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2023年世界核電產業發展回顧(上)

2024-04-09 07:43伍浩松,王興春
國外核新聞 2024年2期
關鍵詞:核管會小堆核燃料

2023 年,全球共有5 臺新機組實現首次并網,總裝機容量511 萬千瓦,分別位于美國、中國、韓國、斯洛伐克和白俄羅斯;6臺新機組正式啟動建設,總裝機容量686 萬千瓦,分別位于中國(5 臺)和埃及(1 臺);5 臺機組永久關閉,總裝機容量604萬千瓦,分別位于德國(3臺)、比利時(1臺)和中國臺灣地區(1臺)。

截至2023 年12 月31 日,全球共有31 個核電國家,總計擁有437 臺在運核電機組(此為世界核協會數據,比國際原子能機構數據412臺多25 臺,原因是國際原子能機構將長期停運的21臺日本機組和4 臺印度機組歸類為“暫停運行”),總裝機容量約3.93 億千瓦。與2022 年12月31 日(437 臺,3.94 億千瓦)相比,在運機組數量相同,總裝機容量基本持平。

值得注意的是,11月30日—12月13日在阿聯酋迪拜召開的第28屆聯合國氣候變化大會在最終達成的“阿聯酋共識”中呼吁加速發展包括核能在內的零碳低碳能源,助力2050 年凈零排放目標的實現。這是氣候變化大會首次將核能列為需要加速發展的零碳低碳能源,意味著發展核能已成為全球共識,全球核能或將迎來新一輪快速發展。

1 美國

截至2023 年12 月31 日,美國共有93 臺在運核電機組,總裝機容量9583.5 萬千瓦;1 臺在建機組,總裝機容量125萬千瓦。

1.1 政策

2023年,美發布兩份重要文件:一份指明發展核能的必要性和緊迫性,另一份將核能制氫列為將要重點發展的清潔制氫技術之一。此外,美還在第28 屆聯合國氣候變化大會上宣布多項推進核能發展舉措。

美國能源部3月發布《先進核能商業騰飛之路》報告指出,為實現凈零排放目標,美國需要到2050 年建成2 億千瓦核電裝機容量,并在2030啟動先進核能商業化部署。

能源部6 月發布《國家清潔氫戰略和路線圖》報告,將核能列為生產清潔氫的重要能源之一,并制定了核能制氫發展目標:2022—2023年建成一座與核設施集成的1250千瓦制氫電解槽(已于2023 年2 月在九英里峰核電廠實現);2024—2028年實施不少于10個清潔氫生產示范項目,其中必須包含核能制氫項目;掌握用于高溫電解制氫的2萬千瓦核熱提取、分配和控制技術。

在第28 屆聯合國氣候變化大會召開期間,美國宣布旨在推動核能產業發展的三大舉措:一是聯手法國、英國等20余國發布《三倍核能宣言》,明確指出核能對于實現2050年全球溫室氣體凈零排放和《巴黎協定》1.5℃溫升目標具有重要作用,呼吁高層政治推動核能發展,目標是使2050 年核能裝機容量增至2020 年三倍;二是與日本、加拿大、法國和英國共同宣布,未來三年五國將調動至少42億美元投資,用于加強鈾濃縮和轉化產能建設,助力私營企業建立安全可靠的核能供應鏈,以降低對俄羅斯的依賴;三是為支持小堆全球部署并增強美國供應商競爭力,美國國務院和美國進出口銀行公布一整套金融工具,在從參與項目競標到最終完成建設的所有階段均為美國供應商提供融資支持。

1.2 核電

1.2.1 大型輕水堆

2023 年,美國一臺新機組實現首次并網發電,核管會收到四份涉及五臺機組的延壽申請,一座核電廠完成退役和去污工作,全球首座兆瓦級核能制氫示范設施建成投運,一臺已永久關閉核電機組正在推進重啟工作。

