運(yùn)營商正致力于將反應(yīng)堆運(yùn)行期限延長至60年乃至80年,本文深入探討了延長核電廠運(yùn)行期限的相關(guān)規(guī)劃、實(shí)施路徑與技術(shù)創(chuàng)新。 瑞士多廷根的Beznau核電廠計(jì)劃運(yùn)行至2033年
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延長核電機(jī)組運(yùn)行期限技術(shù)已獲驗(yàn)證,且日益成為實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)有效途徑。國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)數(shù)據(jù)顯示,目前全球在運(yùn)的416座反應(yīng)堆(裝機(jī)容量376.2吉瓦)中,半數(shù)已運(yùn)行38年。其中最古老的瑞士Beznau 1、2號機(jī)組(380兆瓦西屋壓水堆)分別于1969和1971年投運(yùn)。運(yùn)營方Axpo集團(tuán)在機(jī)組改造升級方面已投入25億瑞士法郎(約合32億美元),現(xiàn)計(jì)劃追加投資3.5億法郎(約合4億美元)。若許可證更新申請獲批,2號機(jī)組將運(yùn)行至2032年,1號機(jī)組至2033年。全球眾多反應(yīng)堆面臨相似情況:原設(shè)計(jì)壽命30—40年的機(jī)組,通過對系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和部件升級改造,現(xiàn)可獲得60—80年甚至更長的運(yùn)行許可期。 延長電廠運(yùn)行期限的益處 鑒于新建核電廠周期漫長,現(xiàn)有反應(yīng)堆預(yù)計(jì)將在未來低碳發(fā)電中持續(xù)發(fā)揮重要作用。國際能源署預(yù)測,到2040年延長運(yùn)行期限的機(jī)組將貢獻(xiàn)150吉瓦裝機(jī)容量,占全球核電總量的五分之一。根據(jù)世界核協(xié)會9月發(fā)布的《2025年世界核能績效報(bào)告》,2024年全球在運(yùn)核電機(jī)組發(fā)電量達(dá)2667太瓦時(shí),創(chuàng)下歷史新高,超越2006年2660太瓦時(shí)的前期紀(jì)錄。機(jī)組容量因子未出現(xiàn)與運(yùn)行年限相關(guān)的整體下降,這給出了“反應(yīng)堆在進(jìn)入延長運(yùn)行期后仍具有良好運(yùn)行潛力的積極信號”。 延長核電廠運(yùn)行期限還具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)經(jīng)濟(jì)觀察公司研究,自1976年以來,英國的8座核電廠為英國經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)了約1230億英鎊(合1660億美元)。法國電力公司最近宣布計(jì)劃將Heysham 1號機(jī)組和Hartlepool核電廠運(yùn)行期限延長12個(gè)月至2028年3月,從而保障了1000名工人的就業(yè)。與此同時(shí),加拿大Bruce電力公司耗資130億加元(合9億美元)的主要部件更換項(xiàng)目——在2020年至2033年間更換Bruce 3—8號機(jī)組的關(guān)鍵部件,如蒸汽發(fā)生器、壓力管、排管容器管道和給料管——預(yù)計(jì)將提供約2.2萬個(gè)就業(yè)崗位,并在2064年前每年為安大略省創(chuàng)造40億加元(合2.9億美元)的經(jīng)濟(jì)效益。 南非電力公司Eskom表示,Koeberg核電廠兩臺機(jī)組延長運(yùn)行期限的動(dòng)因在于“南非需要在大規(guī)模建設(shè)新發(fā)電容量的同時(shí),維持可靠、低成本、低碳的基荷供電能力”。該電廠1、2號機(jī)組分別于1984年和1985年投運(yùn),裝機(jī)容量約1860兆瓦(約占全國供電量的5%)。該公司補(bǔ)充說明“相比新建電站,延長運(yùn)行期限方案能更快實(shí)施且投入資本大幅降低”。 延長反應(yīng)堆運(yùn)行期限計(jì)劃 許多國家都制定了雄心勃勃的延長反應(yīng)堆運(yùn)行期限目標(biāo)。 美國核監(jiān)管委員會(NRC)已為當(dāng)前運(yùn)行的94座反應(yīng)堆中的87座延長了原40年運(yùn)行許可證。