2022年9月13日，美能源部發(fā)布題為《將已關閉燃煤電廠改建為核電廠的益處與挑戰(zhàn)》的報告。報告由阿貢國家實驗室(ANL)、愛達荷國家實驗室(INL)和橡樹嶺國家實驗室(ORNL)在能源部核能辦公室的資助下合作完成。報告指出，大部分燃煤電廠可用于建設核電廠，并可帶來經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1背景

美國是世界上第一核電大國，擁有92臺在運核電機組，2021年核電發(fā)電量約占美國總發(fā)電量的20%，為美國提供了50%以上的清潔電力。在凈零排放目標和大國競爭背景下，美國制定了振興和壯大核能工業(yè)的國家戰(zhàn)略，采取多項措施，積極推動核能發(fā)展。然而，適于建設核電廠的廠址是一種稀缺資源，是核電發(fā)展必需面對的一個重要問題。

美國燃煤發(fā)電量在2011年達到峰值后一直在持續(xù)下降。主要受兩個因素影響，大量燃煤電廠已經(jīng)或計劃永久關閉。第一，美國“清潔空氣法”和各州的環(huán)境法規(guī)對燃煤電廠的氮氧化合物和二氧化碳等排放提出了嚴格的限制，燃煤電廠不得不增加相應的減排設備，導致成本上升。其次，燃煤電廠面臨來自天然氣發(fā)電以及風能和太陽能等可再生能源電廠的激烈競爭。美國天然氣發(fā)電具有相對較低的燃料成本和更高效的新型天然氣渦輪機技術，可再生能源電廠可獲得政府補貼，而燃煤發(fā)電廠則存在向電網(wǎng)調(diào)度電力時間長、發(fā)電效率低等問題。在各方面因素綜合影響下，燃煤發(fā)電廠逐漸失去市場競爭力，加快了永久關閉的步伐。在此背景下，美能源部資助了該報告的研究工作，評估在燃煤電廠廠址建設核電廠的可行性。

2主要內(nèi)容和結論

2.1核電選址研究的評估模型

報告將人口密度、地質(zhì)條件(地震、坡度、滑坡、斷層線)、水文條件(濕地和開放水域、洪水、冷卻水)和其他因素(公園、自然保護區(qū)等受保護區(qū)域以及機場、軍事基地、化工廠等危險設施)等作為評估指標，并對指標進行數(shù)字化和綜合處理，將得到的數(shù)值與核電廠選址相關的閾值相比較，來判斷該廠址是否適用。指標的選取依據(jù)美國聯(lián)邦法規(guī)第10篇的《反應堆廠址標準》、美國核管會頒布的《核電站適宜選址的通用標準》等;具體數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局、聯(lián)邦應急管理局、聯(lián)邦航空管理局、美國人口調(diào)查局等官方機構及其他商業(yè)機構。

2.2大部分燃煤電廠適于建設核電廠

報告對622座燃煤電廠進行了評估，認為半數(shù)以上可用于建設核電廠：在349座已關閉的燃煤電廠中，125座可建設先進反應堆、35座可建設大型輕水堆;在273座在運燃煤電廠中，190座可建設先進反應堆、96座可建設大型輕水堆。其中部分廠址既適于建設先進反應堆，又適于建設大型輕水堆。先進反應堆是指小型模塊化反應堆和先進非輕水堆，包括鈉冷快堆、超高溫氣冷堆;大型輕水堆是指百萬千瓦級輕水堆。

2.3經(jīng)濟效益

在燃煤電廠建設核電廠，由于可以對廠區(qū)土地、輸電線路、變電站、開關站、辦公樓、運輸?shù)缆返炔糠只A設施進行重復使用，核電廠的造價能夠降低。報告指出，在已關閉的燃煤電廠建設核電廠，可將核電廠的隔夜造價降低約15%～35%。同時，在已關閉燃煤電廠建設核電廠，還可消減燃煤電廠關閉給當?shù)亟?jīng)濟帶來的負面影響，為地區(qū)提供就業(yè)崗位、推動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。在燃煤電廠建設了92.4萬千瓦核電廠，能夠為附近地區(qū)帶來超過650個新工作崗位，使當?shù)氐慕?jīng)濟活動產(chǎn)值增加約2.75億美元。

2.4環(huán)境效益

報告指出，在燃煤電廠建設核電廠能夠帶來環(huán)境效益：可大幅降低空氣污染物和碳排放，有利于改善地區(qū)環(huán)境。一座120萬千瓦燃煤電廠關閉后，在原址建設一座92.4萬千瓦核電廠，所在地區(qū)溫室氣體排放量將下降86%，相當于50多萬輛汽油車一年的碳排放量。同時還解決了原有煤電廠帶來的粉塵、廢氣等污染問題，大幅提高空氣質(zhì)量，避免了空氣污染給工作人員和附近居民帶來的健康問題，如哮喘、肺癌等疾病。

2.5挑戰(zhàn)

報告指出，原有廠址和基礎設施的重復使用可為核電建設帶來利好。然而，這些設施能否重復使用將面臨挑戰(zhàn)。核電廠運行條件(溫度、壓力等)與燃煤電廠不同，需對一些原有基礎設施的可重復利用性進行評審。例如，需要對原有燃煤電廠的冷凝器、渦輪機、泵、除氧器等設施的使用壽命、工作條件和安全性進行評估，確定是否可重復使用。

