中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國(guó)能源部一份新報(bào)告表明，大多數(shù)現(xiàn)有和新近退役的燃煤發(fā)電廠可以被重新利用，以廉價(jià)的方式容納未來(lái)先進(jìn)的核能項(xiàng)目，并為經(jīng)濟(jì)發(fā)展弱勢(shì)社區(qū)提 供經(jīng)濟(jì)刺激。
美國(guó)最新研究認(rèn)為，曾在電氣化時(shí)代幫助構(gòu)建美國(guó)經(jīng)濟(jì)的燃煤電廠，可能在清潔能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中再次扮演重要角色。研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)有上百座燃煤電廠可以轉(zhuǎn)換成核電站。這將顯著增加穩(wěn)定可靠的清潔電力對(duì)電網(wǎng)的供應(yīng)，幫助美國(guó)實(shí)現(xiàn)2050年前凈零排放的目標(biāo)。
今年9月，美國(guó)能源部核能辦公室聯(lián)合多個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了《調(diào)查燃煤電廠“變”核能項(xiàng)目之益處和挑戰(zhàn)》報(bào)告。根據(jù)報(bào)告，這些核電項(xiàng)目的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)超過(guò)250000兆瓦，相當(dāng)于美國(guó)一年發(fā)電量的1/4。煤電過(guò)渡到無(wú)化石燃料核能，還可以增加就業(yè)崗位、刺激經(jīng)濟(jì)，以及改善周邊環(huán)境。
能源部核能辦公室助理部長(zhǎng)凱瑟琳·赫夫（Kathryn Huff）表示：“這是一個(gè)重要的機(jī)會(huì)，可以幫助全國(guó)各地的社區(qū)穩(wěn)定就業(yè)、增加稅收、改善空氣質(zhì)量。隨著我們邁向清潔能源的未來(lái)，我們需要提供基于工廠現(xiàn)場(chǎng)的解決方案，并確保公平的能源過(guò)渡，而不讓社區(qū)落后?！?
當(dāng)去碳化經(jīng)濟(jì)已逐漸成為主流，燃煤電廠的競(jìng)爭(zhēng)壓力與日俱增。在美國(guó)，各地都在退役或計(jì)劃退役更多的燃煤電廠。為了改善空氣質(zhì)量、促進(jìn)公眾健康，環(huán)保署今年出臺(tái)了“好鄰居”聯(lián)邦計(jì)劃，以減少發(fā)電廠和其他工業(yè)排放氮氧化物對(duì)下風(fēng)向各州居民的影響，該政策可能導(dǎo)致加快煤電機(jī)組退役的步伐。
實(shí)際上，在去碳化的推動(dòng)下，美國(guó)對(duì)煤電“變”核能項(xiàng)目一直保有熱情和興趣，這方面的科研也越來(lái)越受到關(guān)注。雖然這不是新的課題，但對(duì)它的研究卻是剛剛起步。目前，美國(guó)尚未出現(xiàn)燃煤電廠-核電站的過(guò)渡實(shí)例，該課題的研究人員仍在研究開(kāi)發(fā)過(guò)渡方法和指南。
能源部這項(xiàng)報(bào)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(yīng)堆，旨在為現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)提供參考，為下一步建立實(shí)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(guó)國(guó)內(nèi)燃煤電廠的位置，并評(píng)估哪些廠址可以重新用于核電站選址。選址評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)（美國(guó)能源信息署2021年8月數(shù)據(jù)）記錄了美國(guó)燃煤電廠的整體狀況。首先，是對(duì)所有廠址進(jìn)行初步篩選。經(jīng)篩選后，退役燃煤電廠（如退役年齡和所有權(quán)類型）候選場(chǎng)地共有157個(gè)；正在運(yùn)行的燃煤電廠（如那些不可能進(jìn)行煤-核過(guò)渡的發(fā)電站）候選場(chǎng)地共有237個(gè)。
美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)核反應(yīng)堆選址挑戰(zhàn)圖
確定了候選場(chǎng)地后，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)人口密度、與地震斷層線的距離和附近濕地等10個(gè)評(píng)估參數(shù)，應(yīng)用專門開(kāi)發(fā)的分析工具（OR-SAGE）過(guò)濾掉那些不符合美國(guó)核管理委員會(huì)選址標(biāo)準(zhǔn)的地點(diǎn)。結(jié)果顯示，80%的候選場(chǎng)地有利于進(jìn)行先進(jìn)反應(yīng)堆的建設(shè)運(yùn)營(yíng)，18%的候選場(chǎng)地適合大型輕水反應(yīng)堆的建設(shè)運(yùn)營(yíng)。這些燃煤電廠已具備轉(zhuǎn)換的基本條件，但實(shí)地分析時(shí)還需進(jìn)一步調(diào)查發(fā)電廠的所有權(quán)，深入評(píng)估剩余的基礎(chǔ)設(shè)施，并考量可能對(duì)選址造成挑戰(zhàn)的其他因素。
先進(jìn)核能
