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1、在運(yùn)反應(yīng)堆

2019年，美國核能發(fā)電量為8430億kWh，約占總發(fā)電量的19%。

美國在近30年內(nèi)幾乎沒有建造新反應(yīng)堆，2020年后不久預(yù)計(jì)將有兩個(gè)新機(jī)組上線。自2007年年中以來，美國國內(nèi)申請(qǐng)了16個(gè)許可證，可建造24個(gè)新核反應(yīng)堆。

美國幾乎所有的核電都來自1967年至1990年間建造的反應(yīng)堆。

從1977年到2013年，美國一直沒有新的核電項(xiàng)目。主要是因?yàn)槎嗄陙恚烊粴獍l(fā)電被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上更具吸引力，而且由于反對(duì)派經(jīng)常延長1970年代和1980年代的施工進(jìn)度，再加上1979年三哩島核事故后對(duì)核安全擔(dān)憂的加劇，核電建設(shè)一直止步不前。

2007年，美國田納西河谷管理局(TVA)決定開始新核電機(jī)組建設(shè)。

2016年，美國國內(nèi)啟動(dòng)了另一座壓水堆——瓦茨巴(Watts Bar)核電站2號(hào)機(jī)組。

盡管30多年來新建工程幾乎停滯不前，但美國對(duì)核能的依賴卻在增長。

1980年，美國核電站發(fā)電量為251 TWh，占全國總發(fā)電量的11%。

2019年，核能發(fā)電量已增至809 TWh，占總電力的近20%，全球核能發(fā)電量的30%以上。

增長的大部分來自于1970年代末和1980年代上線的47座反應(yīng)堆，這些反應(yīng)堆在1977年之前全部獲準(zhǔn)建造，使美國的核能發(fā)電能力增加了一倍多。

通過改進(jìn)現(xiàn)有核電廠的換料、維護(hù)和安全系統(tǒng)，美國核工業(yè)在電廠利用方面也取得了顯著的進(jìn)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。

2、反應(yīng)堆壽命延長和管理

1974年，美國成立核管理委員會(huì)(NRC)，負(fù)責(zé)核工業(yè)的管理，尤其是反應(yīng)堆、燃料循環(huán)設(shè)施、材料和廢物(以及核材料的其他民用)。

2000年3月，NRC采取了一項(xiàng)歷史性舉措，將卡爾弗特克利夫斯(Calvert Cliffs)核電廠兩臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行許可證再延長20年。

2019年3月，NRC更新了錫布魯克(Seabrook)核電廠的許可證，將該機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間延長了20年，至2050年。

這使得美國更新許可證的核反應(yīng)堆數(shù)量達(dá)到94個(gè)，其中幾個(gè)已經(jīng)關(guān)閉。

因此，幾乎所有的美國動(dòng)力反應(yīng)堆都有可能獲得60年的運(yùn)行許可，業(yè)主承擔(dān)主要的基建工程，以在30-40年左右對(duì)其進(jìn)行升級(jí)。

執(zhí)照續(xù)期過程通常需要花費(fèi)1600萬至2500萬美元，此類續(xù)期的程序，包括公開會(huì)議和徹底的安全審查，程序手續(xù)都比較完善。

最初的40年期許可證，基本是以20年為增量續(xù)期，因?yàn)?0年期更多的是用于資本攤銷，而不是暗示反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)僅適用于該運(yùn)營壽命。

這也是一項(xiàng)保守的措施，不過自那以來的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定并解決了限制電廠壽期的因素。

NRC目前正在考慮將經(jīng)營許可證延長60年至80年的申請(qǐng)，以及隨后的許可證續(xù)期(SLR)計(jì)劃。

截至2021年10月：

美國桃花谷核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))

批準(zhǔn)的反應(yīng)堆(運(yùn)營到80年)：土耳其角(Turkey Point)核電站3&4號(hào)機(jī)組、桃花谷(Peach Bottom )核電站2&3號(hào)機(jī)組、薩里(Surry)核電站1&2號(hào)機(jī)組。

北安娜核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))

正在審查的反應(yīng)堆：北安娜(North Anna)核電站1&2號(hào)機(jī)組、波因特海灘(Point Beach)核電站1&2號(hào)機(jī)組、奧科尼(Oconee)核電站1, 2&3號(hào)機(jī)組。