沃格特勒核電廠3 號機組3 月首次臨界,4月首次并網,7月正式投入商運,成為美國在新世紀啟動建設并投運的首臺核電機組。沃格特勒是美2000年之后啟動并持續實施的唯一商業核電建設項目,旨在建設兩臺西屋公司AP1000機組,即3號和4號機組。廠址準備工作于2009年啟動,當時預計兩臺機組將分別于2016 年和2017年投運,總造價估計值為140億美元。該項目已嚴重拖期超概,總造價超過300 億美元。4號機組已于7 月獲得裝料許可,計劃于2024 年第一季度投運。

核管會收到兩份首次延壽申請(擬將運行壽期從最初的40年延長至60年)和兩份二次延壽申請(擬將運行壽期從60 年延長至80 年)。佩里和代阿布洛峽谷核電廠申請首次延壽:前者擁有一臺124 萬千瓦沸水堆機組,1987 年投運;后者擁有兩臺110 萬千瓦壓水堆機組,分別于1985 年和1986 年投運。蒙蒂塞洛和薩默爾核電廠申請二次延壽:前者擁有一臺62.8 萬千瓦沸水堆機組,1971年投運,2006年獲準首次延壽;后者擁有一臺97.3 萬千瓦壓水堆機組,1984年投運,2004年獲準首次延壽。截至2023年底,美大部分機組均已獲準延壽至60 年,其中六臺機組獲準延壽至80年。

核管會11 月宣布,宰恩核電廠已完成退役和去污,批準廠區及周邊大部分土地可以“不受限制地使用”,只有占地約五英畝的乏燃料貯存設施將繼續接受監督。宰恩曾運營兩座104 萬千瓦壓水堆,于1998年永久關閉。

九英里峰核電廠2 月在能源部資助下建成全球首座兆瓦級核能制氫示范設施,意味著美在核能制氫商業化應用領域取得突破性進展。該設施功率為1250千瓦,每天能夠生產560千克氫,主要用于滿足該核電廠的運營需求。截至2023年底,能源部已為九英里峰(低溫電解制氫)、戴維斯-貝瑟(低溫電解制氫)和普雷里島核電廠(高溫電解制氫)三個核能制氫項目提供資助。

霍爾臺克國際公司(簡稱“霍爾臺克”)正在穩步推進帕利塞茲核電廠重啟。該核電廠擁有一座80.5萬千瓦壓水堆,1971年投運,2007年獲準延壽至60 年,即可持續運行至2031 年。由于與客戶簽署的電力銷售協議到期,該核電廠2022年5月永久關閉?;魻柵_克2023年初就該核電廠重啟向能源部貸款項目辦公室申請聯邦貸款資金;7月密歇根州宣布將為帕利塞茲重啟提供1.5 億美元資金;9 月霍爾臺克與一家電力合作社宣布簽署一項長達數十年的電力協議,將向后者出售帕利塞茲生產的電力;10 月霍爾臺克宣布已向核管會提交文件,正式啟動帕利塞茲重啟許可申請程序。帕利塞茲有望成為美國首座在永久關閉后成功重啟的核電廠。

1.2.2 小堆

2023 年,美國核管會頒發近數十年來首份非水冷堆建設許可證,發布小堆應急準備最終規則,并審批通過首種小堆通用設計;首個紐斯凱爾小堆建設項目宣布終止;霍爾臺克國際公司、紐斯凱爾電力公司、BWX 技術公司、超安全核公司、泰拉能源公司、X能源公司、西屋公司和奧克洛公司等小堆技術開發商均宣布了研發進展或國內市場開拓情況。

核管會12 月宣布,同意為在橡樹嶺東田納西科技園建設赫爾墨斯低功率示范堆頒發許可證。這是核管會近50年首次頒發非水冷堆建設許可證。赫爾墨斯是卡伊洛斯電力公司14萬千瓦氟化鹽冷卻高溫堆(KP-FHR)示范版本,熱功率為3.5 萬千瓦,使用三元結構各向同性(TRISO)燃料,以氟化鋰和氟化鈹熔鹽為冷卻劑??ㄒ谅逅闺娏τ媱澰跂|田納西科技園建設三座赫爾墨斯。首堆用于示范低成本核能供熱,最快于2026年建成。此次頒發的是首堆建設許可證。后續兩堆將用于電力生產,建設申請已于7月提交核管會。