先進(jìn)堆是最新一代的核反應(yīng)堆技術(shù)，源自為軍艦開(kāi)發(fā)的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。先進(jìn)堆包括小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）和非輕水核反應(yīng)堆，特點(diǎn)是比美國(guó)現(xiàn)有的核反應(yīng)堆更小、更安全且成本更低。
小型反應(yīng)堆在場(chǎng)外制造，在反應(yīng)堆所在地組裝，發(fā)電量約為常規(guī)核反應(yīng)堆發(fā)電量的1/3。今年7月，美國(guó)核管理委員會(huì)認(rèn)證了第一個(gè)也是唯一一個(gè)小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)——紐斯凱爾電力公司（NuScale Power）的“VOYGR”。愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“無(wú)碳發(fā)電”項(xiàng)目(Carbon Free Power)計(jì)劃于2029年開(kāi)始使用“VOYGR”模塊發(fā)電，反應(yīng)堆共有6個(gè)模塊，可提供462兆瓦的無(wú)碳電力。
VOYGR小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）電站
今年早些時(shí)候，美國(guó)印第安納州議會(huì)通過(guò)了參議院第271號(hào)法案。法案允許公用事業(yè)公司在取得聯(lián)邦核許可證后，在本州建造小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）。印第安納杜克能源和普渡大學(xué)正在探討使用SMR為該大學(xué)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(jì)劃中增加SMR。北印第安納州公共服務(wù)公司表示，目前尚未將SMR視為一種現(xiàn)實(shí)的資源選擇，但將監(jiān)測(cè)該技術(shù)的進(jìn)展。
非輕水核反應(yīng)堆是指依靠水以外的材料進(jìn)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(guó)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(xiàng)目將建造345兆瓦的鈉冷快堆和熔鹽基儲(chǔ)能系統(tǒng)，總投入40億美元，計(jì)劃于2024年建設(shè)，2028年完工。
美國(guó)懷俄明州先進(jìn)核能鈉冷快堆項(xiàng)目
泰拉能源稱，經(jīng)過(guò)與社區(qū)成員和當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)的廣泛評(píng)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(gè)燃煤機(jī)組將在2025年退役。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在選址時(shí)考慮了社區(qū)支持、基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)需求、美國(guó)核管會(huì)許可等諸多因素。泰拉能源總裁兼首席執(zhí)行官說(shuō)：“我們的創(chuàng)新技術(shù)將有助于確保持續(xù)生產(chǎn)可靠的電力、實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，并在懷俄明州創(chuàng)造新的高薪崗位?！?
具體收益
美國(guó)的這項(xiàng)研究顯示，燃煤電廠到核項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換會(huì)為社區(qū)帶來(lái)許多切實(shí)好處，尤其對(duì)于受化石燃料污染影響較大的經(jīng)濟(jì)弱勢(shì)社區(qū)。該項(xiàng)目主要有以下三大收益：
一是節(jié)約建造成本。高昂的建設(shè)成本始終困擾著核電行業(yè)，而燃煤電廠“變”核項(xiàng)目可以降低這些成本。根據(jù)分析，在燃煤電廠場(chǎng)地改建核電站，隔夜資本成本比在未開(kāi)發(fā)土地上新建核電項(xiàng)目減少15%～35%。重新利用燃煤電廠的基礎(chǔ)設(shè)施（如土地、道路和辦公大樓）、電力設(shè)備、散熱器和電氣元件等，都將在前期省下數(shù)百萬(wàn)美元。對(duì)于總成本數(shù)十億美元的核電項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，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(kāi)發(fā)土地上的核項(xiàng)目相比，煤電廠“變”核項(xiàng)目還將縮短獲得盈利的時(shí)間間隔。
二是刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如果一個(gè)燃煤電廠被同等規(guī)模的核電站取代，將凈增加650個(gè)新的、永久性的固定工作崗位。這些工作分布在核電站、供應(yīng)鏈和周邊社區(qū)，并且工資比其他能源技術(shù)崗位的工資高25%左右。這對(duì)曾在退役燃煤電廠有工作經(jīng)驗(yàn)的勞動(dòng)者來(lái)說(shuō)也是個(gè)好消息，因?yàn)樗麄円呀?jīng)具備了必要的技能和知識(shí)，可以順利過(guò)渡到在核電站工作。新的就業(yè)機(jī)會(huì)將加大經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、提高工資、促進(jìn)社會(huì)的流動(dòng)性和公平性、提高人們的生活水平。報(bào)告中指出，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)每年額外增加2.75億美元，其中1.02億美元為新增勞動(dòng)收入（即工資），核電站所在地還會(huì)增加92%的稅收收入，當(dāng)?shù)貙W(xué)校、基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)也有了更多可用的優(yōu)化資金。
