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美国突破研究所:《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》
来源:中核战略规划研究总院 | 作者:孟雨晨 伍浩松 | 2022/8/19 12:57:32 | 浏览:321 | 评论:0

美国突破研究所:《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》

  美国突破研究所(Breakthrough Institute)2022年7月6日发布《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》报告。该报告指出,先进核能作为一种稳定持久、灵活性高的清洁能源,在美国清洁能源体系转型的过程中将发挥重要作用,并能获得良好的经济、社会和气候效益。

  1 先进核能潜力巨大

  报告指出,美国首批部署的先进反应堆主要为三种,即小型模块化轻水堆、高温气冷堆以及带有热能存储系统(TES)的反应堆。基于对这三类反应堆的研究考察,研究所对先进核能系统的脱碳潜力做出了更全面的估计。

  研究表明,先进反应堆的广泛商业部署将从21世纪30年代初开始,到2050年,核发电量可能会提供约20%~48%的国内总发电量。2035年,国内部署的先进核电装机容量将达到1900万~4800万千瓦,2040年达到5400万~1.5亿千瓦,2050年达到1.9亿~4.7亿千瓦。

美国突破研究所:《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》

  若首批先进反应堆从21世纪30年代初开始商业部署,则核能将为美国实现碳减排目标作出重要贡献。相较于风能、太阳能等间歇性可再生能源,先进反应堆运行灵活性高,可以提供更加稳定、可靠的电力,并全天侯持续供电。因此,先进反应堆有效地补充了其他清洁能源技术,能够为建立清洁、稳定、平衡且多元化的能源结构提供支持,满足美国未来的电力需求。

  该研究所公布的模型显示,美国在清洁能源转型过程中应发展核能:先进核电厂建设的累计投资到2035年约为1500亿~2200亿美元,到2050年将增至8300亿~1.1万亿美元。

美国突破研究所:《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》

  到2050年先进核能将成为美国电力结构的重要组成部分,因此先进核能的成本将在很大程度上影响全国零售电价。早期的资本投资和积累的建设经验能够使先进反应堆项目造价和先进核电技术的平准化度电成本大幅降低,从而促进新反应堆在全国范围内大规模部署。

美国突破研究所:《推进核能:评估核能的部署、投资及其对美国清洁能源未来的影响》

  2 获得良好效益

  充分利用先进核能技术助推清洁能源转型,能够获得良好的经济、社会和气候效益。经济方面,在向清洁能源转型阶段发展先进核能技术,可以帮助降低未来国家清洁能源系统的成本;先进核电厂产生的热量和蒸汽可以为重化工业这类难以脱碳的部门提供可靠、清洁的能源;此外,可在现有化石燃料发电厂建设先进反应堆,以清洁能源取代化石能源,促进地区能源转型。

  在社会效应方面,构建先进核能体系,将在核电站的生产、建造、操作和维护等环节创造新的就业机会,仅到2050年,就会在运营和维护方面创造7.4万~22.3万个永久性就业机会。

  在气候方面,能够推动全球清洁能源转型,为世界先进反应堆提供示范,同时提高美国在先进反应堆方面的竞争力,帮助美国成为清洁技术的领导者。

  3 突破现有障碍的对策及建议

  提高先进反应堆部署的费效比优势及经济竞争力可能会面临一系列挑战。根据历史经验,增加核电机组输出功率,需扩大核电厂设备部件数量、尺寸及规模,这提高了技术复杂性,潜在故障点也会相应增加。技术问题进一步推动了更多监管标准、审查程序的制定。未来先进核能部署还可能面临造价超支、供应链短缺、监管许可程序限制等难题。为突破上述障碍,研究所提出了相应的对策及建议:

  ● 避免超支。成本超支、建设拖期是核电厂建设的常见问题。应完善核电建设项目管理,开工前完成工程设计,整合供应链,尽可能减少分包,将质量控制贯穿整个施工过程,避免因建设拖期、更换承包商、施工中更改设计、重新建造未达标部分而导致的项目成本超支,提高建设效率,依照计划按时交付。

  ● 发展供应链。目前美国的供应链还无法支持未来先进反应堆的部署,需要加快发展燃料和部件制造供应链。应提高燃料及部件制造能力,完善质量等级认证,投资建设战略性核设备制造所需的基础设施,为多种类型的反应堆提供支持。同时避免垄断,增强国内制造商的市场竞争,鼓励由多个供应商参与建设。防止垄断的另一个有效的方法是继续推进由美国能源部主导的加速核能创新门户(GAIN)计划,为技术开发商提供关键技术及国家实验室专家指导,使企业和国家实验室相结合,共同推进先进反应堆技术开发及商业化。

  ● 建立合理的监管框架。截至目前,唯一获得美国核管会(NRC)设计认证的先进反应堆是纽斯凯尔电力公司(NuScale Power)的6万千瓦小型模块堆。此次认证耗时五年,花费约7000万美元。在建设核电厂前,还需完成一系列审查程序。先进反应堆开发商目前面临的最大问题是,当前的监管制度是为现有的传统大型轻水堆建立的,这使得新的反应堆设计难以通过认证。目前应加速制定新的联邦监管框架,与多种类型的先进反应堆相适应,并精简现有规则,这将是确保新的先进核项目及时获得许可和建设的关键。

  ● 减少限制。截至2022年2月,美国有12个州设令限制或禁止新建核电厂,限制的理由主要是废物无法安全贮存。但历史经验表明,高放废物均可转移到安全、可靠且稳定的处置库中。各州对先进反应堆部署设置的障碍将会阻碍本州及全国范围内实现脱碳目标。因此,有必要取消州一级对核电项目的暂停和限制,减少限制将会扩大市场机会,并为各州吸引新的投资。

  ● 提供政策支持。积极的公共政策将成为美国先进反应堆技术领域发展的推力。其中,财政政策支持可以帮助降低初期项目成本,降低资金风险,激励技术开发,促进制造商、供应商竞争和发展;非财政政策有助于推进核电厂选址、组织人员培训、规范乏燃料管理等。可以通过以下具体途径:提供联邦贷款担保,实施环境影响资格预审和可行性研究,加快监管许可现代化和收费改革,技术中立的清洁能源税收抵免,将核能纳入国家清洁能源组合标准,支持先进核项目出口等。

  4 小结

  先进核能技术可以在国家电力部门的低成本脱碳中发挥关键作用,有效支持可再生能源系统,为清洁电网创造更高价值,且具有巨大的市场潜力。新兴的先进核能技术最终将从成本、参数、迎合客户需求等方面提升自身的市场竞争力。初期先进反应堆可能对特定目标市场和客户最具竞争力,然而,随着先进反应堆部署的扩大,以及对稳定能源需求的增长,先进反应堆将会在全国范围内被大规模采用,从而为国家的清洁能源战略提供支持。

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