最終規則和相關監管指南文件《模塊化小堆及其他新技術的應急準備》12 月正式生效。該文件規定模塊化小堆和其他新技術設施可適用風險指引、基于績效的應急準備要求。其他新技術設施包括非輕水型動力堆、非動力堆以及醫用放射性同位素生產設施。

核管會2 月發布5 萬千瓦紐斯凱爾小型壓水堆最終認證規則,意味著這種小堆成為首種也是迄今唯一通過核管會通用設計認證的小堆設計。紐斯凱爾電力已在5萬千瓦小堆基礎上研發7.7萬千瓦小堆,1月宣布向核管會提交7.7萬千瓦小堆設計認證申請文件,8月宣布核管會即將正式啟動對7.7萬千瓦設計為期24個月的評審。

猶他州聯合市政電力系統公司與紐斯凱爾電力公司11 月宣布,由于無法吸引足夠多的電力訂單,決定終止愛達荷國家實驗室六座7.7萬千瓦小堆建設項目。這是美首個、也曾是進展最快的小堆建設項目。造成該項目終止的根本原因是造價飆升,從之前估計的53 億美元增至93億美元;平準化度電成本估計值從之前每兆瓦時58 美元上升至每兆瓦時89 美元,遠超一般核電水平(每兆瓦時26~64 美元);造價上漲主要源于外部因素,包括通脹壓力和利率急劇提升。

霍爾臺克12 月宣布,已啟動在帕利塞茲核電廠建設兩座小型壓水堆SMR-300 的計劃,目標是2026 年向核管會提交建設許可證申請,首堆2030年啟動調試。值得關注的是,霍爾臺克此前向市場主推的小堆設計是SMR-160(熱功率52.5 萬千瓦、電功率16 萬千瓦),并與包括烏克蘭、捷克在內的多國企業簽署SMR-160建設相關協議;此次提出建設的是功率翻番的SMR-300(熱功率105萬千瓦、電功率30萬千瓦)。

紐斯凱爾電力和美國標準電力公司10月宣布,將在俄亥俄州和賓夕法尼亞州各建一座由12座7.7萬千瓦小堆組成的核電廠。

BWX技術公司9月與懷俄明州能源局簽訂一份兩年期合同,評價在該州部署微堆BARN的可行性。BANR 是一種熱功率5 萬千瓦高溫氣冷堆,是獲得能源部“先進反應堆示范計劃”資助的10種反應堆之一。

超安全核公司8 月宣布戰略性更新其旗艦產品微型高溫氣冷堆MMR 性能指標:MMR 能夠使用鈾-235 豐度為9.9%或19.75%的燃料,以1 萬~4.5 萬千瓦熱功率(3300~1.5 萬千瓦電功率)運行。此前,超安全核公司一直表示MMR熱功率為1.5萬千瓦(電功率5000千瓦)。

泰拉能源公司8 月宣布在推進鈉冷快堆Natrium 示范項目建設方面取得兩項進展:一是已在懷俄明州凱默勒采購首座示范電廠建設用地,二是已向四家企業授予Natrium電廠設備和相關服務供應合同。太平洋電力公司3月宣布,將在2033年前建設三座Natrium電廠,包括位于凱默勒的首座示范電廠。

X 能源宣布已有兩家美國企業計劃建設小型高溫氣冷堆Xe-100,且其3000~5000 千瓦移動微堆研發可獲得國防部和能源部的資助:7月宣布與西北能源公司簽署協議,擬在華盛頓州合作建設12 座Xe-100,總裝機容量96 萬千瓦,首堆2030 年投運;5 月宣布將與陶氏集團合作,在后者位于得克薩斯州的Seadrif制造廠建設四座Xe-100,計劃于2026 年啟動建設,2030 年前建成投運,該項目將獲得“先進反應堆示范計劃”資助;9 月宣布移動微堆研發將獲得國防部“貝利”計劃1749 萬美元資助,目標是在未來一年內詳細分析反應堆設計方案,以便能夠開展初步工程設計并與核管會啟動“監管預申請程序”;10月宣布能源部將在2024年底前為移動微堆研發提供約250萬美元資助。

