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受用電量激增的影響，歐美國家大量服役年限即將到期的核電站獲延壽批準(zhǔn)。這為中國核電產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的啟示？

文/本刊記者 范珊珊

數(shù)據(jù)中心用電需求的激增，讓科技巨頭們轉(zhuǎn)向押寶核電技術(shù)。微軟公司與美國最大清潔能源供應(yīng)商星座能源公司（ConstellationEnergy）達(dá)成重大合作協(xié)議，計劃重啟位于賓夕法尼亞州的三哩島核電站，為微軟日益擴(kuò)大的人工智能需求提供必要的電力支持。微軟承諾在20年內(nèi)購買其產(chǎn)生的所有電力。根據(jù)協(xié)議，星座能源公司將重啟三哩島核電站的未受損反應(yīng)堆，并將所產(chǎn)生的電力出售給微軟。該反應(yīng)堆在2019年因運行成本過高而關(guān)閉，星座能源公司預(yù)計于2028年初前后投資約16億美元，以完成重啟工作。

在歐美地區(qū)，像三哩島核電站這樣一直希望延長生命的核電站還有很多。工業(yè)擴(kuò)張以及交通運輸和其他部門的電氣化，世界能源需求正在增加。煤電等化石燃料正在逐步淘汰，核電仍然是少數(shù)能夠提供持續(xù)高輸出電力的可靠能源之一，因此重新受到關(guān)注。

據(jù)統(tǒng)計，世界上400余臺核電機(jī)組中大部分20上世紀(jì)70年代后陸續(xù)建成的，除少數(shù)三代核電廠設(shè)計壽命為60年以外，大部分為二代或二代改進(jìn)型，設(shè)計壽命一般為40年，也有少數(shù)機(jī)組比如我國秦山核電廠1號機(jī)組作為原型堆出于保守考慮定為30年。

這些機(jī)組現(xiàn)在已接近其預(yù)計壽命或原始許可期限的終點。截至2023年，美國反應(yīng)堆的平均使用年限已經(jīng)達(dá)到42年，歐洲近90%的反應(yīng)堆已使用30年或更長時間。

核電廠老化管理和長周期運行，是世界核電行業(yè)普遍關(guān)注的重要課題。延長核電站運行壽命可以繼續(xù)利用核能的優(yōu)勢，提供可靠的電力供應(yīng)。此外，美國和歐洲的新核電廠建設(shè)項目在時間和預(yù)算上出現(xiàn)了巨大超支，間接提升了核電延壽的吸引力。

01

現(xiàn)實需求

在美國，核管理委員會(NRC)為核反應(yīng)堆頒發(fā)了40年的運行壽命許可。但核電站的運行時間肯定可以更長。40年的期限并非為核電站的壽命劃定終點。40年是美國電力企業(yè)大規(guī)模投資貸款通常的償還期限，并不是基于安全、技術(shù)或環(huán)境等問題的考慮。根據(jù)美國1954年的原子能法，核電廠可更新其運行執(zhí)照。按照美國相關(guān)法律法規(guī)要求，對核電站審查合格后的執(zhí)照更新一次性批準(zhǔn)20年。

NRC已將大部分現(xiàn)有美國核電站的運行執(zhí)照延長20年，將其壽命延長至60年。現(xiàn)在，一些運營商正在申請第二次延期。

今年年初，美國蒙蒂塞洛核電廠獲準(zhǔn)二次延壽。NRC發(fā)布聲明稱，該機(jī)構(gòu)已批準(zhǔn)XcelEnergy旗下蒙蒂塞洛核電廠的二次延壽申請。蒙蒂塞洛為單機(jī)組電廠，總裝機(jī)容量691MWe，本次延壽20年，可運行至2050年9月。

該電廠初始運行許可證于1981年9月簽發(fā)，2006年11月首次延壽20年。截至目前，包括蒙蒂塞洛在內(nèi)，美國已有9臺核電機(jī)組獲準(zhǔn)二次延壽，總壽期達(dá)80年。

NRC正在對其他6份二次延壽申請進(jìn)行審查。

核電業(yè)主之所以希望能將核電機(jī)組進(jìn)行延壽，經(jīng)濟(jì)性考量是最主要的原因。通過延壽，使核電站再運行20年至30年，相當(dāng)于再建一座同等規(guī)模的核電站，所花費用卻少得多。此外建造一座新核電站是一項耗時的工作，通常需要十年或更長時間才能完成。相比之下，升級和延長現(xiàn)有反應(yīng)堆的使用壽命只需花費一小部分成本。

