美国核能开发战略愿景

US DOE核能助理部长丽塔·巴兰瓦尔

今年初，美国DOE-NE网站“破例”地发布原能源部助理部长、现美国电力研究院(EPRI)核能副总裁兼首席核官员丽塔·巴兰瓦尔(RITA BARANWAL)博士的署名文章，[1,2]详细论述美国核能开发战略目标愿景。巴兰瓦尔博士麻省理工(MIT)出身，曾在西屋公司管理科研工作;进入能源部后，一直从事核能技术开发管理。她的文章内容综合严谨、连贯一致。本文尽量保持原貌，但因篇幅较长，有删节。

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核能是当今电网上最具弹性、环境可持续和可靠的能源之一。在全球范围内，核能发电约占世界电力的10%，无排放电力的30%。在美国，这个数字甚至更高：提供了大约20%的电力，超过55%的清洁能源，支持了大约50万个就业岗位。

尽管有这么多优势，美国核工业仍然面临重大挑战。市场状况迫使反应堆提前退役，削弱了美国的供应链。俄罗斯和中国等正迅速成为美国开发最先进核技术的主要出口国，美国在其他国家支持和使用核能方面的全面影响力正在渐渐减弱。

随着核能在国际上的使用不断扩大，美国必须重申自己在这一令人“难以置信”的技术领域的主导地位。美国现有的核电机组每年减少近5亿吨二氧化碳排放，相当于路上行驶的汽车减少了1亿辆。新的先进(反应)堆设计显示出极大的潜力，有助于能源密集型工艺过程脱碳，将使核能比以往任何时候都更加灵活、方便。掌控这个新兴市场会给美国带来更多的就业机会、更强劲的经济、更低的排放量和更健康的环境。

现在正是开发、演示和构建这种新技术的时候。美国能源部(DOE)核能办公室(NE)正在努力实现核技术的巨大前景。这一战略愿景是指导这个“办公室”实现其使命的蓝图，即推进核能科学和技术，满足美国的能源、环境和经济需求。在适当的情况下，还指导NE实现美国核燃料工作组关于恢复美国竞争性核优势的建议。在努力实现这些目标的同时，NE正在发展一种更可持续、更有弹性的能源供应，将加强美国的经济发展，使国家更加安全。

引言

20世纪40年代末，美国率先开发核能发电。从那时起，近70年来，美国在核能技术方面的领导地位得益于清洁、可靠的电力。美国的核电机组提供了大约20%的电力，同时每年避免排放数百万吨二氧化碳。到目前为止，核电是美国最大的清洁、无碳能源，也是最可靠的能源，其容量因子超过93%。

然而，美国的许多核反应堆面临经济挑战，或者正接近计划运行寿期的终点。新建传统的反应堆既昂贵又耗时;需要迅速展示先进的反应堆设计，以便在失去美国关键基础设施和供应链能力之前，提供清洁能源，扩大市场机会。

美国能源部核能办公室(NE)在应对这些挑战方面发挥着至关重要的作用。作为一个应用能源研发组织，它促进创新，支持独特的研究基础设施，并解决核能部门面临的“横向”跨部门的挑战。NE投资私营部门或其他非政府利益相关者，因为所需的成本、规模或时间框架，它们无法单独执行这种研发。NE为工业、学术界和国家实验室内世界级研究人员提供资金、创造机会，合作解决紧迫的科学和工程挑战。NE正在利用公私伙伴关系和国家实验室系统，提高核能的成本效益，加快先进堆部署，使核燃料循环更具可持续性，鼓励有弹性的供应链，促成强大的核电职业“大军”。

这个战略愿景为NE推进核能科学技术，满足美国能源、环境和经济需求使命提供了蓝图。NE确定了五个目标，以应对核能领域的挑战，帮助实现先进技术的潜力，发挥政府在激励创新方面的独特作用。每个目标包括确保进展的支持性目的和衡量成功的绩效指标。

NE在实现这些目标的过程中，将与相关的利益攸关方和政府机构协调，包括与国家核安全局(NNSA)合作，确保考虑到对核不扩散和国家安全使命的影响。实现这些目标需要政府、行业、学术界和国家实验室的协调工作。

