我们认为全球气候危机迫在眉睫,必须立即积极应对。我们同意世界核协会的和谐计划,即能够扩大核能,到2050年提供至少25%的世界电力,作为清洁可靠的低碳混合物的一部分,与可再生能源的增加相协调。实现这一目标意味着核能发电必须在2050年全球增加三倍。这反过来将需要增加大约1千兆瓦电力(GWe)规模的新核电站的建设,从目前的每年7个增加到大约30个。
核能工业正处于新旧技术和系统的纽带之中。该行业需要做出重大改变或冒险与减轻气候变化影响的努力无关。然而,实现每年发射30个工厂的目标并不需要新的技术进步。根据麻省理工学院能源倡议最近的一项研究,其他工业部门的经验教训和常规做法可以在改善目前困扰核工业的核设施规划,许可和建筑问题方面发挥作用。虽然每年建造30座新核电站是一项雄心勃勃的目标,但核工业在20世纪70年代末和80年代初的核电鼎盛时期实现了这种能力扩张。在过去的几十年里,由于各种原因,它已经失去了这种能力,但新目标的合理性在于减轻气候危机的必要性。我们建议分阶段推出工厂升级和新建先进工厂。
目前大多数核电厂都是第二代核电厂(第二代)
商业核电站的设计和生产通常以第一代(第一代)工厂开始,直至最先进的第四代(第四代)工厂,以世代规模进行测量。第三代和先进的第三代(第三代和第三代)反应堆已经完成并连接到世界上几个国家的电网。我们将新技术进步定义为新的第三代和第三代反应堆以及第四代反应堆和相关技术。第四代国际论坛(GIF)是一个促进新核能技术的国际组织,已经确定了六个核能系统,它们最有希望实现商业化。。六代Gen IV系统由具有封闭燃料循环的不同快堆,熔盐反应器,超临界反应堆和极高温反应堆组成。封闭式燃料循环概念回收废(使用过的)核燃料,以在反应堆的同一位置提取可用的产生能量的元素,例如铀和钚。配置回收过程避免了运输含有长距离或跨越国界的钚的乏燃料。
大多数这些先进的反应堆概念使用封闭的燃料循环。虽然美国正在探索这些先进的概念,但它目前采用的是开放式燃料循环,无需再加工或回收。然而,我们注意到美国是钠冷快中子增殖反应堆及其燃料循环的先驱,直到它决定放弃这种有前途的技术,因为扩散问题。另一方面,俄罗斯以及法国为其现有的反应堆采用封闭式燃料循环。列出的第四代概念还探索了仍处于研究和开发早期阶段的先进后处理思想。在第四代反应堆及其燃料循环可用于可靠,安全,防扩散和具有成本效益的商业用途之前,仍需要多年的实验工作。
为了实现每年建造30座核电站的目标,我们建议在短期内延长现有反应堆的寿命和更新许可证,在中期推出升级的第三代和第三代反应堆,以及建造大多数第四代反应堆从长远来看,取决于他们的技术成熟程度。我们认为,这一雄心勃勃的目标是有道理的,因为迫切需要缓解我们所面临的气候危机。
近期建议(2020-2030)
今天,全世界大约有450个运行中的核动力反应堆,其容量约为400,000兆瓦(MWe)。许多现有的第二代反应堆的年龄在30到40年之间,并且正在面临退役或许可证续期。在美国,99个核电站中有86个获得了许可证续期,将运营期限延长至60年。此外,还计划将核电厂的运营时间延长至80年,但这些扩展必须通过严格的安全审查,并证明是经济的。法国还在GrandCarénage下将其现有的反应堆船队延长寿命延长10年。世界上有214座反应堆,容量为200,368兆瓦,现在已有30至40年的历史; 延长许可证而不是关闭它们将有助于核能至少在全球电力生产中占据一席之地。
除了延长老化工厂的运营许可证外,我们还支持政府支持,包括信贷,用于技术升级,如蒸汽发生器更换,防洪措施,冷却塔或地震保护。我们认识到对美国的任何政府补贴都存在强烈反对意见但是,与低成本天然气联合循环电厂的经济竞争导致美国约20座核电站过早关闭。天然气工厂排放的碳比煤炭工厂少,但仍然有助于气候变化,政府支持可以延长到2025年提前关闭的现有核电厂的寿命。例如,在俄罗斯,核工业蓬勃发展,因为它运行由政府提供并以多种形式获得援助。