許多核電站最初設(shè)計運行時間為40年，但通過適當(dāng)?shù)木S護(hù)和技術(shù)升級，其使用壽命通常可以延長到60年甚至80年。這使得延壽成為更有吸引力的替代方案。

真正限制核電站壽命的部件很少。水冷系統(tǒng)和支持基礎(chǔ)設(shè)施中的泵、閥門和熱交換器等設(shè)備，都可以維護(hù)、維修或更換。隨著技術(shù)的進(jìn)步，它們甚至可能得到升級，以幫助核電站更高效地發(fā)電。麻省理工學(xué)院核工程教授雅各布·布翁焦?fàn)栔Z(JacopoBuongiorno)表示，兩個主要部件決定了核電站的壽命——反應(yīng)堆壓力容器和安全殼結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)堆壓力容器是核電站的核心，容納反應(yīng)堆堆芯以及相關(guān)的冷卻系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)必須使反應(yīng)堆堆芯保持高溫高壓，且不發(fā)生泄漏。安全殼結(jié)構(gòu)是核反應(yīng)堆周圍的外殼，用于在緊急情況下將任何放射性物質(zhì)封閉在容器內(nèi)。這兩個部件對于核電站的安全運行至關(guān)重要，而且通常更換成本過高或難度過大。監(jiān)管機(jī)構(gòu)在審查延長核電站壽命的申請時，最關(guān)注的是這些部件的狀況和壽命。

國家核安全局原局長趙成昆認(rèn)為，制約或極大程度地影響核電廠壽命的關(guān)鍵設(shè)備和部件是反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑泵泵殼、主管道等靜止部件，以及安全殼等主要構(gòu)筑物。特別是反應(yīng)堆壓力容器、安全殼，屬于不可更換設(shè)備或構(gòu)筑物。必須對核電廠中的部件進(jìn)行機(jī)組延續(xù)運行期間的安全評估，包括老化部件壽命評估和更為精確的時限老化分析。

根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的一份報告，將全球核電機(jī)組的使用壽命延長10年，將在未來幾十年為電網(wǎng)增加26000太瓦時的低碳電力。這大約相當(dāng)于全球一年的電力需求。這有助于在全球擴(kuò)大低碳電力容量的同時減少排放。

去年底，歐盟委員會批準(zhǔn)了一項比利時支持措施，用于延長比利時兩座核反應(yīng)堆——杜埃爾4號和蒂漢格3號的服役期限。根據(jù)2003年的核能逐步淘汰法，比利時所有七座核反應(yīng)堆必須在2025年前關(guān)閉。然而，2022年3月，出于對能源供應(yīng)安全的擔(dān)憂，比利時聯(lián)邦政府決定將其兩座最新的核電站再運行10年。

2024年6月，比利時向歐盟委員會通報了其支持此次服役期限延長的計劃。

越來越多的國家已經(jīng)接受了延長核反應(yīng)堆使用壽命的想法。除了美國外，嚴(yán)重依賴核能的法國也在投資升級反應(yīng)堆，以保持能源供應(yīng)穩(wěn)定。盡管福島核事故后日本最初持懷疑態(tài)度，但該國已恢復(fù)了幾座老反應(yīng)堆的運行。

在我國，最早的核電機(jī)組秦山核電廠1號機(jī)組運行許可證在2021年獲準(zhǔn)延續(xù)，有效期延續(xù)至2041年7月30日。秦山核電1號機(jī)組是我國第一座自行設(shè)計、建造和運行管理的30萬千瓦級壓水堆核電機(jī)組，1991年12月15日首次成功并網(wǎng)，初始設(shè)計壽命30年。秦山延壽的成功是中國核能行業(yè)一方面借鑒了國際上大量成功實施的經(jīng)驗，另一方面通過大量的前期準(zhǔn)備工作、國內(nèi)外廣泛的技術(shù)交流掌握了開展運行許可證有效期延續(xù)所必需的關(guān)鍵技術(shù)和能力，為后續(xù)國內(nèi)其他核電站及國際同類電廠開展此項工作打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

延長現(xiàn)有反應(yīng)堆的壽命可以為不斷增長的電力需求提供經(jīng)濟(jì)有效且立竿見影的解決方案，同時減少對化石燃料的依賴。與此同時，恢復(fù)舊核反應(yīng)堆帶來了挑戰(zhàn)。

必須謹(jǐn)慎解決安全問題、監(jiān)管障礙和核廢料管理問題，以確保長期可持續(xù)性。

02

恢復(fù)挑戰(zhàn)

