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国家能源档案·美国核电篇:发电份额将保持大致稳定

2020-04-18 20:02  来源:国家能源报道    美国核电

据美国能源信息署的统计数据,核能每年大约为美国提供20%的发电量,是美国能源体系的重要组成部分。近年来,虽然美国核电舰队放慢了扩张速度(新建核反应堆项目仅有2个),但其重要地位并没有发生改变。美国能源部十分重视核能领域的科技研发,投入了大量资金,并出台了一系列激励措施,鼓励私人企业和科研机构、政府联手拓展核能潜力。其中,核聚变、小型模块核反应堆是美国能源部关注的重点。美国核电工业概况美国核能发电始于1958年的宾夕法尼亚州,最...


据美国能源信息署的统计数据,核能每年大约为美国提供20%的发电量,是美国能源体系的重要组成部分。近年来,虽然美国“核电舰队”放慢了扩张速度(新建核反应堆项目仅有2个),但其重要地位并没有发生改变。美国能源部十分重视核能领域的科技研发,投入了大量资金,并出台了一系列激励措施,鼓励私人企业和科研机构、政府联手拓展核能潜力。其中,核聚变、小型模块核反应堆是美国能源部关注的重点。


美国核电工业概况

美国核能发电始于1958年的宾夕法尼亚州,最古老的反应堆于1969年12月开始商业运行。截至2019年10月31日,美国共有58个商业运营的核电站(96个核反应堆)分布在国内29个州,它们的平均年龄约为38岁。

在美国所有核电站中,其中32个拥有2个核反应堆;3个核电站拥有3个核反应堆;位于纽约的印第安角能源中心有两个核反应堆,美国能源信息署将其算作两个独立的核电站。亚利桑那州的帕洛威尔德核电站是美国最大的核电站,拥有3个反应堆,夏季净发电装机容量为3937兆瓦。纽约的R·E·Ginna核电站是最小的核电站,有一个反应堆,夏季净发电装机容量为582兆瓦。

美国最新投入使用的核反应堆为巴茨2号机组,夏季净发电装机容量为1122兆瓦,于2016年10月开始商业运行。目前有两个核反应堆在建设之中:乔治亚州的沃格特尔3号、4号机组。

美国新反应堆上线时间

尽管2013年以来美国关闭了7个核反应堆,但截至2018年底美国核能总发电量与2003年拥有104个反应堆时的发电量大致持平。为了提高核电站的发电能力,电站加大了改造力度。这些升级改造加上高容量利用率,使得美国的核电站自1990年以来一直保持着20%发电量的稳定份额。一些反应堆还通过缩短离线换料时间,从而增加了年发电量。

乔治亚州沃格特尔3号、4号核电机组预计将于2021年和2022年投入使用。截至2018年4月,核管理委员会(NRC)共收到约18份新核反应堆开发申请,目前处于不同的审查阶段。根据目前的许可条例,一家寻求建设新反应堆的公司可以使用核管理委员会先前批准的反应堆设计,NRC颁发的设计认证独立于建造或运行新核电站的申请批准。当申请人使用NRC认证的反应堆设计时,这意味着与设计相关的所有安全问题都已得到解决,NRC审查的重点是施工质量,建造核电站可能需要5年或更长的时间。

美国能源信息署在《2019年年度能源展望》的参考案例中预测,2021年新上线的反应堆将增加核能发电能力,但部分反应堆退役、降额将导致核能发电总量在2050年之前的每一年,均低于2018年。

铀燃料生产情况

铀是核电站用于核裂变最广泛使用的燃料,这是一种在世界各地岩石中常见的金属,与其他元素结合在一起。在美国西部、澳大利亚、加拿大、中亚、非洲和南美都有经济上可开采的铀矿床。

2018年,美国核反应堆的所有者和运营商购买了大约4000万磅的铀,美国本地供应商提供了大约10%,剩余90%均进口于其他国家,其中:24%来自于加拿大,20%来自哈萨克斯坦,18%来自澳大利亚,13%来自俄罗斯,6%来自乌兹别克斯坦,5%来自纳米比亚,3%来自中国、尼日尔和南非等国。

根据美国能源信息署2019年5月发布的报告,美国2018年铀生产是近70年来的最低水平,大约为147万磅,是1950年以来的最低数,也是连续第四年下降。在1980年,美国生产了4370万磅的铀(达到历史上峰值),之后就一直处于下降水平。

这不仅使得美国不得不依靠进口来满足铀需求,也让国内铀市场就业人数不断减少,达到2003年以来最低水平。2004~2008年,随着铀价格的上涨,行业就业人数逐年增加,2008年达到峰值;2012~2018年,行业就业率每年都在下降,勘探就业人数出现了2008年以来的最大降幅。

科技创新驱动行业重振

近年来,美国核管会收到不少最新反应堆设计。其中比较典型的包括,Nuscale电力有限责任公司设计的集成压水反应堆,由12个小型模块化反应堆(SMR)组成。与传统型反应堆外壳相比较(高200英尺,宽120英尺),Nuscale新型反应堆及安全壳联合系统尺寸小(高76英尺,宽15英尺),更灵活。此外,国外公司也想积极打入美国核电市场,韩国电力公司、日本三菱重工有限公司、法国阿海珐核电设计公司都纷纷向美国核管会提交了新型设计反应堆。

为了进一步激发企业活力,美国能源部和核管会出台了一系列倡议及草案,鼓励发展先进反应堆。2013年7月,《先进反应堆技术授权基本框架联合倡议》解决了新建核反应堆的通用设计标准等问题。2015年,美国核管会与能源部共同主办了一系列先进核反应堆设计坊,次年4月,核管会发布了《先进非轻水堆设计标准草案》。2016年,美国能源部发布了《先进堆开发与部署愿景和战略》草案,表达了能源部加速部署先进堆的愿景,倡导模块式小堆及不依靠水冷却的先进堆。

美国核工业人士认为,境内的核电站正在经受廉价天然气、高补贴可再生能源和低电力需求的挑战。未来政府需要为核能打造公平的竞争环境,加快监管审查程序,才能保证美国核能技术的领导力。


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