核反应堆能运行多久?

进一步延长美国核反应堆的使用寿命的可能性和挑战是什么?


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明年,当纽约州锡拉丘兹附近的两个核反应堆因正常换料操作而关闭时,技术人员将进入其巨大的安全壳结构,寻找围绕混凝土防护罩的厚钢壁老化的迹象。

星座能源核能集团运营着吉纳和九英里角1号反应堆,应美国能源部的要求自愿进行了检查。这是政府和行业调查国家104座核电站运行长达80年的可能性——是最初获得许可时预期寿命的两倍——的新阶段。

国会未能就气候和能源立法达成协议,使得美国新的核电项目的前景不明朗,行业官员表示,这使得更多注意力集中在进一步延长现有核电站寿命的可能性和挑战上。

核管理委员会官员、能源部同行、公用事业主管和研究负责人计划在二月份举行一次“桌面”会议,讨论反应堆所有者可能面临的新一轮延期许可证申请的技术和监管问题。今天的反应堆,其中大部分建于 1960 年代和 1970 年代,最初的许可期限为 40 年。其中一半已获得 NRC 批准再运行 20 年,其余的预计也将这样做。

现在的问题是,“60 岁以后还有生命吗?”正如 STP 核运营公司前首席执行官詹姆斯·“乔”·谢泼德两年前在能源部关于这个问题的会议上所说的那样。能源部正在支持对延长反应堆寿命的研究,核电站运营商也通过电力研究所 (EPRI)(一个行业研发组织)这样做。一个行业创建的国际研究项目,位于法国的材料老化研究所,也在加强对这个问题的调查。

在第一个 20 年延期许可期结束之前,发电厂所有者必须知道将当前反应堆的寿命延长至 80 年需要哪些新的组件和设备升级,以及成本和监管障碍有多高,然后才能决定是采取这条路线还是退役并关闭工厂,行业官员表示。

经济衰退已大大减缓了美国电力需求的增长,但根据能源部和行业的预测,从 2014 年开始,公用事业公司将再次面临引入新发电以及启动更多电力节约和负荷转移计划的压力。

今天,未来因政策的不确定性和未知数而变得模糊不清。“目前,公用事业公司没有好的选择,”麻省理工学院核科学与工程系的查尔斯·福斯伯格说,他是麻省理工学院核燃料循环研究的执行主任。

2 个关键问题
“我相信,如果工厂继续安全且经济地运行,公用事业公司将有兴趣 [在第二个延期许可期],”前 NRC 主席戴尔·克莱因说。

这两个问题——安全性和经济性——是目前正在进行的工厂老化研究议程的核心。

“能源部和 NRC 担心的是我们不了解的事情,”核能研究所高级项目经理朱莉·凯斯说。“他们正在寻找确凿的证据。”

一些行业高管,如谢泼德,将反应堆比作虚构的“六百万美元的人”,他的左眼和三肢被仿生替代品取代,赋予了他大大增强的力量。

但是,核电站内部的环境与任何其他环境都不同,反应堆组件承受着强烈的热量、应力、振动和中子轰击,这可能会导致反应堆、管道、接头、布线和其他组件中隐藏的弱点。更换受损组件是目前的主要行业活动。

“今天的公用事业公司认为更换蒸汽发生器或反应堆冷却泵没有问题,”NRC 核监管研究办公室主任布莱恩·舍伦说。反应堆堆头已被更换。模拟控制系统已升级为数字系统。

“从概念上讲,反应堆压力容器可以更换。这归结为受影响的公用事业公司的经济决策,”EPRI 核项目主管尼尔·威尔姆斯赫斯特说。

“我们提出的问题之一是,混凝土是否会受到任何 [老化] 影响而发生结构性变化?”舍伦说——例如,承受辐射照射的反应堆压力容器的混凝土支架。“并不是说我们认为它会崩溃,但如果发生地震——地震——这些结构能否承受住力量?”

“这归结为开发测量工厂状况的技术,”福斯伯格说。“研发挑战在于弄清楚如何分析 4 英尺厚的混凝土块”——而无需拆除它。

舍伦补充说,有数英里长的电缆控制着关键系统。随着时间的推移,电线的绝缘层可能会变得脆弱易损。“它必须在事故条件下发挥作用,”他说。他补充说,NRC 现在正在研究这个问题,看看它是否是一个问题。

另一个潜在问题是埋地管道的泄漏。“我们显然担心这些,”舍伦说。“这取决于它们埋在哪里以及更换或维修它们的难度。这可能是极其昂贵的。”

尚未发现“致命缺陷”
“我们尚未发现任何我们认为会成为致命缺陷的技术问题,”威尔姆斯赫斯特说。“可能存在一些。从概念上讲,很难想象更换反应堆安全壳建筑物。这就是为什么人们非常关注混凝土老化的机制。”

“我认为我没有听到任何对核电站运行超过 60 年的概念的挑战,”威尔姆斯赫斯特补充说。“当然,如果核电站没有被证明是安全的,它们就不会运行超过 60 年。”

他补充说,如果证明它们是安全的,旧工厂比新工厂具有重大的经济优势。大多数基本上都已付清费用。目前还没有关于满足 60 年后翻新预算成本的可靠估计,但他补充说,这肯定远低于建造新反应堆。

核能研究所工程和运营支持主管约翰·巴特勒表示,核电站运营商希望在承诺对 60 年后的工厂进行重大翻新投资之前,制定明确的监管流程来管理 80 年的延期许可。

“如果他们没有监管的确定性,那将是朝这个方向发展的一大负面因素,”他说。

能源部和行业支持的加速研究计划旨在识别潜在的长期问题,例如反应堆混凝土结构中的缺陷。“现在说它不会有问题还为时过早。这就是我们这么早就开始研究它的原因,”巴特勒说。

但是,去年开始的关于放射性氚从地下管道泄漏到佛蒙特州弗农的佛蒙特扬基核反应堆周围的地下水的轩然大波,说明了对反应堆安全的担忧如何突然淹没延期许可计划。去年二月,佛蒙特州参议院以压倒性多数投票反对在当前 NRC 许可证于 2012 年到期时为该工厂续签 20 年的许可证。

对“公众认知问题”的担忧
尽管 NRC 尚未完成其延期许可审查,但工厂官员关于潜在泄漏的错误陈述可能是佛蒙特州人在 2007 年工厂冷却塔部分令人尴尬的倒塌事件之后的最后一根稻草。

北卡罗来纳州 NC Warn 执行主任吉姆·沃伦等核电反对者对 NRC 监管旧工厂中连接重要控制系统的布线火灾风险的方法提出了质疑。

克莱因表示,NRC 最初处理火灾中反应堆布线危险的方法会对一些反应堆运营商施加不可能的条件,例如,他们没有实际方法重新安置内置线槽,以在布线网络和备份之间创建更多隔离。他说,NRC 正在开发一种替代方法,以可承受的成本确保安全运行。

沃伦表示,布线辩论表明,旧工厂必要的安全问题可能会受到损害,以保持工厂运行。“我指的是多年来相同的模式,他们将问题踢到后面,”他说。“这是一个破碎的监管系统。”

“NRC 对核反应堆许可运行 60 年非常有信心,”克莱因说。“NRC 不会以不合理的方式让工厂 [超过 60 年] 继续运行而损害安全性。”

EPRI 的威尔姆斯赫斯特说,佛蒙特扬基争议“突显了核电需要非常重视公众认知和信任这一事实。“该行业必须提高自身的问责标准,并认真理解潜在的公众认知问题。”

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