美國核能研究所調(diào)查顯示,絕大多數(shù)(95%)反應(yīng)堆預(yù)計(jì)將獲準(zhǔn)運(yùn)行至少80年,同時(shí)73%的反應(yīng)堆正考慮提升功率。 加拿大安大略發(fā)電公司與Bruce電力公司正持續(xù)推進(jìn)翻新計(jì)劃,旨在將Bruce、Darlington及Pickering核電廠的CANDU反應(yīng)堆運(yùn)行期限延長30至35年。與此同時(shí),法國電力集團(tuán)計(jì)劃斥資60億歐元(約合70億美元)對其20座1300兆瓦反應(yīng)堆進(jìn)行升級,使其運(yùn)行年限突破40年,相關(guān)安全評審將于2027至2035年間陸續(xù)展開。比利時(shí)、捷克共和國、芬蘭、匈牙利、瑞典、羅馬尼亞、南非、韓國和英國也在尋求延長多種反應(yīng)堆的運(yùn)行期限。 延長運(yùn)行期限的兩條主要途徑 南非工程、采購和建設(shè)公司Lesedi核服務(wù)公司表示,國際上通常有兩種實(shí)現(xiàn)核電廠運(yùn)行期限延長的模式。NRC《許可證更新規(guī)則》(10 CFR Part 54)規(guī)定了申請更新許可證所需進(jìn)行的嚴(yán)格評估程序,只要每次更新符合安全要求,即可多次更新運(yùn)行許可證。在美國以外,核電企業(yè)通常遵循IAEA“長期運(yùn)行安全問題(SALTO)”流程,該方法要求相對寬松。SALTO服務(wù)為考慮延長核電廠運(yùn)行期限的國家提供咨詢與協(xié)助,自2005年起通過同行評審,將各國延長運(yùn)行期限實(shí)踐與IAEA安全標(biāo)準(zhǔn)及國際良好實(shí)踐進(jìn)行對標(biāo)。 專家評估過程通常包括: ? 關(guān)于IAEA安全標(biāo)準(zhǔn)和SALTO評估方法的研討會 ? 為期9天的SALTO預(yù)評估(在延長運(yùn)行期限前10個(gè)月至兩年內(nèi)) ? SALTO評估(在延長運(yùn)行期限前兩年內(nèi)) ? 跟蹤評估(在SALTO預(yù)評估和SALTO評估后1.5—2年) 案例分析:展望Koeberg核電廠運(yùn)行40年后的未來 非洲唯一商業(yè)運(yùn)營核電廠Koeberg開展了SALTO評估。Lesedi公司利用軟件工具對該核電廠開展了老化分析。 Lesedi公司從界定范圍和篩選流程中涉及的數(shù)十萬個(gè)安全相關(guān)組件起步,最終為Koeberg兩個(gè)機(jī)組確定了約8萬個(gè)安全相關(guān)部件(包括泵、土建結(jié)構(gòu)、電纜等)。這些部件隨后根據(jù)材料特性、環(huán)境適應(yīng)性等共性被歸類至“物料組”。每個(gè)物料組及部分大型獨(dú)立部件都經(jīng)過進(jìn)一步分析,以確定其使用壽命能否超過40年。Lesedi公司還協(xié)助Koeberg完成部件升級,包括換料水箱、反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及蒸汽發(fā)生器的更換工作。 Eskom公司說明,2022年3月的SALTO評估及2024年9月的跟蹤評估,重點(diǎn)關(guān)注與延長運(yùn)行期限相關(guān)的核心要素,“特別是老化管理方案、特定設(shè)備狀態(tài)問題(包括電纜管理與腐蝕監(jiān)測),以及全廠監(jiān)控與安全監(jiān)督體系的強(qiáng)化措施”。 Koeberg 1號機(jī)組于2024年7月獲準(zhǔn)延長運(yùn)行期限至2044年,Eskom公司正計(jì)劃將2號機(jī)組延長運(yùn)行期限至2045年。 延長運(yùn)行期限的前景 延長核電運(yùn)行期限是實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。核電發(fā)展勢頭持續(xù)增強(qiáng),IAEA預(yù)測全球核能裝機(jī)容量將從2024年的377吉瓦增至2050年的561—992吉瓦。按照高預(yù)期判斷,現(xiàn)有大多數(shù)反應(yīng)堆將獲得延長運(yùn)行期限許可,到本世紀(jì)中葉退役比例將控制在20%以內(nèi)。 法律法規(guī)框架和技術(shù)證明,現(xiàn)有機(jī)組能夠支持40年以上的安全運(yùn)行。然而,如何在工程進(jìn)展的同時(shí)保持公眾信心和政治意愿仍為挑戰(zhàn)。