中期建议(2025-2040)
升级和延长现有核电厂的寿命将在短期内有所帮助,但需要建设新电厂以为发展中国家(需求不断增长)提供电力,并取代本组织的现有燃煤电厂。经济合作与发展(经合组织)国家。建造一座新的核电站需要五到八年的时间,这会增加已经很昂贵的许可和建设工作的利息成本。减少施工时间对于满足每年30个工厂的要求是必要的,并且使用标准化,复制和简化的策略可以控制和降低核电厂的资本成本。
美国核工业需要做出重大改变,以支持新工厂的有效制造和建设。与中国相比,美国面临着监管,后勤和经济问题。例如,由于成本上升,施工延误和监管不确定性,南卡罗来纳州的两座先进轻水反应堆的建设被放弃了。该工厂的技术供应商 - 西屋公司宣布破产,而在中国的两个类似设计的大型项目(同类产品中的第一)成功完成并连接到中国的电网。
为了提高核电厂的执行和交付成功率,开发商应该使用经过验证的项目和施工管理实践,并从其他地方成功的工厂建设经验中学习。我们建议政府提供资金,以分担监管许可成本以及研发成本和增加的首创费用,以帮助行业达到特定的技术里程碑。进一步政府支持生产成本信用以奖励新设计的成功运作将是有用的,类似于提供给风能发电机的信用。
在这方面,在施工开始之前完成反应堆设计工作将避免在施工计划中稍后的昂贵的再工作要求。福岛的经验教训正在实施一些安全改进措施,包括新型包壳和燃料芯块材料,冷却剂损失时的大型蓄水池以及双层反应堆建筑限制。水泵和应急柴油发电机正在向更高的地方移动。
关于监管环境,政府应围绕先进反应堆设计的原型测试和商业部署建立资助计划。为确保有能力的劳动力,政府应为核电厂附近的大学提供核培训和教育支持。为了进一步确保知识汇集,我们根据在其他地方取得的成功经验,支持联合国际培训计划。所有核电厂国家都应该要求成为专门从事自助安全改进的核电公用组织的成员。虽然美国政府目前反对支持核工业,但我们认为气候变化危机需要改变政府政策。
长期建议(2040-2050)
根据第四代国际论坛,在更长的时间框架内,第四代反应堆应该主导新的核电站建设。快堆具有许多潜在的优势,例如显着更好地利用铀资源。例如,用于轻水反应堆的低浓铀反应堆燃料的消耗量约为每吨GWe 75吨,但对于像俄罗斯新型BN-1200快速反应堆这样的先进反应堆,每1 GWe仅消耗4吨。
到目前为止,参与大型快堆的情况大多令人失望,特别是在美国和法国。然而,在俄罗斯和中国建立小型示范设施的经验正在鼓励他们在未来10到20年内开展商业规模的快堆。俄罗斯计划在2032年之前将先进的钠冷快堆,即容量为1,200兆瓦的BN-1200连接到电网。中国预计到2020年,CFR 1000将容纳1,000至1,200兆瓦的容量。。一些欧洲国家的研究也在进行中。欧洲核研究联盟正在设计,开发和建造四座示范反应堆。法国正计划重新进入快堆市场,印度也正在开发类似的反应堆和燃料循环试点项目。
在美国,小型模块化反应堆最有希望进行第四代发展。NuScale的小型模块化反应堆是第一个接受美国核管理委员会设计认证审查的反应堆。一旦颁发设计证书,就不需要对设计进行任何更改,并且已经解决和批准的技术安全问题不能在许可过程中重新提起诉讼,从而缩短了开始施工前的许可期限。成功的小型模块化反应堆项目可能会在工业化国家中找到具有小型或隔离电网的市场。美国的初创公司正在研究熔盐反应堆,但GIF时间表表明它们离示范阶段最远。
由于发展中国家需要更多能源,发达国家关闭污染煤电厂,政府应与核工业合作,逐步升级下一代核电站,同时升级现有设施。虽然我们每年开设30家工厂的目标可能看起来很激进,但这对于帮助世界达到“巴黎协定”规定的碳排放目标至关重要。
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