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随着旨在更简单、更安全的第三代反应堆缓慢地通过美国核管理委员会(NRC)的设计认证程序,核能的新时代正在形成。核能复兴在很大程度上取决于新反应堆在安全性、经济性、建设时间和寿命方面超越以往反应堆的能力。
在目前接受NRC审查的26项新反应堆申请中,有14项是关于西屋电气公司的AP1000压水反应堆。该反应堆的独特之处在于其模块化设计和被动安全系统:它不是依靠操作员或电子反馈来在过热时关闭反应堆,而是利用重力、对流和空气循环的自然力。
根据西屋公司新工厂工程副总裁布鲁斯·贝维拉夸的说法,在紧急情况下(根据概率风险评估,发生的几率为百万分之二),工厂本身会对压力、温度和冷却剂水平的变化做出反应。
如果一切按计划进行,首批两个AP1000反应堆将于2016年在佐治亚州伯克县的沃格特勒工厂上线,这将是自20世纪70年代以来美国首个破土动工的核建设项目;第二个反应堆定于2017年上线。然而,AP1000是否会预示着核能的下一代发展仍有待观察,特别是因为该反应堆已经进行了第18次设计修订,并且一些关键的安全问题仍未解决。
第一个安全问题出现在四年前,关于反应堆安全壳结构的耐久性。该结构是核反应堆最外层的防御层,可提供针对地震、飓风、龙卷风产生的飞行物和飞机碰撞等严重外部事件的保护。在AP1000的案例中,它还支撑着一个非常大的水箱(被动安全措施之一)。
美国核管理委员会发言人斯科特·伯内尔解释说,“西屋公司在2002年初首次提交了AP1000设计,该设计在2006年获得批准和认证,”他补充说,一年后,该公司修改了安全壳结构的设计以符合飞机撞击设计标准。“虽然最初的设计使用了几十年来使用的相同的钢筋混凝土,但修改后的设计采用了一种更加预制的方法,即将混凝土夹在钢板之间。”经过长时间的讨论,美国核管理委员会表示,夹层模块方法无法承受严重的外部事件。
西屋公司回到了绘图板。今年5月,该公司提交了一个更强大的安全壳结构设计,该设计在墙壁之间增加了钢筋,加强了钢复合墙和钢筋混凝土垫之间的连接点,并改进了通风。
美国核管理委员会预计将于2011年9月左右完成整体设计认证审查。
最近出现了第二个安全问题。前核工业主管和Fairewinds Associates能源咨询公司的首席工程师阿尼·冈德森站出来,指出他认为AP1000设计中可能存在的致命缺陷:混凝土安全壳结构与钢制安全壳容器的分离。
通常,压水反应堆的 containment systems(安全壳系统)由钢筋混凝土圆顶组成,以防止核事故期间放射性烟雾逸出。在AP1000中,钢制安全壳容器与安全壳结构之间存在空间,后者在其屋顶上有一个孔。由于AP1000的设计利用烟囱效应将安全壳容器外的空气向上吸出(西屋公司设想的设计是使用自然循环来冷却安全壳并防止生锈),如果放射性空气从钢制容器中渗出,它将通过安全壳结构屋顶上的孔被引导到室外空气中。
冈德森说:“我是否认为这是一个十分之一的事件?不。”“但我也认为这不是一个零概率事件。也许是千分之一,当您处理如此大的后果时,这非常重要。”
冈德森指出数十起安全壳泄漏事件作为证据。2009年,在宾夕法尼亚州的比弗谷核电站进行目视检查时发现了一个洞。它穿透了安全壳的金属衬里。另一个是在同一年在佛罗里达州的水晶河核电站发现的18米长的分层(由层分离引起的裂缝)。
冈德森说,解决方案是在安全壳结构屋顶的孔中安装过滤器,以捕获任何可能从安全壳容器泄漏的蒸汽(如果发生泄漏)。此修改可能会延迟认证。
那么,当其他四种下一代反应堆——经济型简化沸水反应堆、EPR(欧洲压水反应堆)、美国先进压水反应堆和先进沸水反应堆——正在进行相同的设计认证过程时,为什么要选择AP1000反应堆呢?“原因有很多,”运营沃格特勒工厂的南方公司工程经理道格·麦库姆说。“可能最大的原因是我们在考虑我们需要额外发电能力的计划以及各种设计的计划,而AP1000是唯一能够满足我们需求的。”这意味着AP1000是唯一计划及时获得认证的反应堆。
6月18日,南方公司接受了美国能源部为沃格特勒双反应堆提供的34亿美元有条件贷款担保,并继续进行早期的现场建设。下一个可能的步骤是什么?AP1000认证。
*更正(7/30/10):这句话在发布后进行了编辑。它最初声明核管理委员会是美国能源部的一部分。美国核管理委员会是总统任命的独立委员会。