中國儲能網訊：美國能源部一份新報告表明，大多數現有和新近退役的燃煤發(fā)電廠可以被重新利用，以廉價的方式容納未來先進的核能項目，并為經濟發(fā)展弱勢社區(qū)提 供經濟刺激。
美國最新研究認為，曾在電氣化時代幫助構建美國經濟的燃煤電廠，可能在清潔能源轉型過程中再次扮演重要角色。研究發(fā)現，美國有上百座燃煤電廠可以轉換成核電站。這將顯著增加穩(wěn)定可靠的清潔電力對電網的供應，幫助美國實現2050年前凈零排放的目標。
今年9月，美國能源部核能辦公室聯合多個國家級實驗室發(fā)布了《調查燃煤電廠“變”核能項目之益處和挑戰(zhàn)》報告。根據報告，這些核電項目的裝機容量預計超過250000兆瓦，相當于美國一年發(fā)電量的1/4。煤電過渡到無化石燃料核能，還可以增加就業(yè)崗位、刺激經濟，以及改善周邊環(huán)境。
能源部核能辦公室助理部長凱瑟琳·赫夫（Kathryn Huff）表示：“這是一個重要的機會，可以幫助全國各地的社區(qū)穩(wěn)定就業(yè)、增加稅收、改善空氣質量。隨著我們邁向清潔能源的未來，我們需要提供基于工廠現場的解決方案，并確保公平的能源過渡，而不讓社區(qū)落后?！?
當去碳化經濟已逐漸成為主流，燃煤電廠的競爭壓力與日俱增。在美國，各地都在退役或計劃退役更多的燃煤電廠。為了改善空氣質量、促進公眾健康，環(huán)保署今年出臺了“好鄰居”聯邦計劃，以減少發(fā)電廠和其他工業(yè)排放氮氧化物對下風向各州居民的影響，該政策可能導致加快煤電機組退役的步伐。
實際上，在去碳化的推動下，美國對煤電“變”核能項目一直保有熱情和興趣，這方面的科研也越來越受到關注。雖然這不是新的課題，但對它的研究卻是剛剛起步。目前，美國尚未出現燃煤電廠-核電站的過渡實例，該課題的研究人員仍在研究開發(fā)過渡方法和指南。
能源部這項報告提供了具體的選址方法以及如何選擇不同類型的核反應堆，旨在為現有研究機構提供參考，為下一步建立實地分析做好示范并提供建議。
選址分析
選址分析主要是了解美國國內燃煤電廠的位置，并評估哪些廠址可以重新用于核電站選址。選址評估的輸入數據（美國能源信息署2021年8月數據）記錄了美國燃煤電廠的整體狀況。首先，是對所有廠址進行初步篩選。經篩選后，退役燃煤電廠（如退役年齡和所有權類型）候選場地共有157個；正在運行的燃煤電廠（如那些不可能進行煤-核過渡的發(fā)電站）候選場地共有237個。
美國橡樹嶺國家實驗室先進核反應堆選址挑戰(zhàn)圖
確定了候選場地后，研究團隊根據人口密度、與地震斷層線的距離和附近濕地等10個評估參數，應用專門開發(fā)的分析工具（OR-SAGE）過濾掉那些不符合美國核管理委員會選址標準的地點。結果顯示，80%的候選場地有利于進行先進反應堆的建設運營，18%的候選場地適合大型輕水反應堆的建設運營。這些燃煤電廠已具備轉換的基本條件，但實地分析時還需進一步調查發(fā)電廠的所有權，深入評估剩余的基礎設施，并考量可能對選址造成挑戰(zhàn)的其他因素。
先進核能
先進堆是最新一代的核反應堆技術，源自為軍艦開發(fā)的反應堆設計。先進堆包括小型模塊化反應堆（SMR）和非輕水核反應堆，特點是比美國現有的核反應堆更小、更安全且成本更低。
小型反應堆在場外制造，在反應堆所在地組裝，發(fā)電量約為常規(guī)核反應堆發(fā)電量的1/3。今年7月，美國核管理委員會認證了第一個也是唯一一個小型模塊化反應堆設計——紐斯凱爾電力公司（NuScale Power）的“VOYGR”。愛達荷國家實驗室的“無碳發(fā)電”項目(Carbon Free Power)計劃于2029年開始使用“VOYGR”模塊發(fā)電，反應堆共有6個模塊，可提供462兆瓦的無碳電力。
VOYGR小型模塊化反應堆（SMR）電站
今年早些時候，美國印第安納州議會通過了參議院第271號法案。法案允許公用事業(yè)公司在取得聯邦核許可證后，在本州建造小型模塊化反應堆（SMR）。印第安納杜克能源和普渡大學正在探討使用SMR為該大學西拉斐特校區(qū)供電的可行性。AES印第安納和Center Point Energy公司考慮在其資源計劃中增加SMR。北印第安納州公共服務公司表示，目前尚未將SMR視為一種現實的資源選擇，但將監(jiān)測該技術的進展。
非輕水核反應堆是指依靠水以外的材料進行冷卻，包括液態(tài)鈉、氦和熔鹽。比爾·蓋茨創(chuàng)辦的泰拉能源（TerraPower）與沃倫·巴菲特的太平洋電力公司選擇把位于美國西部懷俄明州的一座燃煤電廠改造成非輕水示范核電站。該項目將建造345兆瓦的鈉冷快堆和熔鹽基儲能系統(tǒng)，總投入40億美元，計劃于2024年建設，2028年完工。
美國懷俄明州先進核能鈉冷快堆項目
泰拉能源稱，經過與社區(qū)成員和當地領導的廣泛評估和討論后，決定選擇靠近諾頓電廠的Kemmerer建造鈉冷快堆。諾頓電廠的兩個燃煤機組將在2025年退役。項目團隊在選址時考慮了社區(qū)支持、基礎設施、電網需求、美國核管會許可等諸多因素。泰拉能源總裁兼首席執(zhí)行官說：“我們的創(chuàng)新技術將有助于確保持續(xù)生產可靠的電力、實現能源系統(tǒng)轉型，并在懷俄明州創(chuàng)造新的高薪崗位?！?