3報告的現(xiàn)實意義和不足之處

3.1為核電選址提供新思路

核電廠址資源稀缺，該研究為核電選址提供了新思路。核電成本是影響核電建設和發(fā)展的關鍵問題，在燃煤電廠建設核電廠在為核電發(fā)展提供了可用廠址的同時，也有助于降低核電造價，緩解核電公司的投資壓力，有利于核電發(fā)展。同時，還可消減燃煤電廠關閉給社會和經(jīng)濟帶來的負面影響，保障可靠、安全的清潔能源供應，推動傳統(tǒng)化石能源發(fā)電向低碳電力轉型，為零碳經(jīng)濟和氣候目標的實現(xiàn)提供助力。

3.2在核安全評估中存在不足

核電選址最重要的是安全問題。盡管美國家實驗室在開展研究時考慮了安全問題，但其考慮的核安全要素并不全面。根據(jù)國際原子能機構(IAEA)的核電選址安全導則，報告中所選取的指標和評估并不充分。例如，氣象條件和災害、颶風、濕度、降水以及沙塵暴等對核電選址影響在該報告的研究中并未涉及。同時，廠址風向、氣流是否通暢是影響廢氣稀釋擴散的關鍵，也并未被該研究涉及。核電廠安全最重要的輻射防護問題也未得到充分評估。核電廠運行將產(chǎn)生乏燃料和放射性廢物。乏燃料的貯存和運輸、放射性廢物的排放和轉運等因素在選址過程中應得到充分考慮。此外，國際原子能機構認為核應急計劃的可實施性也應納入選址范疇，但該研究沒有對此進行充分考慮。

4將燃煤電廠用于開展核電建設的最新進展

美國和羅馬尼亞的一些機構和企業(yè)正在積極采取行動，利用已關閉的燃煤電廠建設核電廠，并已取得實質(zhì)性進展。

4.1美2022年《芯片與科學法》

拜登總統(tǒng)2022年8月簽署的2022年《芯片與科學法》包含了支持在化石燃料電廠建設先進反應堆的內(nèi)容。該法授權未來5為能源部撥款8億美元，用于制訂和實施相關計劃，資助合格實體推進先進反應堆技術研發(fā)和示范。先進反應堆包括裂變堆、聚變堆和利用放射性核素衰變熱進行能源生產(chǎn)的系統(tǒng)。該法要求能源部優(yōu)先支持在已關閉或即將關閉的化石燃料電廠建設先進反應堆的項目。

4.2美泰拉能源公司

美國泰拉能源公司(Terra Power)2021年底宣布將在懷俄明州凱默勒的一座已關閉燃煤電廠建設其首座“Natrium反應堆—儲能系統(tǒng)”示范電廠，美能源部也表示將投資20億美元支持該項目。懷俄明州是美煤炭生產(chǎn)量最大的州，并且該州80%的發(fā)電量源自燃煤電廠，但2005年后燃煤電廠關閉數(shù)量逐漸增加。該示范項目由一個34.5萬千瓦小型鈉冷快堆發(fā)電模塊和一個熔鹽儲能模塊組成。其中，創(chuàng)新的熔鹽儲能模塊可將輸出功率提升至50萬千瓦。因此，該示范電廠具有功率調(diào)節(jié)功能，可進行調(diào)峰運行，實現(xiàn)削峰填谷。該核電廠計劃于2024年開工。

4.3美馬里蘭州

美國馬里蘭州能源管理局2022年6月份宣布向X能源公司(X-energy)和富勞斯特堡州立大學提供資助，用于評估利用燃煤電廠基礎設施建設小型高溫氣冷堆Xe-100的可行性。Xe-100是由X能源公司在美國能源部的資助下研發(fā)。Xe-100裝機容量為8萬千瓦，使用鈾-235豐度為10%的三元結構各向同性(TRISO)燃料。該評估將關注在燃煤電廠建設Xe-100的經(jīng)濟可行性及其能夠在更廣泛領域帶來的效益，包括降低碳排放、相關基礎設施能得到繼續(xù)使用、保留高薪工作崗位、為制造業(yè)和建筑業(yè)提供商業(yè)機會等。相關研究成果將于2022年底前提交。

4.4羅馬尼亞國家核電公司

羅馬尼亞國家核電公司(Nuclearlectrica)和諾瓦電力與天然氣公司(Nova Power & Gas)2022年9月宣布組建合資企業(yè)RoPower核公司(RoPower Nuclear)，將與美國紐斯凱爾電力公司(NuScale Power)合作在多伊切什蒂(Doicesti))燃煤電廠建設一座模塊化小型壓水堆電廠。該電廠將包括6座7.7萬千瓦小堆，總裝機容量為46.2萬千瓦。該小堆是由紐斯凱爾在5萬千瓦版基礎上推出的7.7萬千瓦版小堆。紐斯凱爾5萬千瓦小堆已通過美國核管會的設計認證，并且是唯一通過核管會此類認證的小堆。

5小結

美92臺在運核電機組集中分布于東部和中部，多數(shù)為內(nèi)陸核電廠。報告評估的、可用于建設核電廠的燃煤電廠，多分布在中西部、東南和西南的內(nèi)陸和沿海地區(qū)。核電廠址是稀缺資源,美開展在燃煤電廠建設核電廠的可行性研究，表明美國也正在尋求核電廠址不足的解決方案，滿足核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，促進凈零排放目標的實現(xiàn)。值得一提的是，近期美和羅馬尼亞等國的相關企業(yè)和機構已啟動在燃煤電廠建設核電廠的相關工作。燃煤電廠已成為核電建設的新選擇。