编者注:此问答是《大众科学》对从事开发和实施非化石燃料能源技术的公司高管进行的一项调查的一部分。
目前,哪些技术障碍最阻碍核裂变的增长?在近期和长期内,克服这些障碍的前景如何?
自第一批反应堆上线以来,美国的核能发电一直是一种非常可靠和安全的发电形式。核能复兴面临着许多挑战,但我们发现这些挑战更多地与美国的机组建设相关,而不是技术本身。NRG选择了先进沸水反应堆(ABWR)设计,该设计于1995年获得美国核管理委员会(NRC)的认证,并在日本成功建造和运行。事实上,日本的所有四个机组都按时完工,建设周期在37至43个月之间。这些机组现在拥有超过12年的运行历史。这些机组被证明在典型的早期运行问题方面发生率非常低,从启动到第一次计划停机,初始容量系数接近100%。我们了解材料的数量、设备的规格以及机组的设计要求。NRG在ABWR方面面临的技术挑战主要是机组在美国的可建造性。这比拥有一个从未建造或运行过的反应堆设计的所有者所面临的首批风险要低得多。
自2004年以来,已经进行了大量关于如何将日本成功使用的ABWR建造技术转移到美国的研究。确定了四项主要技术,并将在南德克萨斯项目(STP)3号和4号机组的建设中充分利用。
• 模块化以减少拥堵并提高质量;
• 使用1000吨起重机进行重型模块吊装;
• 使用开放式顶部结构,允许从上方放置大型模块;
• 非常详细的计划和安排。
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STP扩建工程将在开工前完成95%以上的详细工程设计。这将大大缓解1970年代和1980年代的问题,当时在开工后才进行设计更改,导致成本和进度超支。
除了可建造性风险外,尚未建造或运行的反应堆设计还面临着首批工程风险形式的技术挑战。在建造初始工厂后,会获得大量知识。如果使用这些新反应堆设计的初始项目取得成功,后续项目将努力不断提高生产率,同时减少进度和工时要求。随着时间的推移,性能将通过工程改进而提高;但是,这很可能会滞后,直到机组拥有足够的运行历史。新设计的早期机组将为关键设备提供有限的供应链,随着时间的推移,供应链将变得更加成熟。使用经过验证的ABWR技术的机组,例如STP扩建,从一开始就将拥有这些优势。
许多核能反对者提出乏核燃料问题,认为这是核能复兴的障碍,但这实际上是一个政治问题,而不是技术障碍。储存或后处理乏燃料没有技术挑战。
扩大核能以服务更大的国家或全球客户群是否存在障碍?
在美国扩大核能的最大挑战是重建支持建设的核基础设施,并培养在核电站运行后操作核电站的劳动力。
在1980年代和1990年代,美国大部分核建设基础设施都离开了该国,转移到其他行业或支持欧洲和亚洲的持续发展,这将需要重建。从积极的方面来看,当我们重建这一基础设施时,我们将利用过去二十年来在欧洲和亚洲发展起来的先进核技术。东芝公司正在与支持南德克萨斯州扩建的美国工程和建筑公司密切合作,以确定可以在美国部署的资源,以支持将要建造的最初几座核电站,并扩大我们将需要开发的长期资源,以支持长期建设。
许多退出核工业的供应商都有兴趣重新进入市场。美国核管理委员会(NRC)一直在与建造新核电站的公司合作,以确保美国和国际供应商都有严格的资格认证流程。许多非美国反应堆供应商正在与美国的承包商、制造商和设备供应商合作,以转移知识并建立美国的生产能力。一些设备,如大型锻件、涡轮机和压力容器,可能会在一段时间内从全球采购,但即使是最初的核电站也将从美国采购大量的材料,包括管道、阀门、钢筋、压缩机和泵。
尽管我们认为将有足够的劳动力来运行和建造这些项目,但有必要确保劳动力的质量和生产力足够。该行业已采取措施,通过与大学和专科院校合作,开始、更新或扩展核技术来培训电厂操作员。我们在德克萨斯州马塔戈达县的工作在培养未来的劳动力方面非常成功,并且全国各地类似的项目也取得了类似的成功。这些项目很快将不得不扩大对将要建造核电站的熟练工人的培训。随着经济衰退,将其他相关行业的建筑工人和产业工人重新培训为核工业要求的非常严格的资质将具有巨大的价值。
现有的能源基础设施能否应对核能的增长?还是也需要进一步修改?
无论使用哪种发电组合,美国的输配电网络都需要升级。它需要更强大、更智能。除了核能(往往在距离主要负荷中心一定距离的地方生产)外,我们国家各个地区都有大量的可再生能源资源,这些资源远离我们人口和工业中心,而这些地方需要能源。为了从任何技术产生的地方获得电力,我们需要改善我们的输电基础设施。
关于基础设施,更重要的问题不是需要发生哪些变化才能启用核能,而是核能启用哪些变化。凭借充足、可靠、清洁的核能,我们可以为大量电动汽车提供动力,这有助于我们摆脱对外国石油的依赖。
鉴于当前的经济危机,你们的行业能否获得必要的资金(来自公共或私人来源)来充分资助其增长?
无论何时,为大型资本项目(无论是核电站还是制造厂)融资都可能很困难。政府已经看到了鼓励重建美国核电基础设施的巨大价值,并以贷款担保来支持这一价值。贷款担保计划,如美国能源部的计划,将允许核电站获得融资。与东芝等拥有承担成本、进度和绩效风险的财务能力的实体签订的建设合同,将进一步减轻业主和贷款人的执行风险。
从战略角度来看,核能最大的竞争对手是:现有煤炭、石油和天然气技术,还是其他替代能源技术?
我们认为这些技术是互补的,而不是竞争的。核能是唯一可以大规模地在美国各地建造的零排放资源,以提供全天候的基本负荷电力。我们还在投资风能和太阳能,因为它们为零成本燃料和零排放发电带来了优势。我们不会关闭现有发电,因此作为行业,我们有责任找到减少这些技术碳强度的方法。
您和您行业的其他人在五年内是否有一个旨在实现的成本目标?
历史上,核能的前期成本很高,但就燃料和运营而言,它是最便宜的发电来源之一。随着大宗商品价格比2007-2008年的峰值低了50%之多,以及美国和全球制造业和制造能力的提高,需要重新评估2007年和2008年看到的成本范围内的新核能成本。我们看到的大多数成本范围在低端都相对一致,但是技术上的未知因素导致高端的差异极大。通过使用经过验证的ABWR技术,我们专注于创造确定性,以便我们知道可以将STP扩建控制在估计值的低端。此外,我们在东芝拥有一家经验丰富的工程、采购和施工(EPC)承包商,该公司对施工有足够的把握,可以为我们提供固定价格、固定进度的合同。