相較于新建，核電延壽是經(jīng)濟(jì)性的選擇。但是對于核電站而言，安全才是生命線。只有達(dá)到安全要求，核電站才能延長或者重新取得運行執(zhí)照。

核電延壽除了可能帶來的安全風(fēng)險外，監(jiān)管障礙和財務(wù)問題也是其挑戰(zhàn)。升級舊反應(yīng)堆可以提高其可靠性，但事實是這些設(shè)施是幾十年前使用現(xiàn)在被認(rèn)為過時的技術(shù)建造的。反應(yīng)堆容器和混凝土結(jié)構(gòu)等部件會隨著時間的推移而退化。如果維護(hù)不當(dāng)，就會增加發(fā)生事故的風(fēng)險。老化的反應(yīng)堆需要進(jìn)行廣泛的檢查和安全改造才能達(dá)到現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，核電廠老化管理和監(jiān)管體系建立已成為迫切需求。

核電設(shè)施壽命長，部件更換頻率低，訂單數(shù)量相對較少，使得供應(yīng)商不得不權(quán)衡是否有必要保持昂貴的核電認(rèn)證。這將導(dǎo)致合格供應(yīng)商較少，成本更高。因此，運營商需要評估和保障消耗性部件在整個運營壽期內(nèi)均能有效供應(yīng)。

并非所有的核電機(jī)組都可以延壽。由于石墨組件壽命有限且無法替換，英國先進(jìn)氣冷堆（AGR）將在未來10年內(nèi)全部關(guān)停，平均運行壽期為40至50年。日益老化的石墨裝置降低了機(jī)組運行性能，并將其壽命限制在45年左右。

但這類技術(shù)只占世界核電廠的小部分，大多核電機(jī)組數(shù)均采用壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）和加壓重水堆（PHWR）技術(shù)，沒有壽命方面的特殊限制。

目前國際上主流的核電廠延續(xù)運行監(jiān)管策略除了美國的執(zhí)照更新（LR）外，另一個就是國際原子能機(jī)構(gòu)的長期運行（LTO）。前者在機(jī)組40年的運行執(zhí)照到期前，通過遞交申請以證明機(jī)組延續(xù)運行的安全性，從而使運行執(zhí)照得以更新并延長20年；后者則以每10年一次的定期安全審查（PSR）為基礎(chǔ)，評判是否批準(zhǔn)機(jī)組在下一個10年繼續(xù)運行。

IAEA圍繞核電站延壽，制定了一系列涵蓋技術(shù)、安全等多維度的規(guī)定。在技術(shù)層面，IAEA強(qiáng)調(diào)對核電廠設(shè)備老化狀態(tài)評估的嚴(yán)謹(jǐn)性。由于核電站長期運行，像管道腐蝕、電纜老化、混凝土結(jié)構(gòu)劣化等設(shè)備老化問題頻發(fā)。對此，IAEA要求在延壽申請階段，核電廠運營方必須開展全面且深入的設(shè)備老化分析工作。通過定期的在役檢查、先進(jìn)的無損檢測技術(shù)等手段，精準(zhǔn)掌握設(shè)備的實際狀況，評估老化對設(shè)備性能及安全性的影響程度。

我國秦山核電站的延壽制定了適合自身的運行許可證有效期限延續(xù)（OLE）技術(shù)體系，既包含了美國執(zhí)照更新（LR）考慮的所有要素，又增加了IAEA關(guān)于PSR的要求，全面覆蓋了國際主流核電廠延續(xù)運行的安全要素。

除了秦山核電站外，大亞灣1、2號機(jī)組1994年投入商運以來，始終保持較好的運行狀態(tài)，距初始設(shè)計壽命40年還有約10年時間。據(jù)悉，中廣核正在進(jìn)行大亞灣核電站兩臺機(jī)組延壽相關(guān)材料及準(zhǔn)備工作。秦山核電站也為其提供了可供參考的中國經(jīng)驗。

隨著能源轉(zhuǎn)型的加速，延長核反應(yīng)堆的壽命可能是一個臨時的過渡，直到更先進(jìn)的核技術(shù)或可再生能源解決方案得到廣泛應(yīng)用。這一戰(zhàn)略是否被證明是一個持久的解決方案或僅僅是一個短期的解決方案，將取決于未來幾年的技術(shù)進(jìn)步、政策決策和公眾接受度。數(shù)字化、增材制造、機(jī)器人技術(shù)、人工智能、自動化和先進(jìn)核燃料等新技術(shù)在其間，將發(fā)揮關(guān)鍵作用。