核能的未來：美國《先進堆開發與部署願景和戰略》

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去年美國能源部(DOE)悄悄發布了《先進堆開發與部署願景和戰略》草案(2016年5月27日，21版)，不僅有部長歐內斯特莫尼茲和朱棣文倡導的模塊式小堆(SMR)，而且還有不依靠水冷卻的先進堆。這個文件似乎一直未引起媒體關注，但清晰表達了美國能源部加速部署先進堆的願景和戰略。要求在2030年代初期批准並準備建設兩個先進堆概念，作為戰略部署的第一階段[1, 2]。

概要

全球努力應對氣候變化，以滿足能源需求的日益增長，需要美國和其他國家更多使用清潔能源。特別需要在本世紀中葉大規模部署清潔能源，以滿足2015年12月在巴黎召開的聯合國氣候變化框架公約21次巴黎會議期間協商的清潔能源承諾。安全可靠地利用核能，可在實現國際氣候目標方面發揮重要作用，同時提供經濟上有競爭力、連續可得的動力(主要是電力)。

但是，鑒於未來幾十年間許多核電機組要退役，維持2050年後美國電力結構中大量的“核存在”，幾乎肯定會需要開發和部署新一代先進堆。先進堆概念，相對於現有的輕水堆技術，在增強安全、成本更低、資源利用率更高、減少廢物管理的挑戰、為工業企業聯合生產工藝熱能、提高防擴散能力，以及簡化運行方面，有重大的潛在優勢。在先進堆技術發展中，美國可通過行使領導作用，繼續確保國家的安全目標體現在全球能源需求的新一代核選項中。在利益相關者信息輸入的支持下，美國能源部(DOE)開發了“願景與戰略”，作為聯邦清潔能源和國家安全廣泛承諾的組成部分，支持先進堆技術的開發和最終部署。

願景：到2050年，先進堆因在改進安全、成本、性能、可持續性，以及減少核擴散風險方面的優勢，將成為國內和全球能源組合的重要、不斷增長的組成部分。

認識到新核技術的部署可能需要15—20年，美國能源部將顯著地、越來越強調對私營部門推進新一代反應堆概念的支持。

目標：2030年代初，至少有兩個“非水”冷卻的先進堆概念[3]將會達到技術成熟、證明安全和有經濟效益、經美國核管理委員會(NRC)審批頒證，足以允許進行建設。

為了實現這個願景和目標，能源部加速先進堆開發和部署的戰略包括六個戰略目標：

1. 加強核技術創新的基礎設施，通過倡議的“加速核創新網關”(GAIN)[4]，極大地提高私營部門使用DOE的專門知識和能力。GAIN使核能界有權使用DOE的技術、監管和金融支持，目的是大大加速新堆或先進堆設計從概念向商業化進展。明確地說，GAIN為使用關鍵的實驗資源、計算能力和工程專門技術提供“單點聯系”。與DOE技術轉變辦公室的清潔能源投資中心合作，GAIN已經啟動，將有助於激勵私營部門投資支持能源部門。

2. 展示先進堆的性能和退役的技術風險。DOE將與私營部門合作，建立新的工作機制，確定優先級技術需求，資助通用和設計特徵兩方面的研發(R&D)活動，旨在降低先進堆的技術風險，提高安全可靠性，加快發展，並提高經濟競爭力。

3. 支持開發先進堆燃料循環路徑。對現有的輕水堆和所有的先進核能系統，與核工業界合作，開發改進和先進的核燃料是主要目標。DOE在這個領域的努力，將集中在確保可持續、低濃燃料循環選項可用於未來、面向需要技術和能力的開發，使“用過的”核燃料和現有及未來的核燃料循環的廢物，安全可靠地存儲、運輸和處置成為可能。

4. 支持為先進堆確立高效、可靠的監管框架。業內專家一致指出，因為先進堆技術商業化高度優先，需要一適當、高效而又可預測的監管框架。DOE及其利益相關者將與NRC共同努力[5]，因為NRC發展新的監管流程，包括先進堆設計標準研發的努力、分階段頒證流程，以及取照可能性審評過程的預申請。

5. 公—私營部門投資效益的最大化和激勵政策探索，有助於私營部門加速先進堆的部署。明確地說，DOE將探索使用公—私夥伴關系和特定技術工作組，識別潛在的政府投資機會，可能有助於提出多個反應堆概念。此外，DOE可探索使用其他適當的激勵措施，與其清潔能源投資中心合作，支持先進堆部署。

6. 解決人力資源和勞動力發展需求。DOE計劃通過核能大學項目(NEUP)，繼續資助核相關研究項目、獎學金和助學金，並通過研討會、課程開發、聯合實驗室、大學以及工業項目，創立培訓的機會。

這個願景與戰略，為DOE預期未來支持先進堆概念開發和部署規劃提供指南。

結論

DOE的先進堆開發和部署戰略包括的具體目標是：提高實驗和測試設施能力，擴大利用設施、專業知識和退役技術風險，開發燃料循環途徑，協助NRC努力建立先進堆監管框架，有效地最大化私營部門加快部署的資源，並解決人力資源和勞動力發展的需要。實施與這些目標相關的活動，需要協調和排序，以確保聯邦的各項努力產生所需的結果。各種活動必須優化並配給需要的資源，以便在正確的時間為正確的客戶提供正確的解決方案。

由於獨特的先進堆概念發展的需求截然不同，這種策略的所有元素或許並不適用於所有的概念。然而，DOE設想用這個願景和戰略指導綱領性的努力，在2030年代初，至少支持開發和部署兩個先進堆概念。

改善DOE的基礎設施並使之便於利用，對於多數技術和概念有很大好處。努力減少技術風險是為了解決特定的技術問題，推進概念的成熟度。DOE至少支持開發兩個新堆概念，並不想挑選技術領域;相反地，目的在於展示有更多的資金可推進特定的概念，同時也表明先進堆正在做出有生命力的進展，能夠滿足國家清潔能源的需求。DOE的專業技術和基礎設施將協助NRC建立監管框架的努力，有助於有效和高效地提交頒證申請和NRC的後續審查過程。燃料循環研發包括開發更長遠概念的特定燃料，探索先進堆的燃料處置。努力使公—私營部門投資的效益最大化，開發有非水冷堆技術專長的人力資源，對於加速先進堆部署也必不可少;而且要確保，不僅開發需要人才，未來運行這些新堆也需要人才。

這個戰略的要素可支持不同發展層次的反應堆概念。同時，DOE還制定了一想象的、完成先進堆概念設計過程並向NRC提交許可申請的時間表，也就是一個近期內能達到的裏程碑。另外的、不成熟的反應堆概念，需要更多的時間解決設計、燃料、材料或設備(部件)開發的挑戰。對於這類的某些長遠的概念，DOE可以支持特定的發展需求。DOE還將繼續與核工業組織共同努力，在先進堆開發和部署中，追求共同的目標。

當前的計劃目標是2017年完成先進堆總體設計準則。NRC希望盡早參與潛在的申請人與許可相關的任何政策問題，以便提交申請前能有一個及時的解決方案。在此期間，研究和開發的目標仍然在於和燃料、材料和設備(部件)相關的退役退休技術風險。DOE期待通過GAIN提高國家的核創新基礎設施，使行業更好地利用美國能源部的能力和專業技術。此外，2015年啟動能源部費用分擔的支持進一步發展兩個先進反應堆的概念，預計將持續到2020年……(DOE image)

中國能源網