美国核能开发战略愿景概要

目标1：使美国现有核反应堆继续运行

美国得益于世界上最大的核反应堆“群”，在28个州有94个反应堆在运行。这些反应堆每年产生超过8000亿度(kWh)电力，占美国清洁能源的一半以上。

保持美国现有核反应堆继续提供无碳电力，对于减少能源部门的碳排放至关重要。为了支持这一目标，NE正在支持研究，以维持和延长现有反应堆的运行寿命，提高性能和效率，开发先进的燃料技术，拓展电力以外的市场。这些改进可以显著降低运营成本，提高现有核电机组的经济竞争力，也有助于延长运营。

目的1：开发技术，降低运营成本

过去十年，美国市场环境严峻，许多核电机组在许可证到期之前就已退役。随着核电机组退役，它们的发电容量，主要用碳排放更高的能源取代。这对美国既无排放电力供应，又要维持在核领域的主导地位，并用先进核技术部署所需的基础设施、能力和供应链构成威胁。

运营商决定机组是否继续运营，最终取决于经济因素。因此，NE正在努力降低技术和监管的风险，实现电厂系统现代化，应用预知风险系统分析[5]，开发新的容错燃料。所有这些都是为了提高性能，降低运营成本。

核电机组可通过设施全面现代化，降低运行成本。大多数工业经济部门的基础设施都在不断更新和现代化，以适应新的市场条件，应用数字技术。相比之下，现有的核发电“堆群”大多有40多年的历史了。NE正在进行研究，开发和部署先进数字技术，促进新的和更有效的运行方式。作为这项研究的一部分，NE致力增加数字技术应用面临的技术和监管障碍。最终，将使现有“堆群”普遍降低成本，改进运行。到2026年，NE将完成必要的工程和“许可证”变更活动，证明运行中的核电机组成功地部署了反应堆数字安全系统。

除了核电机组现代化之外，还可以通过优化“安全裕度”降低成本。从历史上看，核反应堆采用了多个“冗余”的安全系统，以确保在少见的紧急情况下，保护公众的健康和安全。但过度保守的运行要求会增加成本，却没有可度量的效益。美国核管会(NRC)预知风险系统分析提供了一种方法，可在不降低技术可靠性或运行安全的情况下，确定哪些领域可以降低成本、提高效率。NE将利用国家实验室广阔的计算专业知识，提供数据和技术基础，使反应堆运行商能修改机组设计，改进运行，增强现有的安全功能，从而大幅度地降低运营成本。

像RAVEN[6]这样的工具可进行风险信息系统分析，确定降低成本的机会，保持技术可靠性和安全性。

此外，NE还在开发新的容错核燃料，提高效率、改善性能、降低运营成本。这种燃料利用新材料，提高对裂变产物的密封性，而且在结构上更能抗辐照、腐蚀和高温，减少氢积聚的可能性。预计容错燃料在堆内坚持的时间更长，有可能把换料周期从1.5年延长到2年。这会减少大约30%的核燃料需求量，使核废物和乏核燃料[7]更少。也能降低反应堆寿期内的燃料成本。

NE将继续与业界伙伴合作，开发容错核燃料。法马通(Framatome)、通用电气(GE)和西屋电气(WE)等公司都在与NE和美国国家实验室合作，希望2025年前实现新核燃料商用化。NE正在提供辐照、安全测试、先进建模和仿真，帮助这些公司的核燃料符合NRC的标准。核工业界将在2025年前开始用容错核燃料取代现有燃料，力争到2030年在美国商用堆中广泛应用。

INL正在研究综合能源系统，利用电和热能制氢。

目的2：拓展电力以外的市场

缺乏市场价值和历史上低价的天然气，使核能行业难以在某些市场上竞争。此外，传统的核电机组在设计上是为生产大量能源、通过连续运行提高效率的。这意味着，其他间歇性电源充斥电网时，核电机组产生的能源不必用来发电。