西屋公司5月推出小型壓水堆AP300設計,計劃十年內建成首堆。AP300 是AP1000 縮小版,采用單回路設計,裝機容量30 萬千瓦,占地面積約為標準足球場的25%,單堆目標造價為10億美元。

奧克洛公司和南俄亥俄州多樣化倡議組織5月簽署協議,將在俄亥俄州派克頓樸次茅斯建設兩座1.5萬千瓦微型快堆Aurora。

美國國防部8 月宣布準備將阿拉斯加州艾爾森空軍基地微堆建設合同授予奧克洛公司,但在11 月推翻了這一說法,原因是打算考慮其他開發商,例如超安全核公司。

1.3 核燃料循環

2023 年,能源部在保障高豐度低濃鈾供應以及先進輕水堆燃料商業化應用方面均取得重要進展;唯一商業鈾濃縮廠宣布將提升產能;核管會為一座乏燃料中間貯存設施頒發建設許可證,但其在2021 年頒發的一份類似許可證被法院裁決撤銷。

能源部正在采取兩種方式保障高豐度低濃鈾供應。一是資助森圖斯能源公司在派克頓建設高豐度低濃鈾示范性生產設施。該設施已投運,并于11 月交付首批20 千克高豐度低濃鈾。二是稀釋庫存高濃鈾:能源部3 月宣布,薩凡納河場區正在開展準備工作,計劃于2025 年啟動庫存高濃鈾稀釋工作;BWX 技術公司8 月宣布獲得國家核軍工管理局授予的合同,將利用含濃縮鈾的廢金屬生產超過2噸高豐度低濃鈾。

在推進輕水堆耐事故燃料和高豐度低濃鈾燃料研發方面,法馬通公司7月宣布耐事故燃料組件在美國卡爾弗特懸巖2 號機組完成了首個換料周期(24 個月)輻照測試,這是全球首次有完整耐事故燃料組件完成一個換料周期的輻照測試。核管會12月宣布批準修訂環球核燃料-美洲公司威爾明頓核燃料廠運行許可證,準許該廠生產鈾-235 豐度達8%的核燃料;7 月宣布批準沃格特勒核電廠2 號機組使用鈾-235 豐度達6%的耐事故燃料,該機組因此成為美國首臺獲準使用鈾-235豐度超5%燃料的核電反應堆。

歐洲鈾濃縮公司7月決定將尤尼斯鈾濃縮廠產能提升15%。尤尼斯是美唯一商業鈾濃縮廠,現有產能為4600 tSWU/a,未來將增加約700 tSWU/a。首批新離心機級聯將于2025年投運。

核管會5月向霍爾臺克頒發許可證,準許該公司在新墨西哥州建設和運營一座乏燃料中間貯存設施:使用500 個容器將約8700 噸核電廠乏燃料貯存40年時間。

美國第五巡回上訴法院8月作出裁決,撤銷核管會2021年為中間貯存伙伴公司頒發的乏燃料中間貯存設施建設許可證,原因是根據聯邦法律,核管會無權為私營核廢物中間貯存設施發頒發許可證。

1.4 國際市場

2023年,美國在大堆、小堆和核燃料循環國際市場開拓方面取得多項重要成果。

1.4.1 大堆市場

在大堆領域,西屋在烏克蘭、保加利亞和波蘭的AP1000建設項目已取得實質性進展。

西屋與烏克蘭國家核電公司(簡稱“烏國核”)12月簽署赫梅利尼茨基核電廠5號機組設備采購合同。2022年6月兩公司簽署在烏建設九座AP1000的協議。赫梅利尼茨基將建設首批兩堆。

保加利亞政府10月宣布將繼續推進科茲洛杜伊兩座AP1000 建設項目。西屋3 月宣布,已與科茲洛杜伊核電廠新建項目公司就建設AP1000 簽署諒解備忘錄。根據協議,雙方將建立聯合工作組,負責開展一座或多座AP1000 的建設規劃工作。

波蘭氣候與環境部7 月原則性批準盧比亞托沃-科帕利諾AP1000建設項目。西屋、柏克德與波蘭核電廠9月簽署為期18個月的工程服務合同,將根據廠址條件完成三座AP1000 反應堆核島、汽輪機島和配套設備的設計,支持取證材料編制、培訓計劃制定以及運維程序開發。

