美国《电力》专访：大堆“时代”接近尾声？

近年来，美国和全球核电都在“逆风”中挣扎，不仅是来自太阳能、风能和天然气等其它发电资源的增长。

美国核能部门存在的问题包括，乔治亚州沃格特尔(Vogtle)核电现场的建设延误和成本超支、南卡罗莱纳州萨默(V.C.Summer)核电项目撤消，以及持续的在何处处置核废料的争论，更不用说美国几家标志性核电厂的退役或计划关闭了，一直困扰着核能行业。

然而，推动无碳电力的发展，政府对核能更有利的政策，刺激了新技术研究。美国能源部(DOE)创新中心—先进轻水堆模拟仿真联盟(CASL)主任大卫·克罗帕切克(David Kropaczek)上个月接受美国《电力》杂志的采访，谈到核能以及他的团队在核技术研究和开发方面所做的工作[1]。采访者是《电力》杂志副主编 达雷尔·普罗克特(Darrell Proctor)。

美国是许多核技术研发的最初基地，研究、参考、借鉴的价值在于从中体会、理解目前世界核能研究、发展的方向。

戴夫·克罗帕切克，美国能源部创新中心—先进轻水堆模拟联盟主任

《电力》:美国核能面临几个挑战。要使美国核能继续存在，需要做些什么?建设更多核电机组，需要什么刺激?这有可能吗?

克罗帕切克:“我认为成本竞争力是个大问题。看看当前的小型模块化反应堆(SMR)，它们的设计初衷是让反应堆的“印迹”更小。大型核电站的基建成本将让人“吃尽苦头”。因此，采用更小的模块化设计，可以(更低的成本)上网，从而降低基建成本。

“看看通用电气公司(GE)的SMR。可以建在地下，从而降低意外的放射性物质释放的风险;占地面积小，而且可以较低的基建成本渐增地添加上网。”

(记者注：GE正在与日立(Hitachi)公司合作开发BWRX-300型300MWe的小型模块化沸水堆[2]。两家公司表示，最早2028年就可部署这种机组。日立曾表示，将在日本制造这种堆;分析人士也说，这有助于重振日本的核能产业。2011年福岛核灾难发生后，日本核电产业复苏缓慢。)

《电力》:美国核电产业需要做什么来改善它的命运?

克罗帕切克:“我认为，必须有人站出来(投资核电)。这个“方程式”经济上要有改变。没有一家公用事业公司想成为“第一”家(投资)企业，都想成为“第二”家。如果能证明它的基建成本较低，就有好的获胜“准则”。当然，一家公用事业公司想要多种能源选择，不能‘把所有鸡蛋放在一个篮子里’。”

“一旦开始运营，核电公司的业绩记录相当不错：运行稳定。按照运行许可证，可运营60年、80年，甚至更长时间。

“核能是无碳产业，占国家无碳电力的20%。美国有98台运行机组，每关闭一台机组，碳排放量就会增加。能用太阳能和风能等替代所有的核能吗?答案是否定的，除非想让国家的经济增长放缓。”

(记者注:克罗帕切克指出，德国就是个例子。由于核电机组退役，德国经济受到冲击。《经济学人》杂志2015年末的一篇文章指出，法国电力消费者支付的电费只有德国纳税人的一半[3]。《经济学人》说，“德国犯了异乎寻常的大错误”。“给太阳能发电场提供长期、巨额补贴不明智。这么快地废除核电很疯狂...但德国最大的错误是, 使许多国家普遍承诺、尝试从化石燃料转向可再生能源。它忽视的事实在于，风能和太阳能给整个能源系统带来各种成本，而且两者的增长不成比例。”

克罗帕切克:“法国是卓越的核国家，显然满足所有的目标。美国为实现碳排放目标，十多年来一直在审视。明智的政策会说，核能必须成为未来能源组合一部分。必须有个包括核能在内的混合方案。美国有个非常好的无碳能源，核电的能量密度非常高，全部上网。”

《电力》:对“核废料存储在哪儿”的争论，有何见解?

克罗帕切克:“与煤灰相比，核废料的数量很少，问题好办。将会有个全国性的处置库。大部分燃料仍在核废料内，只燃烧了一小部分铀，钚也在核废料内。新一代核反应堆，快堆，都可再利用轻水堆用过的核燃料。”

《电力》:轻水堆与上述的其它核电技术有什么区别?

克罗帕切克:“轻水堆是最早被海军项目采用的技术。他们说，‘让我们制造一艘潜艇，能连续航行几个月。整个寿期堆芯不需要换料’。我们非常熟悉水，所以最早出现轻水堆是“合乎逻辑”的。

“还有其他概念，如熔盐堆，证明是行之有效的。燃料原是熔化的，所以根本就不存在所谓的‘熔毁’。轻水反应堆技术实施的最快，让西屋公司学会这项技术，并付诸实施。其他各种各样的概念也经过测试和尝试，也许它们还不够成熟。我们的新型先进堆，就是旧技术的某种“再”利用，仅仅采用了新的材料和运行方法。

“轻水堆，压力容器可用60年，能在辐射损伤条件下保持完好。我们确信燃料的性能。我认为轻水堆有优势，因为理解这种技术，现在它是已确立的技术。”

《电力》:正在研究和开发哪些创新技术?

克罗帕切克:“先进轻水堆模拟仿真联盟(CASL)是奥巴马时代的能源创新中心之一，成立于2010年。这个模式与众不同，采用“同一屋檐下”(single-roof)模式，把产业界、能源部、学术界以及许多创始合作伙伴(西屋公司、田纳西河谷管理局、电力研究所)聚集在一起。

“橡树岭国家实验室是主办实验室，与爱达荷、洛斯阿拉莫斯、桑迪亚等国家实验室合作。CASL的重点是模拟仿真，必须开发什么以进攻和解决下述的这类问题，诸如多工艺模拟软件，多物理相互作用的差异，化学、热工水力、沸水，如何与反应堆相互作用，由此产生的软件，直到新的应用程序。

“我在2018年8月担任CASL主任，正为最终结局做最后的努力。中心有个确定的终点。这是个非常好的故事，有高级、先进的计算和模拟仿真。技术已经到了争论成本的时候了。必须降低基建成本。核电技术是成熟的，至少在SMR领域如此。必须能够证明，这个成本能让你赚钱……必须告诉说，一家公用事业公司如何才能利用核能，比替代能源如联合循环燃气轮机更赚钱。”

他说:“我认为，可通过增加现有核设施现场的装机容量，实现这一目标，尤其是在地下。微堆可以通过铁路运输交货，现场组装、启动。它的容量范围只有几MWe。大型发电机组的时代大概已接近尾声。现在会有更多这类的模块化设计。生产更多更小模块的成本…这就是规模经济。反应堆用的不是那些大型铸件，而是较小的工业铸件。部件准备更快，3个月完工，不是几年。

“我们能不再建造大型产品吗?可以做许多小产品获得好结果。我认为更小是核能发展的未来。这取决于在市场中的位置。”

依据资料：

1. Darrell Proctor，The POWER Interview – Keeping Nuclear Power Viable，POWER，04/22/2019

2. WNN, GEH receives federal funds or BWRX-300 development, 17 July 2018

3. WNA, Nuclear Power in Germany, Updated May 2018; The Economist, Special report: Climate change, 28 November 2015