这对核能行业来说是个巨大的机遇。核电厂产生的过多能源可送给海水淡化装置，生产清洁饮用水;也可为运输或工业过程制氢，或精炼化石燃料。这种类型的能源密集型产业的工艺过程占美国环境污染和碳排放的很大部分。扩大现有核电机组的运营，支持这些工艺，可增加核电运营商的收入，同时显著降低工业碳排放量。

制氢尤其是“关键”的市场机会。目前，氢气主要用于炼油和合成氨，但在炼钢、汽车运输、生物燃料升级等方面，对氢的需求在不断增长，甚至可用二氧化碳做原料，生产合成燃料。

核电机组可通过多种方法制氢，必将大大减少碳排放量，还有优势利用恒定的热能和电力。与天然气锅炉相比，现有的核电机组可以更低的成本生产高质量的蒸汽。这种方法可用于许多工业过程，包括蒸汽-甲烷重整。电解这种高质量的蒸汽，分解成纯氢和纯氧，使用核能的理由就变得更加令人信服。这种方法完全使工艺过程脱碳，为电动车、生物燃料升级以及合成燃料生产等环保的进步打开了大门。

这个过程，除给电网提供清洁、可靠的电力外，还允许公用事业公司把氢作为一种地区性的商品进行生产和销售。这是全新的收入来源，有助于成为经济理由，保持国家的反应堆继续运行，即有可能为寻求减少碳排放，给各州和国家提供氢商品提供更高的市场价值。

NE支持2022年前示范一个现有的核电机组与一个可扩展的氢发电“中试装置”连接。这个中试装置将完全整合到核电机组的日常运营中，收集的数据将为其他核电机组实施制氢能力，提供商业案例。

目的3：为现有核电机组继续运行提供科学依据

美国NRC为商业核反应堆发放运营40年的初始许可证。此后，核电机组可申请一次延长运营20年。现有大多数反应堆的许可证已续签了一次，到2040年，美国有一半核电机组的许可证要续签第二次，才能继续运行。

如果现有的核电机组运行不超过60年，美国的核能供电量将迅速下降，危及美国的无碳电力供应。因此，美国必须让现有的“堆群”能够继续运行。NE将继续与现有核电机组的业主-运营商合作，为支持美国核电资产继续长期运行需要的技术基础，解决各种关键问题。

核反应堆使用的系统、结构和部件，都“受制”于极端的运行环境条件。许多使用的材料必须耐高温、应力、振动和强中子场。NE对这些材料在核电厂运行60多年后的表现如何有很好的了解。然而，要继续运行超过60年，核电机组的运营者必须证明，材料能够继续安全有效地承受运行环境。NE和电力研究所(IPRI)的研究表明，通过对材料进行前瞻性的监测和维护，没有技术限制运行60年以上。

八个反应堆已经利用这项研究成果，向NRC提出许可证更新申请，以便能运行长达80年。NRC已经批准了其中四个申请。到目前为止，有20座反应堆计划运行长达80年，占国家反应堆总数的1/5以上。预计更多的反应堆，随着它们目前经营许可证即将到期，将申请许可证续签。在未来十年，NE将继续与核工业伙伴合作，为继续运营提供技术基础，使更多反应堆的许可证得以延长。

美国能源部及其国家实验室，拥有享誉世界的理论、计算和实验的专业知识，可为现有堆群安全运行超过60年，提供所需的科学基础、数据和测试。这种能力以及现有堆群的战略重要性，使政府的支持成为继续运行的关键。更深入了解材料的长期性能，也有利于还在开发的先进(反应)堆技术。

目标2：部署先进核反应堆

先进的核能系统在减少排放、创造新的就业机会和建设更强大的经济方面潜力巨大。美国有50多个开发商正在寻求先进技术，使核能的建设、运营和维护更高效，也更经济。在DOE和国家实验室的帮助下，到2020年代中期，能够展示各种新一代反应堆。