具體收益
美國的這項研究顯示，燃煤電廠到核項目的轉換會為社區(qū)帶來許多切實好處，尤其對于受化石燃料污染影響較大的經濟弱勢社區(qū)。該項目主要有以下三大收益：
一是節(jié)約建造成本。高昂的建設成本始終困擾著核電行業(yè)，而燃煤電廠“變”核項目可以降低這些成本。根據分析，在燃煤電廠場地改建核電站，隔夜資本成本比在未開發(fā)土地上新建核電項目減少15%～35%。重新利用燃煤電廠的基礎設施（如土地、道路和辦公大樓）、電力設備、散熱器和電氣元件等，都將在前期省下數百萬美元。對于總成本數十億美元的核電項目來說，降低15%～35%代表了為企業(yè)節(jié)約了巨大的、潛在的成本。與選址在未開發(fā)土地上的核項目相比，煤電廠“變”核項目還將縮短獲得盈利的時間間隔。
二是刺激經濟發(fā)展。如果一個燃煤電廠被同等規(guī)模的核電站取代，將凈增加650個新的、永久性的固定工作崗位。這些工作分布在核電站、供應鏈和周邊社區(qū)，并且工資比其他能源技術崗位的工資高25%左右。這對曾在退役燃煤電廠有工作經驗的勞動者來說也是個好消息，因為他們已經具備了必要的技能和知識，可以順利過渡到在核電站工作。新的就業(yè)機會將加大經濟產出、提高工資、促進社會的流動性和公平性、提高人們的生活水平。報告中指出，該地區(qū)經濟活動每年額外增加2.75億美元，其中1.02億美元為新增勞動收入（即工資），核電站所在地還會增加92%的稅收收入，當地學校、基礎設施和公共服務也有了更多可用的優(yōu)化資金。
三是改善周邊環(huán)境。報告表明，從燃煤電廠過渡到先進堆，溫室氣體排放量將減少86%，相當于減少50多萬輛燃油汽車所產生的排放量?？諝赓|量和其他環(huán)境指標都將顯著提高，因污染引起的哮喘、肺癌和心臟病等健康問題的發(fā)病率將呈下降趨勢。研究注意到，當地人口增長和經濟活動的增加，會對土地和水的使用帶來新的污染。此外，燃煤電廠的遺留灰池和長期核廢料儲存問題，沒有在報告中反映，后續(xù)還需進一步調查。
“可靠”的代價
核能被美國能源部視為“最可靠的能源”。核電站一年內的發(fā)電時間超過92%，是天然氣和燃煤機組的兩倍，是風力和太陽能發(fā)電廠的三倍。但是，在沒有補貼的情況下，核電站的電力價格約是公用事業(yè)規(guī)?？稍偕茉聪到y(tǒng)（如風能、太陽能）的5倍。而風能和太陽能的安裝成本也低得多，每臺2兆瓦級風力渦輪機的成本為300萬至400萬美元，太陽能的安裝成本約為每兆瓦89萬美元。
美國的一些環(huán)保和消費者倡導組織表示，相比核能，公用事業(yè)公司有更好的選擇?！俺矫禾俊边\動的高級代表說：“‘超越煤炭’正在努力實現從化石燃料向清潔能源的轉變，而清潔能源是指包括風能、太陽能、電池存儲、能源效率和需求側管理在內的投資組合。當有現成的安全、廉價和可靠的清潔解決方案時，我們不應該追求高風險和昂貴的核能，包括小型模塊化反應堆（SMR）?！?
據了解，美國目前的兩個先進核能項目都嚴重依賴聯邦補貼。愛達荷州的“無碳發(fā)電”項目已從能源部獲得10多億美元的補貼，從而維持項目的順利進行；40億美元的泰拉能源項目約一半將由聯邦政府補貼。
有環(huán)保和消費者倡導組織認為，對先進堆的公用事業(yè)投資，將給納稅人帶來額外的成本，且無任何回報。“無碳發(fā)電”項目于2020年8月獲批建設，但被推遲了三年，成本從42億美元攀升至61億美元。在美國各地建造的其他核電站也出現項目延期和費用超支的情況，甚至給客戶帶來數十億美元的額外成本。
而納稅人不僅最有可能負責支付建造核電站的成本，一旦公用事業(yè)公司決定退役，他們也最有可能承擔核電站退役的成本。據亞太經合組織核能委員會提供的數據，美國核反應堆退役過程通常耗時多年，每臺機組退役耗資在5.44億美元至8.21億美元之間。
也有美國的環(huán)保組織對反應堆的放射性廢物的儲存感到擔憂。美國部分州的法律允許公用事業(yè)公司在滿足聯邦政府要求的情況下將廢物儲存在核電站現場。美國核管理委員會規(guī)定，乏核燃料要么儲存在20英尺深的水池中，要么儲存在加氣的干式容器中。美國核管理委員會認為這兩種儲存方法對公眾健康安全和環(huán)境提供了充分的保護。但也有研究發(fā)現，居住在核電站附近的居民增加了一些癌癥的發(fā)病風險。
參考資料：美國能源部官方報告《Investigating Benefits and Challenges of Converting Retiring Coal Plants into Nuclear Plants》
美國核燃料循環(huán)與供應鏈副助理部長Andrew Griffith署名文章《Could the Nation’s Coal Plant Sites Help Drive a Clean Energy Transition?》）
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》第11期。
