化鹽和氣體等冷卻劑的先進核能系統(tǒng)面臨的技術障礙；“先進小型模塊化反應堆示范”計劃重點集中在四個關鍵領域，包括開發(fā)先進小堆技術和特征的評估方法，開發(fā)和測試材料、燃料等技術，解決核管會和工業(yè)界確定的關鍵監(jiān)管問題，開發(fā)先進的儀控和人機系統(tǒng)。先進反應堆，尤其是小型模塊化反應堆成為美近期關注的重點，能源部和企業(yè)以成本共擔的模式推動10 種先進反應堆研發(fā)和商業(yè)化示范。

3.3 加速完善本國核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)

美燃料循環(huán)發(fā)展主要目標是消除國內(nèi)核燃料供應鏈短板、填補與先進反應堆配套的核燃料循環(huán)技術空白、評估廢物綜合管理系統(tǒng)建設方案。為此，美能源部設立燃料循環(huán)技術研發(fā)計劃，開發(fā)耐事故、經(jīng)濟性好的先進燃料，供輕水堆和下一代反應堆使用；開發(fā)乏燃料回收鈾等材料的工藝；開發(fā)乏燃料和高放廢物的貯存、運輸和永久處置技術；開發(fā)核材料保護、控制和問責等安保和保障技術。美還設立“高豐度低濃鈾供應”計劃，使用庫存濃縮鈾，并與國內(nèi)企業(yè)簽訂高豐度低濃鈾購買合同來刺激國內(nèi)高豐度低濃鈾供應鏈發(fā)展。此外，美能源部提出基于同意的選址，以公眾接受的、靈活的方法進行乏燃料貯存和處置設施的選址。

3.4 激勵科研院所、私營企業(yè)技術創(chuàng)新

美設立多個計劃，鼓勵企業(yè)和科研院所的核能技術創(chuàng)新，包括“核能賦能技術”計劃、“核能加速創(chuàng)新門戶”計劃和“核科學用戶設施”計劃等。這些計劃聚焦核工業(yè)界、高校和國家實驗室的核能技術創(chuàng)新，為核能技術創(chuàng)新和商業(yè)化提供所需的技術、能力、監(jiān)管和財政等方面的支持。具體而言，包括為核工業(yè)界提供實驗測試能力、先進建模仿真能力、已驗證的信息和數(shù)據(jù)、示范設施所需的場址，促進先進反應堆等的許可審批和監(jiān)管，資助小企業(yè)技術創(chuàng)新和技術轉(zhuǎn)讓，資助高校和國家實驗室基礎設施升級，支持和投資人才隊伍建設等。

4 政府高層主動出擊促進核能出口

美國政府近年來大力推動核能出口，振興國內(nèi)核能產(chǎn)業(yè)。核能出口地圖延伸到歐洲和亞太地區(qū)的新興國家市場，與波蘭達成3 臺AP1000機組出口合同，與羅馬尼亞、波蘭、愛沙尼亞等國家達成小堆建設協(xié)議，深化與印尼、菲律賓、泰國等國家的核能合作。同時，美還打入保加利亞、烏克蘭、捷克、芬蘭等國家核燃料市場，并涉足德國、瑞典、斯洛伐克、立陶宛等國家的核設施退役項目。此外，美國務院還建立“負責任地使用小型模塊化反應堆技術的基礎架構”（FIRST）計劃，以向目標國提供資金支持的方式，促進核能出口。2023 年，美政府還在COP28 大會上與法國、經(jīng)合組織核能機構等發(fā)布《加速模塊化小堆部署促進凈零排放》倡議，加快小堆的研發(fā)部署和運行。

美國還采用多種措施限制競爭對手核能發(fā)展。為贏得核電出口項目、壟斷地區(qū)市場，美政府拒絕韓企參與捷克共和國的核電項目競爭，西屋公司也針對韓國向波蘭、阿聯(lián)酋等國出口的APR1400 核電項目提起多起知識產(chǎn)權訴訟，形成持續(xù)干預和阻礙韓國核電出口的局面。

5 核能可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)

5.1 部分州仍處于“核暫停”狀態(tài)

美各州擁有高度的自制權，并擁有立法權。自上世紀70年代以來，美50個州中有16個頒布核能禁令。隨著美重視發(fā)展核能，2016—2023年有5個州重新選擇核能，但至今仍有11個州對核能仍實行不同程度的“暫?！闭撸⒎ń剐陆ǚ磻?、完全禁止核能和政策上限制核技術或設施的許可或測試。其中，多數(shù)州“核暫停”的主要原因是沒有對乏燃料永久處置的解決方案。據(jù)美能源部估算，國內(nèi)需要新增200 吉瓦的核電才能達成凈零排放目標，而推動各州解除“核暫?！睜顟B(tài)則成為其實現(xiàn)目標的關鍵。

5.2 大堆建設拖期超概，小堆商業(yè)化存不確定性

美大型核電廠近年來發(fā)展節(jié)奏緩慢，本世紀國內(nèi)僅啟動建設兩臺機組，原計劃最晚2017年全部投運，但截至2023 年底僅投運一臺機組，另一臺投運在即又因關鍵部件故障推遲投運。同時，兩臺機組的預計總造價也從140 億美元提高到超300 億美元。拖期超概現(xiàn)象降低美核工業(yè)界對大型輕水堆投資的信心。其次，美大力推動發(fā)展的小型模塊化反應堆等先進反應堆存在技術和監(jiān)管的不確定性。目前，先進反應堆均處于研究設計階段，技術成熟度較低，尚未有一臺機組示范運行，國內(nèi)尚未達成任何先進反應堆的訂單。此外，美正面臨大量核廢物處理難題，有研究顯示小型模塊化反應堆相比大型壓水堆將產(chǎn)生更多的放射性廢物。

6 結(jié)語

美各方正協(xié)力推動核能發(fā)展、恢復美核能領導地位，通過制定國家戰(zhàn)略對核能發(fā)展路線進行頂層設計，并持續(xù)增加財政投入為核能發(fā)展提供有力支持。為應對核工業(yè)振興過程中的各項挑戰(zhàn)，美聚焦支持本國現(xiàn)有機組的可持續(xù)性、大力提升先進反應堆技術成熟度、加速完善本國核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)、激勵科研院所和私營企業(yè)的技術創(chuàng)新等領域，振興核工業(yè)自身力量。同時，美政府主動出擊促進核能出口，爭取國外核能訂單重振核能信心，限制競爭對手核能發(fā)展。但目前美核能發(fā)展仍面臨多項挑戰(zhàn)，自由市場競爭環(huán)境下核能振興步伐緩慢。