先进堆将更加灵活多用。小模块反应堆可以增加模块数量，满足不断增长的能源需求。

目的1：减少部署先进核技术所需的风险和时间

美国需要有紧迫感地部署先进的核能技术，以满足能源、环境和国家安全方面的需求。如果不迅速部署这些设计，美国的无碳电力供应将面临风险，美国会输给中国和俄罗斯等迅速向市场推进先进技术的国家。

美国政府在开发新技术、降低开发商的风险、减少所需时间方面发挥着独特的作用。核技术发展需要独特的设施和能力，私营部门无法单独维持。美国的国家实验室拥有几十年的核技术开发经验、卓越的研究能力，在这个领域有某些顶尖的科学家。

NE认识到，有必要为美国工业界提供更好的途径，获取DOE的独特资源，在2015年就启动了加速核能创新网关(GAIN)。它把核工业与国家实验室联系起来，以加快先进核技术的开发和商业化。GAIN在私营部门的创新者和国家实验室的世界级研究能力之间架起了桥梁。它提供了利用实验室的核设施和专业知识的单一途径，确保这项工作对核能技术的未来产生真正的影响。

NE在GAIN成功的基础上，最近又建立了国家反应堆创新中心(NRIC)，帮助开发商在DOE拥有的基地，测试和演示它们的先进堆技术。NRIC能减少开发商的新型核技术从“概念证实”到“运行证实”所花费的时间。通过NRIC证明这些先进核技术最终会降低成本，改进它们在充分商业化进程中的性能。

NE通过NRIC，还将与NRC合作，加快先进堆的颁发许可证的过程。NE将向NRC的监管人员开放它的现场，观察先进堆的发展情况。这将进一步拓宽NRC对设计的理解，告知其新技术颁证的路径。除了信息共享，NE还将向NRC提供最先进的、可用于预测反应堆运行，包括燃料和材料性能的计算能力和建模编码。这些高级建模能力将减少新设计检验和认证所需的时间，从而加快商用化的进程。

作为与业界发展公私伙伴关系的一种方式，NE在2017年就为先进核技术发展，设立了美国业界融资机会公告(iFOA)。它是个直接支持国内技术创新的工具，有潜力改善美国核电的整体经济前景。NE的投资将加速这些设计和技术的发展，以便于最成熟的新设计最早可在2020年代中期部署。

NE为支持美国核燃料工作组的政策建议，还在国会的指导下，启动了先进堆示范规划。NE通过公私合作

伙伴关系支持的研发活动，将在2028年前支持至少两个美国先进核反应堆设计的演示，在2035年前支持另外两个反应堆的演示。

目的2：开发各种反应堆，扩大核能的市场机遇

随着各个社区努力在不增加碳排放量的情况下满足能源需求，先进核技术可以发挥重要作用。新型反应堆设计更加灵活和通用，旨在满足社区使用的需要。新型堆的大小不一，从几MW到超过1000 MW。可以根据需求调整电力输出，还可与可再生能源配套，提供全天候、零排放的电力。此外，它们把核能的用途扩大到发电以外。可为制氢提供工艺热能，帮助工业和运输部门脱碳，或给除盐装置提供热能，生产清洁饮用水。

NE支持开发先进堆型，给消费者和社区提供不同利益，扩大核能应用的市场机遇。NE通过投资核技术的新应用，支持国家的清洁能源供应，减少整体碳排放量。

NE正在支持开发的反应堆，比传统核反应堆小得多。小型模块化反应堆(SMR)更小，是在制造厂装配好的反应堆，预计建造和运营成本更低。由于SMR设计更简单、紧凑，公用事业公司部署核能有更多的选择。包括在无法支持大型核电机组的位置部署各种反应堆。SMR可以为较小的电力市场和电网、孤立的地区和水资源有限的地点供电。也可以通过增加模块，满足能源需求增长。SMR的规模也适合取代老化和即将退役的化石能源发电装置。公用事业公司和开发商确定部署SMR的地点时，可以利用现有基础设施的优势，如取水口和配电设备。NE正在支持美国第一个SMR示范，预计将于2029年投入运行。