三是改善周邊環(huán)境。報(bào)告表明，從燃煤電廠過(guò)渡到先進(jìn)堆，溫室氣體排放量將減少86%，相當(dāng)于減少50多萬(wàn)輛燃油汽車所產(chǎn)生的排放量?？諝赓|(zhì)量和其他環(huán)境指標(biāo)都將顯著提高，因污染引起的哮喘、肺癌和心臟病等健康問(wèn)題的發(fā)病率將呈下降趨勢(shì)。研究注意到，當(dāng)?shù)厝丝谠鲩L(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加，會(huì)對(duì)土地和水的使用帶來(lái)新的污染。此外，燃煤電廠的遺留灰池和長(zhǎng)期核廢料儲(chǔ)存問(wèn)題，沒(méi)有在報(bào)告中反映，后續(xù)還需進(jìn)一步調(diào)查。
“可靠”的代價(jià)
核能被美國(guó)能源部視為“最可靠的能源”。核電站一年內(nèi)的發(fā)電時(shí)間超過(guò)92%，是天然氣和燃煤機(jī)組的兩倍，是風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電廠的三倍。但是，在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下，核電站的電力價(jià)格約是公用事業(yè)規(guī)?？稍偕茉聪到y(tǒng)（如風(fēng)能、太陽(yáng)能）的5倍。而風(fēng)能和太陽(yáng)能的安裝成本也低得多，每臺(tái)2兆瓦級(jí)風(fēng)力渦輪機(jī)的成本為300萬(wàn)至400萬(wàn)美元，太陽(yáng)能的安裝成本約為每兆瓦89萬(wàn)美元。
美國(guó)的一些環(huán)保和消費(fèi)者倡導(dǎo)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\(yùn)動(dòng)的高級(jí)代表說(shuō)：“‘超越煤炭’正在努力實(shí)現(xiàn)從化石燃料向清潔能源的轉(zhuǎn)變，而清潔能源是指包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、電池存儲(chǔ)、能源效率和需求側(cè)管理在內(nèi)的投資組合。當(dāng)有現(xiàn)成的安全、廉價(jià)和可靠的清潔解決方案時(shí)，我們不應(yīng)該追求高風(fēng)險(xiǎn)和昂貴的核能，包括小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）?！?
據(jù)了解，美國(guó)目前的兩個(gè)先進(jìn)核能項(xiàng)目都嚴(yán)重依賴聯(lián)邦補(bǔ)貼。愛(ài)達(dá)荷州的“無(wú)碳發(fā)電”項(xiàng)目已從能源部獲得10多億美元的補(bǔ)貼，從而維持項(xiàng)目的順利進(jìn)行；40億美元的泰拉能源項(xiàng)目約一半將由聯(lián)邦政府補(bǔ)貼。
有環(huán)保和消費(fèi)者倡導(dǎo)組織認(rèn)為，對(duì)先進(jìn)堆的公用事業(yè)投資，將給納稅人帶來(lái)額外的成本，且無(wú)任何回報(bào)?！盁o(wú)碳發(fā)電”項(xiàng)目于2020年8月獲批建設(shè)，但被推遲了三年，成本從42億美元攀升至61億美元。在美國(guó)各地建造的其他核電站也出現(xiàn)項(xiàng)目延期和費(fèi)用超支的情況，甚至給客戶帶來(lái)數(shù)十億美元的額外成本。
而納稅人不僅最有可能負(fù)責(zé)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(dān)核電站退役的成本。據(jù)亞太經(jīng)合組織核能委員會(huì)提供的數(shù)據(jù)，美國(guó)核反應(yīng)堆退役過(guò)程通常耗時(shí)多年，每臺(tái)機(jī)組退役耗資在5.44億美元至8.21億美元之間。
也有美國(guó)的環(huán)保組織對(duì)反應(yīng)堆的放射性廢物的儲(chǔ)存感到擔(dān)憂。美國(guó)部分州的法律允許公用事業(yè)公司在滿足聯(lián)邦政府要求的情況下將廢物儲(chǔ)存在核電站現(xiàn)場(chǎng)。美國(guó)核管理委員會(huì)規(guī)定，乏核燃料要么儲(chǔ)存在20英尺深的水池中，要么儲(chǔ)存在加氣的干式容器中。美國(guó)核管理委員會(huì)認(rèn)為這兩種儲(chǔ)存方法對(duì)公眾健康安全和環(huán)境提供了充分的保護(hù)。但也有研究發(fā)現(xiàn)，居住在核電站附近的居民增加了一些癌癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。
參考資料：美國(guó)能源部官方報(bào)告《Investigating Benefits and Challenges of Converting Retiring Coal Plants into Nuclear Plants》
美國(guó)核燃料循環(huán)與供應(yīng)鏈副助理部長(zhǎng)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(guó)電力企業(yè)管理》第11期。