布朗輪渡核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))

預(yù)計(jì)通過的反應(yīng)堆：布朗輪渡(Browns Ferry)核電站1, 2&3號(hào)機(jī)組、不倫瑞克(Brunswick)核電站1&2號(hào)機(jī)組、卡拉威(Callaway)核電站1號(hào)機(jī)組、卡托芭(Catawba)核電站1&2號(hào)機(jī)組、H.B羅賓遜(H.B.Robinson)核電站2號(hào)機(jī)組、麥克奎爾(McGuire)核電站1&2號(hào)機(jī)組、哈里斯(Harris)核電站1號(hào)機(jī)組、圣盧西(St.Lucie)核電站1&2號(hào)機(jī)組。

2020年10月，杜克能源表示，他們打算為其所有的11座反應(yīng)堆尋求第二次20年的續(xù)期更新。

許可證延長至60年及以上意味著，可以進(jìn)行重大的中年翻新，例如更換蒸汽發(fā)生器以及升級(jí)儀表和控制系統(tǒng)。

電廠主動(dòng)部件(如泵和閥門)的可操作性受到持續(xù)審查，需要評(píng)估被動(dòng)部件是否老化，這些老化可能會(huì)削弱它們的使用功能。

美國能源部(DOE)、電力研究所(EPRI)和美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)都有針對(duì)這一問題的研發(fā)計(jì)劃。

NRC的反應(yīng)堆監(jiān)督和評(píng)估過程產(chǎn)生了19個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域(14個(gè)電廠安全指標(biāo)、兩個(gè)輻射安全指標(biāo)和三個(gè)安全指標(biāo))電廠績效的公開信息。

每季度在NRC網(wǎng)站上報(bào)告每個(gè)指標(biāo)的績效，根據(jù)其是否正常、是否受到監(jiān)管監(jiān)督、是否引發(fā)監(jiān)管行動(dòng)或是否不可接受(在這種情況下，工廠可能會(huì)被關(guān)閉)。

在工業(yè)方面，1979年三里島事故后成立了核電運(yùn)行研究所(INPO)，以建立性能標(biāo)準(zhǔn)，定期對(duì)單個(gè)電廠進(jìn)行測量。通常每18至24個(gè)月對(duì)每個(gè)成員工廠進(jìn)行一次檢查。

2011年3月，日本福島核電站發(fā)生事故后，外部認(rèn)識(shí)到，反應(yīng)堆被淹沒，急救行動(dòng)不足很容易加劇事故，對(duì)此，美國核工業(yè)制定了“靈活(FLEX)”事故應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略。在全國擁有61個(gè)中心和2個(gè)國家中心，共同提供在24小時(shí)內(nèi)應(yīng)對(duì)全國任何地方核電站事故的能力。

3、核工業(yè)發(fā)展

揚(yáng)基·羅核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))

美國是核電發(fā)展的先驅(qū)。

美國西屋公司設(shè)計(jì)了第一個(gè)完全商業(yè)化的壓水堆——揚(yáng)基·羅(Yankee Rowe)，這是一個(gè)容量為250 MWe的機(jī)組，于1960年啟動(dòng)，1992年運(yùn)行。

與此同時(shí)，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了沸水反應(yīng)堆——德累斯頓(Dresden)1號(hào)機(jī)組，也是通用電氣設(shè)計(jì)的第一座商業(yè)工廠(250 MWe)，于1960年啟動(dòng)。

1957年至1963年，沸水原型堆Vallecitos運(yùn)行。

到20世紀(jì)60年代末，美國開發(fā)容量超過1000 MWe的壓水堆和沸水堆反應(yīng)堆機(jī)組，一項(xiàng)重大建設(shè)項(xiàng)目正在進(jìn)行中。

實(shí)際上，這些仍然是美國商業(yè)化建造的唯一類型。

1979年三里島事故后，美國的核開發(fā)遭受了重大挫折，這實(shí)際上也驗(yàn)證了西方反應(yīng)堆非常保守的設(shè)計(jì)原則，在事故中沒有人受傷或暴露于有害輻射。

