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核能的未来:美国《先进堆开发与部署愿景和战略》
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2017-2-12
 

    去年美国能源部(DOE)悄悄发布了《先进堆开发与部署愿景和战略》草案(2016年5月27日,21版),不仅有部长欧内斯特莫尼兹和朱棣文倡导的模块式小堆(SMR),而且还有不依靠水冷却的先进堆。这个文件似乎一直未引起媒体关注,但清晰表达了美国能源部加速部署先进堆的愿景和战略。要求在2030年代初期批准并准备建设两个先进堆概念,作为战略部署的第一阶段。

美国能源部先进堆发展和部署愿景与战略(DOE image)

    概要
    全球努力应对气候变化,以满足能源需求的日益增长,需要美国和其他国家更多使用清洁能源。特别需要在本世纪中叶大规模部署清洁能源,以满足2015年12月在巴黎召开的联合国气候变化框架公约21次巴黎会议期间协商的清洁能源承诺。安全可靠地利用核能,可在实现国际气候目标方面发挥重要作用,同时提供经济上有竞争力、连续可得的动力(主要是电力)。
    但是,鉴于未来几十年间许多核电机组要退役,维持2050年后美国电力结构中大量的“核存在”,几乎肯定会需要开发和部署新一代先进堆。先进堆概念,相对于现有的轻水堆技术,在增强安全、成本更低、资源利用率更高、减少废物管理的挑战、为工业企业联合生产工艺热能、提高防扩散能力,以及简化运行方面,有重大的潜在优势。在先进堆技术发展中,美国可通过行使领导作用,继续确保国家的安全目标体现在全球能源需求的新一代核选项中。在利益相关者信息输入的支持下,美国能源部(DOE)开发了“愿景与战略”,作为联邦清洁能源和国家安全广泛承诺的组成部分,支持先进堆技术的开发和最终部署。
    愿景:到2050年,先进堆因在改进安全、成本、性能、可持续性,以及减少核扩散风险方面的优势,将成为国内和全球能源组合的重要、不断增长的组成部分。
    认识到新核技术的部署可能需要15—20年,美国能源部将显著地、越来越强调对私营部门推进新一代反应堆概念的支持。
    目标:2030年代初,至少有两个“非水”冷却的先进堆概念[3]将会达到技术成熟、证明安全和有经济效益、经美国核管理委员会(NRC)审批颁证,足以允许进行建设。
    为了实现这个愿景和目标,能源部加速先进堆开发和部署的战略包括六个战略目标:
    1. 加强核技术创新的基础设施,通过倡议的“加速核创新网关”(GAIN)[4],极大地提高私营部门使用DOE的专门知识和能力。GAIN使核能界有权使用DOE的技术、监管和金融支持,目的是大大加速新堆或先进堆设计从概念向商业化进展。明确地说,GAIN为使用关键的实验资源、计算能力和工程专门技术提供“单点联系”。与DOE技术转变办公室的清洁能源投资中心合作,GAIN已经启动,将有助于激励私营部门投资支持能源部门。
    2. 展示先进堆的性能和退役的技术风险。DOE将与私营部门合作,建立新的工作机制,确定优先级技术需求,资助通用和设计特征两方面的研发(R&D)活动,旨在降低先进堆的技术风险,提高安全可靠性,加快发展,并提高经济竞争力。
    3. 支持开发先进堆燃料循环路径。对现有的轻水堆和所有的先进核能系统,与核工业界合作,开发改进和先进的核燃料是主要目标。DOE在这个领域的努力,将集中在确保可持续、低浓燃料循环选项可用于未来、面向需要技术和能力的开发,使“用过的”核燃料和现有及未来的核燃料循环的废物,安全可靠地存储、运输和处置成为可能。
    4. 支持为先进堆确立高效、可靠的监管框架。业内专家一致指出,因为先进堆技术商业化高度优先,需要一适当、高效而又可预测的监管框架。DOE及其利益相关者将与NRC共同努力[5],因为NRC发展新的监管流程,包括先进堆设计标准研发的努力、分阶段颁证流程,以及取照可能性审评过程的预申请。
    5. 公—私营部门投资效益的最大化和激励政策探索,有助于私营部门加速先进堆的部署。明确地说,DOE将探索使用公—私伙伴关系和特定技术工作组,识别潜在的政府投资机会,可能有助于提出多个反应堆概念。此外,DOE可探索使用其他适当的激励措施,与其清洁能源投资中心合作,支持先进堆部署。
    6. 解决人力资源和劳动力发展需求。DOE计划通过核能大学项目(NEUP),继续资助核相关研究项目、奖学金和助学金,并通过研讨会、课程开发、联合实验室、大学以及工业项目,创立培训的机会。

  美国先进堆发展和部署愿景与战略的核心是到2050年使核能装机容量翻一番(DOE image)

    结论
    DOE的先进堆开发和部署战略包括的具体目标是:提高实验和测试设施能力,扩大利用设施、专业知识和退役技术风险,开发燃料循环途径,协助NRC努力建立先进堆监管框架,有效地最大化私营部门加快部署的资源,并解决人力资源和劳动力发展的需要。实施与这些目标相关的活动,需要协调和排序,以确保联邦的各项努力产生所需的结果。各种活动必须优化并配给需要的资源,以便在正确的时间为正确的客户提供正确的解决方案。
    由于独特的先进堆概念发展的需求截然不同,这种策略的所有元素或许并不适用于所有的概念。然而,DOE设想用这个愿景和战略指导纲领性的努力,在2030年代初,至少支持开发和部署两个先进堆概念。
    改善DOE的基础设施并使之便于利用,对于多数技术和概念有很大好处。努力减少技术风险是为了解决特定的技术问题,推进概念的成熟度。DOE至少支持开发两个新堆概念,并不想挑选技术领域;相反地,目的在于展示有更多的资金可推进特定的概念,同时也表明先进堆正在做出有生命力的进展,能够满足国家清洁能源的需求。DOE的专业技术和基础设施将协助NRC建立监管框架的努力,有助于有效和高效地提交颁证申请和NRC的后续审查过程。燃料循环研发包括开发更长远概念的特定燃料,探索先进堆的燃料处置。努力使公—私营部门投资的效益最大化,开发有非水冷堆技术专长的人力资源,对于加速先进堆部署也必不可少;而且要确保,不仅开发需要人才,未来运行这些新堆也需要人才。
    这个战略的要素可支持不同发展层次的反应堆概念。同时,DOE还制定了一想象的、完成先进堆概念设计过程并向NRC提交许可申请的时间表,也就是一个近期内能达到的里程碑。另外的、不成熟的反应堆概念,需要更多的时间解决设计、燃料、材料或设备(部件)开发的挑战。对于这类的某些长远的概念,DOE可以支持特定的发展需求。DOE还将继续与核工业组织共同努力,在先进堆开发和部署中,追求共同的目标。

    当前的计划目标是2017年完成先进堆总体设计准则。NRC希望尽早参与潜在的申请人与许可相关的任何政策问题,以便提交申请前能有一个及时的解决方案。在此期间,研究和开发的目标仍然在于和燃料、材料和设备(部件)相关的退役退休技术风险。DOE期待通过GAIN提高国家的核创新基础设施,使行业更好地利用美国能源部的能力和专业技术。此外,2015年启动能源部费用分担的支持进一步发展两个先进反应堆的概念,预计将持续到2020年……



 

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