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

1背景

美國(guó)是世界上第一核電大國(guó)，擁有92臺(tái)在運(yùn)核電機(jī)組，2021年核電發(fā)電量約占美國(guó)總發(fā)電量的20%，為美國(guó)提供了50%以上的清潔電力。在凈零排放目標(biāo)和大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)背景下，美國(guó)制定了振興和壯大核能工業(yè)的國(guó)家戰(zhàn)略，采取多項(xiàng)措施，積極推動(dòng)核能發(fā)展。然而，適于建設(shè)核電廠的廠址是一種稀缺資源，是核電發(fā)展必需面對(duì)的一個(gè)重要問題。

美國(guó)燃煤發(fā)電量在2011年達(dá)到峰值后一直在持續(xù)下降。主要受兩個(gè)因素影響，大量燃煤電廠已經(jīng)或計(jì)劃永久關(guān)閉。第一，美國(guó)“清潔空氣法”和各州的環(huán)境法規(guī)對(duì)燃煤電廠的氮氧化合物和二氧化碳等排放提出了嚴(yán)格的限制，燃煤電廠不得不增加相應(yīng)的減排設(shè)備，導(dǎo)致成本上升。其次，燃煤電廠面臨來自天然氣發(fā)電以及風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源電廠的激烈競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)天然氣發(fā)電具有相對(duì)較低的燃料成本和更高效的新型天然氣渦輪機(jī)技術(shù)，可再生能源電廠可獲得政府補(bǔ)貼，而燃煤發(fā)電廠則存在向電網(wǎng)調(diào)度電力時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)電效率低等問題。在各方面因素綜合影響下，燃煤發(fā)電廠逐漸失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，加快了永久關(guān)閉的步伐。在此背景下，美能源部資助了該報(bào)告的研究工作，評(píng)估在燃煤電廠廠址建設(shè)核電廠的可行性。

2主要內(nèi)容和結(jié)論

2.1核電選址研究的評(píng)估模型

報(bào)告將人口密度、地質(zhì)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(hù)區(qū)等受保護(hù)區(qū)域以及機(jī)場(chǎng)、軍事基地、化工廠等危險(xiǎn)設(shè)施）等作為評(píng)估指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)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(guān)的閾值相比較，來判斷該廠址是否適用。指標(biāo)的選取依據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)第10篇的《反應(yīng)堆廠址標(biāo)準(zhǔn)》、美國(guó)核管會(huì)頒布的《核電站適宜選址的通用標(biāo)準(zhǔn)》等；具體數(shù)據(jù)來源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、聯(lián)邦應(yīng)急管理局、聯(lián)邦航空管理局、美國(guó)人口調(diào)查局等官方機(jī)構(gòu)及其他商業(yè)機(jī)構(gòu)。

2.2大部分燃煤電廠適于建設(shè)核電廠

報(bào)告對(duì)622座燃煤電廠進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為半數(shù)以上可用于建設(shè)核電廠：在349座已關(guān)閉的燃煤電廠中，125座可建設(shè)先進(jìn)反應(yīng)堆、35座可建設(shè)大型輕水堆；在273座在運(yùn)燃煤電廠中，190座可建設(shè)先進(jìn)反應(yīng)堆、96座可建設(shè)大型輕水堆。其中部分廠址既適于建設(shè)先進(jìn)反應(yīng)堆，又適于建設(shè)大型輕水堆。先進(jìn)反應(yīng)堆是指小型模塊化反應(yīng)堆和先進(jìn)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(wàn)千瓦級(jí)輕水堆。

2.3經(jīng)濟(jì)效益

在燃煤電廠建設(shè)核電廠，由于可以對(duì)廠區(qū)土地、輸電線路、變電站、開關(guān)站、辦公樓、運(yùn)輸?shù)缆返炔糠只A(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重復(fù)使用，核電廠的造價(jià)能夠降低。報(bào)告指出，在已關(guān)閉的燃煤電廠建設(shè)核電廠，可將核電廠的隔夜造價(jià)降低約15%～35%。同時(shí)，在已關(guān)閉燃煤電廠建設(shè)核電廠，還可消減燃煤電廠關(guān)閉給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來的負(fù)面影響，為地區(qū)提供就業(yè)崗位、推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在燃煤電廠建設(shè)了92.4萬(wàn)千瓦核電廠，能夠?yàn)楦浇貐^(qū)帶來超過650個(gè)新工作崗位，使當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)值增加約2.75億美元。

2.4環(huán)境效益

報(bào)告指出，在燃煤電廠建設(shè)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(wàn)千瓦燃煤電廠關(guān)閉后，在原址建設(shè)一座92.4萬(wàn)千瓦核電廠，所在地區(qū)溫室氣體排放量將下降86%，相當(dāng)于50多萬(wàn)輛汽油車一年的碳排放量。同時(shí)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(zhì)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(bào)告指出，原有廠址和基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)使用可為核電建設(shè)帶來利好。然而，這些設(shè)施能否重復(fù)使用將面臨挑戰(zhàn)。核電廠運(yùn)行條件（溫度、壓力等）與燃煤電廠不同，需對(duì)一些原有基礎(chǔ)設(shè)施的可重復(fù)利用性進(jìn)行評(píng)審。例如，需要對(duì)原有燃煤電廠的冷凝器、渦輪機(jī)、泵、除氧器等設(shè)施的使用壽命、工作條件和安全性進(jìn)行評(píng)估，確定是否可重復(fù)使用。