1.4.2 小堆市場

在小堆領域,多家小堆開發商簽署國際合作協議,尤其是通用電氣-日立核能公司(簡稱“通用電氣-日立”)模塊化小型沸水堆BWRX-300、紐斯凱爾電力公司7.7萬千瓦小型壓水堆、超安全核公司微型高溫堆MMR 在國際市場獲得較多認可。

通用電氣-日立BWRX-300 已獲得波蘭、愛沙尼亞和加拿大等國企業的認可。波蘭氣候與環境部12月宣布原則性批準在六個廠址建設24座BWRX-300。波蘭國家原子能機構5 月宣布BWRX-300 設計能夠滿足波蘭《原子能法》和核設施安全相關法規要求。愛沙尼亞費米能源公司2 月宣布,已將BWRX-300 選定為首選堆型,擬于本世紀30年代初建成首堆。加拿大安大略省政府7月宣布即將與安大略電力公司合作,啟動在達靈頓增建三座BWRX-300的規劃和取證工作;安大略電力原計劃最早于2029 年在達靈頓建成一座BWRX-300,并于2022 年10 月向加拿大核安全委員會提交建設許可證申請。

紐斯凱爾電力7.7 萬千瓦小堆建設項目在羅馬尼亞和波蘭得到推進。羅馬尼亞國家核活動管制委員會8月正式發布批準書,確認多伊切什蒂小堆電廠(擬建六座小堆)設計基準文件能夠滿足國家監管要求;紐斯凱爾電力和羅馬尼亞RoPower核電公司5月宣布為多伊切什蒂項目前端工程設計第二階段工作開展提供資金。波蘭國家原子能機構12月宣布紐斯凱爾小堆設計能夠滿足波蘭《原子能法》和核設施安全相關法規要求;波蘭氣候與環境部7月原則性批準波蘭銅業集團公司六座紐斯凱爾小堆建設項目。紐斯凱爾電力、羅馬尼亞國家核電公司、E-INFRA 公司、諾瓦電力與天然氣公司、福陸公司和三星物產公司6月簽署合作備忘錄,將在羅馬尼亞及其他中東歐國家合作推進紐斯凱爾小堆部署。

超安全核公司MMR 建設項目在韓國和加拿大取得進展。MMR 首堆將在加拿大喬克河實驗室建設,5月已明確具體廠址。超安全核公司、韓國現代工程公司和SK 生態電廠公司4 月簽署諒解備忘錄,擬在首爾建設“微型制氫樞紐”設施,將MMR 技術與固體氧化物電解槽技術結合在一起,進行高溫電解制氫。

霍爾臺克與烏國核4月簽署合作協議,將聯合推進小型壓水堆SMR-160 建設,目標是首堆2029年3月前并網發電。

Last能源公司3月宣布分別與波蘭和英國的四家企業簽署總計34座2萬千瓦小型壓水堆的供電協議,涉及的電力銷售總額超過180億美元。

西屋2023 年與烏國核、芬蘭富騰公司和斯洛伐克JAVYS公司等企業簽署關于建設小型壓水堆AP300的諒解備忘錄。

X 能源1 月宣布與加拿大阿爾伯塔投資公司簽署諒解備忘錄,將就在阿省建設Xe-100 開展合作。

1.4.3 核燃料循環市場

2023 年,美國核燃料循環服務供應商在國際市場簽署多份合同,涉及鈾轉化服務,核燃料供應、燃料設施升級改造以及先進燃料研發等。

康弗登公司與烏國核9 月簽署鈾轉化服務合作備忘錄。烏國核表示,與康弗登的合作有助于烏建立完整的核燃料循環產業鏈。未來雙方將合作增加烏東部采礦和加工廠的鈾產量,并建設一座鈾轉化廠。