不過，還是有許多訂單和項(xiàng)目被取消或暫停，核建筑行業(yè)陷入了20年的低迷。

然而，到1990年，已有100多個(gè)商業(yè)動(dòng)力反應(yīng)堆投入使用。其中大多數(shù)是由受監(jiān)管的公用事業(yè)公司建設(shè)的，這些公用事業(yè)公司通常以國家為基礎(chǔ)，這意味著它們將資本成本(例如，延遲之后的資本成本)納入其費(fèi)率基礎(chǔ)，并將其與電力銷售進(jìn)行攤銷。

他們的消費(fèi)者承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)并支付資本成本。隨著一些州放松電力管制，股東承擔(dān)任何資本超支的風(fēng)險(xiǎn)，電力被出售到競爭激烈的市場。

從操作上看，從20世紀(jì)70年代起，美國核工業(yè)極大地提高了其安全性和操作性能，到本世紀(jì)初，它已躋身于世界領(lǐng)先行列，平均凈容量因數(shù)超過90%。

能夠取得這一成績，主要由于隨著1992年《能源政策法案》的通過，美國工業(yè)繼續(xù)放松管制。

1998年后，變化加速，包括影響核電廠所有權(quán)和管理的兼并和收購。

4、設(shè)計(jì)認(rèn)證

為提高美國發(fā)電能力，美國政府和工業(yè)界密切合作，為先進(jìn)的三代反應(yīng)堆進(jìn)行設(shè)計(jì)認(rèn)證。

核管理委員會(huì)(NRC)的設(shè)計(jì)認(rèn)證表示，在徹底檢查是否符合安全要求后，可以在美國的任何地方建造通用類型的反應(yīng)堆(如西屋AP1000)。通過現(xiàn)場特定許可程序并獲得施工和運(yùn)行許可證，然后才能開始施工，15年后需要更新設(shè)計(jì)認(rèn)證。

目前獲得美國設(shè)計(jì)認(rèn)證設(shè)計(jì)包括：

西屋AP1000，第一個(gè)獲得認(rèn)證的三代+反應(yīng)堆。這是之前認(rèn)證的西屋AP600的放大版，采用模塊化設(shè)計(jì)，將施工時(shí)間縮短至36個(gè)月。四個(gè)在中國運(yùn)營，兩個(gè)在美國建造。

GE日立1300-1500 MWe先進(jìn)沸水反應(yīng)堆(ABWR)。日本目前有多個(gè)ABWR正在運(yùn)營和建造中。東芝參與了一些項(xiàng)目建設(shè)，最近東芝在美國大力推廣了該設(shè)計(jì)。

東芝和GE日立版本都需要從2012年起更新其設(shè)計(jì)認(rèn)證。東芝于2016年年中撤銷了其設(shè)計(jì)認(rèn)證續(xù)期申請(qǐng)。

GE日立的經(jīng)濟(jì)型簡化沸水反應(yīng)堆(ESBWR)，總功率1600 MWe，具有被動(dòng)安全功能，由ABWR開發(fā)。

GE日立于2005年8月提交了申請(qǐng)，2011年3月通知了設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，2014年9月進(jìn)行了設(shè)計(jì)認(rèn)證。

2015年5月，費(fèi)米(Fermi )核電站3號(hào)機(jī)組獲得了第一個(gè)施工和運(yùn)營許可證(COL)，2017年6月，北安娜核電站3號(hào)機(jī)組獲得了第二個(gè)施工和運(yùn)營許可證。

韓國新古里核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))

韓國APR-1400反應(yīng)堆，自2016年起在韓國運(yùn)行，自2020年起在阿拉伯聯(lián)合酋長國運(yùn)行。2013年10月，韓國水電和核電公司向NRC提交了設(shè)計(jì)認(rèn)證申請(qǐng)，2015年3月，NRC接受了修改后的申請(qǐng)。最終安全報(bào)告于2018年9月發(fā)布，2019年5月獲得設(shè)計(jì)認(rèn)證。

NuScale多用途小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)示范裝置，該反應(yīng)堆為愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃的60 MWe整體式壓水堆。根據(jù)西方核倡議，預(yù)計(jì)隨后將在西方各州部署12個(gè)模塊發(fā)電廠。