3報(bào)告的現(xiàn)實(shí)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(shè)和發(fā)展的關(guān)鍵問題，在燃煤電廠建設(shè)核電廠在為核電發(fā)展提供了可用廠址的同時(shí)，也有助于降低核電造價(jià)，緩解核電公司的投資壓力，有利于核電發(fā)展。同時(shí)，還可消減燃煤電廠關(guān)閉給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來的負(fù)面影響，保障可靠、安全的清潔能源供應(yīng)，推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源發(fā)電向低碳電力轉(zhuǎn)型，為零碳經(jīng)濟(jì)和氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供助力。

3.2在核安全評(píng)估中存在不足

核電選址最重要的是安全問題。盡管美國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在開展研究時(shí)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(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的核電選址安全導(dǎo)則，報(bào)告中所選取的指標(biāo)和評(píng)估并不充分。例如，氣象條件和災(zāi)害、颶風(fēng)、濕度、降水以及沙塵暴等對(duì)核電選址影響在該報(bào)告的研究中并未涉及。同時(shí)，廠址風(fēng)向、氣流是否通暢是影響廢氣稀釋擴(kuò)散的關(guān)鍵，也并未被該研究涉及。核電廠安全最重要的輻射防護(hù)問題也未得到充分評(píng)估。核電廠運(yùn)行將產(chǎn)生乏燃料和放射性廢物。乏燃料的貯存和運(yùn)輸、放射性廢物的排放和轉(zhuǎn)運(yùn)等因素在選址過程中應(yīng)得到充分考慮。此外，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)為核應(yīng)急計(jì)劃的可實(shí)施性也應(yīng)納入選址范疇，但該研究沒有對(duì)此進(jìn)行充分考慮。

4將燃煤電廠用于開展核電建設(shè)的最新進(jìn)展

美國(guó)和羅馬尼亞的一些機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在積極采取行動(dòng)，利用已關(guān)閉的燃煤電廠建設(shè)核電廠，并已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

4.1美2022年《芯片與科學(xué)法》

拜登總統(tǒng)2022年8月簽署的2022年《芯片與科學(xué)法》包含了支持在化石燃料電廠建設(shè)先進(jìn)反應(yīng)堆的內(nèi)容。該法授權(quán)未來5為能源部撥款8億美元，用于制訂和實(shí)施相關(guān)計(jì)劃，資助合格實(shí)體推進(jìn)先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)研發(fā)和示范。先進(jìn)反應(yīng)堆包括裂變堆、聚變堆和利用放射性核素衰變熱進(jìn)行能源生產(chǎn)的系統(tǒng)。該法要求能源部?jī)?yōu)先支持在已關(guān)閉或即將關(guān)閉的化石燃料電廠建設(shè)先進(jìn)反應(yīng)堆的項(xiàng)目。

4.2美泰拉能源公司

美國(guó)泰拉能源公司（Terra Power）2021年底宣布將在懷俄明州凱默勒的一座已關(guān)閉燃煤電廠建設(shè)其首座“Natrium反應(yīng)堆—儲(chǔ)能系統(tǒng)”示范電廠，美能源部也表示將投資20億美元支持該項(xiàng)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(guān)閉數(shù)量逐漸增加。該示范項(xiàng)目由一個(gè)34.5萬(wàn)千瓦小型鈉冷快堆發(fā)電模塊和一個(gè)熔鹽儲(chǔ)能模塊組成。其中，創(chuàng)新的熔鹽儲(chǔ)能模塊可將輸出功率提升至50萬(wàn)千瓦。因此，該示范電廠具有功率調(diào)節(jié)功能，可進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。該核電廠計(jì)劃于2024年開工。

4.3美馬里蘭州

美國(guó)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(xué)提供資助，用于評(píng)估利用燃煤電廠基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(guó)能源部的資助下研發(fā)。Xe-100裝機(jī)容量為8萬(wàn)千瓦，使用鈾-235豐度為10%的三元結(jié)構(gòu)各向同性（TRISO）燃料。該評(píng)估將關(guān)注在燃煤電廠建設(shè)Xe-100的經(jīng)濟(jì)可行性及其能夠在更廣泛領(lǐng)域帶來的效益，包括降低碳排放、相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)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(jī)會(huì)等。相關(guān)研究成果將于2022年底前提交。

4.4羅馬尼亞國(guó)家核電公司

羅馬尼亞國(guó)家核電公司（Nuclearlectrica）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(guó)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(shè)一座模塊化小型壓水堆電廠。該電廠將包括6座7.7萬(wàn)千瓦小堆，總裝機(jī)容量為46.2萬(wàn)千瓦。該小堆是由紐斯凱爾在5萬(wàn)千瓦版基礎(chǔ)上推出的7.7萬(wàn)千瓦版小堆。紐斯凱爾5萬(wàn)千瓦小堆已通過美國(guó)核管會(huì)的設(shè)計(jì)認(rèn)證，并且是唯一通過核管會(huì)此類認(rèn)證的小堆。

5小結(jié)

美92臺(tái)在運(yùn)核電機(jī)組集中分布于東部和中部，多數(shù)為內(nèi)陸核電廠。報(bào)告評(píng)估的、可用于建設(shè)核電廠的燃煤電廠，多分布在中西部、東南和西南的內(nèi)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(shè)核電廠的可行性研究，表明美國(guó)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(jìn)凈零排放目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。值得一提的是，近期美和羅馬尼亞等國(guó)的相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)已啟動(dòng)在燃煤電廠建設(shè)核電廠的相關(guān)工作。燃煤電廠已成為核電建設(shè)的新選擇。