西屋8 月與斯洛伐克國家電力公司就VVER-440 核燃料取證和長期供應簽署協議。在此之前,西屋已與捷克能源集團、芬蘭富騰公司和烏國核簽署VVER-440 核燃料供應合同。為滿足客戶需求,西屋與西班牙埃努薩公司1月簽署合作生產VVER-440 核燃料的協議。西屋12 月宣布其制造的VVER-440 核燃料已成功裝入烏克蘭羅夫諾核電廠一臺機組的堆芯。這是西屋VVER-440核燃料首次裝入烏核電機組。

歐盟7 月宣布選擇由西屋牽頭的聯合體實施“加速保障VVER 核燃料供應安全計劃”,目標是加速推進VVER 核燃料設計、制造和供應能力建設,幫助歐洲擺脫對俄羅斯的依賴,實現核燃料自主供應。

英國政府7 月宣布通過核燃料基金為西屋提供1050萬英鎊資助,用于升級和擴建斯普林菲爾茲核燃料制造設施,目標是滿足英國下一代核反應堆燃料需求。西屋10 月宣布與英國羅爾斯·羅伊斯模塊化小堆公司(簡稱“羅羅小堆公司”)簽署協議,將負責羅羅小堆燃料設計工作。

2 俄羅斯

截至2023 年12 月31 日,俄羅斯共有37 臺在運核電機組,總裝機容量2772.7 萬千瓦;3 臺在建機組,總裝機容量281萬千瓦。

2023 年,俄羅斯國家原子能集團(簡稱“俄原集團”)宣布將在2045 年前建成29 臺核電機組;多個陸基小堆建設項目取得進展,并積極推進水下核電廠研發;在壓水堆再生混合物(REMIX)燃料和混合氧化物(MOX)燃料研發領域取得顯著進展,并生產首批供鈉冷快堆使用的含次錒系元素的MOX燃料;獲得亞美尼亞一臺壓水堆機組延壽合同。

俄原集團2 月宣布,到2045 年將建成29 臺新核電機組,其中12 臺將于2035 年前投運。2045年,核能發電量將達3730億千瓦時,占全國總發電量的25%。2022 年,俄核能發電量2095億千瓦時,占全國總發電量的19.6%。到2045年,俄18臺在運機組將永久關閉。

俄原集團11 月批準模塊化小型壓水堆RITM-200N技術設計。RITM-200N基于破冰船動力堆RITM-200,熱功率19萬千瓦,電功率5.5萬千瓦,運行壽期60年,換料周期6年。俄原集團與薩哈(雅庫特)共和國2022 年9 月簽署協議,將在烏斯季-揚斯基區建設兩座RITM-200N,保障Kyuchus 金礦能源供應。該項目4 月獲得核監管機構頒發的許可證,將建成俄首座陸基小堆電廠,首堆擬于2028 年并網發電。

俄原集團和楚科奇政府6 月簽署微型壓水堆SHELF-M 電廠建設協議。這座電廠將于2030 年投運,用于Sovinoye 金礦和楚科奇自治區居民點供電。SHELF-M 技術設計將于2024年完成,裝機容量1 萬千瓦,運行壽期60 年,換料周期8年。

俄原集團與諾里爾斯克鎳業公司11月簽署關于建設小堆電廠的意向協議,未來將開展聯合研究,明確將選用的技術、廠址、電廠配置等。

俄原集團7月宣布,圣彼得堡孔雀石海洋機械設計局正在開展水下核電廠設計工作。該核電廠將配備兩臺機組,總裝機容量2 萬千瓦,能夠自動運行,可在水下400米深處為北極地區提供能源保障,僅需定期維護:每三個月由最多六名專家檢查一次。

俄原集團6 月宣布在VVER 核燃料研發領域取得兩項重要進展:一是首批REMIX 燃料組件完成長達18 個月的首個換料周期輻照;二是利用研究堆啟動MOX燃料輻照測試。

俄原集團12月宣布已生產首批共計三個含次錒系元素的MOX燃料組件并完成驗收測試,計劃于2024年將這些組件裝入別洛雅爾斯克核電廠4 號機組(唯一BN-800 鈉冷快堆)堆芯,接受輻照測試。

俄羅斯和亞美尼亞12 月就梅察莫爾2 號機組延壽簽署框架合同。這是一臺1980年投運的VVER-440機組。

(未完待續)

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