2017年，NRC接受了NuScale的設(shè)計(jì)認(rèn)證申請(qǐng)。2020年8月，NuScale完成了NRC設(shè)計(jì)認(rèn)證的第六個(gè)也是最后一個(gè)階段，9月，NRC發(fā)布了50 MWe版本的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，這是第一個(gè)獲得該認(rèn)證的SMR。

2013年，NuScale獲得了能源部高達(dá)2.26億美元的設(shè)計(jì)支持，并于2017年9月申請(qǐng)了第二部分貸款擔(dān)保。該公司正在尋求對(duì)77 MWe版本的單獨(dú)批準(zhǔn)。

預(yù)計(jì)將接受美國設(shè)計(jì)認(rèn)證的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)：

Rosatom表示，俄羅斯VVER-1200反應(yīng)堆目前正在俄羅斯新沃羅涅日(Novovoronezh)核電站2號(hào)機(jī)組和列寧格勒(Leningrad)核電站2號(hào)機(jī)組運(yùn)行，可能會(huì)通過俄羅斯原子能海外公司提交給美國設(shè)計(jì)認(rèn)證。

以前接受美國設(shè)計(jì)認(rèn)證的反應(yīng)堆：

中國臺(tái)山核電一期工程(圖源：網(wǎng)絡(luò))

美國進(jìn)化動(dòng)力反應(yīng)堆(US EPR)，是阿海琺EPR的改版，使歐洲設(shè)計(jì)與美國電力頻率一致。該類型主要發(fā)展是通過了UniStar核能認(rèn)證。

該申請(qǐng)于2007年12月提交，設(shè)計(jì)認(rèn)證規(guī)則預(yù)計(jì)在2015年年中之后，由于數(shù)字儀表和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性而延遲。阿海琺隨后推遲了NRC時(shí)間表，并于2015年3月無限期暫停了申請(qǐng)。

1600 MWe的EPR在芬蘭、法國、英國有項(xiàng)目正在建造中，中國臺(tái)山核電站已經(jīng)開始運(yùn)行。

US-APWR設(shè)計(jì)(圖源：網(wǎng)絡(luò))

三菱US-APWR-1700設(shè)計(jì)，是從日本敦賀計(jì)劃的1538 MWe反應(yīng)堆設(shè)計(jì)發(fā)展而來。該申請(qǐng)于2007年12月提交，認(rèn)證預(yù)計(jì)于2016年2月完成，但三菱將NRC的時(shí)間表推遲了“幾年”。2014年10月，幾乎相同的EU-APWR獲得了歐洲認(rèn)證。三菱公司為科曼奇峰項(xiàng)目提出了兩個(gè)US-APWR反應(yīng)堆，但三菱公司已退出該項(xiàng)目。

一些小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)設(shè)計(jì)正在向NRC申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)認(rèn)證或施工許可證和運(yùn)行許可證：

BWRX-300(圖源：網(wǎng)絡(luò))

GE日立核能于2019年12月向NRC提交了BWRX-300的許可申請(qǐng)文件。該公司表示，該設(shè)計(jì)“利用了經(jīng)NRC認(rèn)證的ESBWR的設(shè)計(jì)和許可基礎(chǔ)”，并且“代表了通用電氣自1955年開始開發(fā)核反應(yīng)堆以來最簡單但最具創(chuàng)新性的BWR設(shè)計(jì)”

Holtec SMR-160 PWR示范機(jī)組(圖源：網(wǎng)絡(luò))

Holtec國際公司于2020年11月宣布，已開始與NRC進(jìn)行許可程序。在DOE的支持下，提議在薩凡納河現(xiàn)場建設(shè)一座160 MWe Holtec SMR-160 PWR示范機(jī)組(帶外部蒸汽發(fā)生器)，并可能申請(qǐng)施工許可證，或在加拿大申請(qǐng)類似許可證。

2016年9月，三菱電力產(chǎn)品公司及其日本母公司成為該項(xiàng)目的合作伙伴，負(fù)責(zé)儀控設(shè)計(jì)并協(xié)助許可。2017年，SNC Lavalin加入該項(xiàng)目。南卡羅來納州和紐胡布州也支持這一提議。