微堆比SMR更小。供应商可用卡车、轮船、飞机或火车运输整个反应堆。这意味着微堆可以在几天之内发送到现场并装配完毕。可用于受自然灾害影响地区恢复电力，或为没有传统基础设施的军事基地和偏远位置提供能源。许多非常偏远的社区，目前依靠柴油发电机。微堆将为这些社区提供一个重要的选择，无需换燃料获得清洁、连续、经济划算的电力长达10年。微堆还可用来给孤立的微电网供电，为医院、应急服务或连续生产过程提供安全电力。NE将在2025年演示美国商用微堆。

NE正在开发微堆部件先进制造工艺。增材制造，俗称“3D打印”，允许快速原型、测试和创造复杂的设计。这将大大减少新部件推向市场的时间和成本。NE支持在2024年演示和测试的微堆堆芯，装载的核燃料是用先进制造技术制造的。

小型模块化反应堆和微堆是扩大部署核技术的机会。由于它们体积较小、“非能动”安全特性，应急计划区域很小，可以简单地进入大型反应堆无法进入的地方。它们为客户提供各种选择，提供持续、可靠的清洁能源，没有场地需求，建设项目的基建成本也较少。

NE也支持开发先进堆，可用于能源密集型生产过程(目前依赖化石燃料)，包括制氢、海水淡化、区域供热、石油精炼和化肥生产。正如目标1讨论的，它为核能开发商打开重要的市场机会，也有机会大幅减少工业过程中的碳排放。

微堆体积小，便于运输。可以为偏远社区供电，支持孤立微电网，并为遭受自然灾害地区恢复电力。

高温堆在非常高的温度(750°C或更高温度)下运行，可提供电力，也支持非电应用，如海水淡化、制氢和化学加工。这种反应堆可以按比例成为小型、输出功率75MW的模块，也可像目前的轻水堆一样大。下面要进一步讨论的熔盐堆，也可用于非电工业应用。

先进堆在海水淡化方面特别有用。世界上几乎三分之一的地区缺乏清洁饮用水，20多亿人生活在缺水的国家，预计这些数字只会上升。目前世界各地的海水淡化装置，每年生产10万亿加仑饮用水。为满足未来的用水需求，还要建更多的海水淡化厂，预计未来30年增长高达30%。而现有的海水淡化装置是能源密集型的，严重依赖化石燃料。核能可在提供清洁能源方面发挥重要作用，能使我们最终解决全世界的用水安全问题。新型反应堆“群”可加快这个进程。SMR为海水淡化装置提供电能和热能，在规模和运行上有更大的灵活性。

目的3：支持设计多样性，提高资源利用率

美国正在开发各种先进堆，使资源利用最大化，废物最少化，并利用材料多样性的优势。

液态金属冷却的快堆，使用液态金属如钠或铅作为冷却剂。这就比现在的反应堆运行的温度更高，而压力更低，因而提高了效率。因为这种堆利用快中子谱(没有慢化的中子)引发裂变，也可用现有反应堆卸出的“乏”核燃料产生能源。

上述的高温堆可以高温运行，以提高效率。不停堆连续装卸核燃料，甚至使反应堆的容量因子更高。

熔盐堆(MSR)使用融熔的氟化物或氯化物盐作为冷却剂或核燃料。由于它的运行温度更高，而且不停堆连续进行核燃料后处理，可以更有效地利用资源，产生的放射性废物更少。它们利用低压冷却剂系统，也无需长时间停堆换料大修，有潜力提高核能生产的经济性。某些熔盐堆概念能消耗其他反应堆用过的核燃料，也减少了最终处置废物的数量。

NE也在进行先进、综合能源系统的研究。把核能、可再生能源和化石能源结合在一起，生产电力和非电的能源产品如热能。这种综合系统更智能地利用资源，使能源生产更灵活，对市场动态更敏感，更有利可图。美国的目标是2027年演示运行热能集成的、核能-可再生能源混合的能源系统，支持2035年前广泛商业采用新构建。

目标3：开发先进核燃料循环

在开发技术，帮助维持现有堆群、部署先进堆的同时，需要追求先进燃料循环，以便充分利用现代核技术。NE正在开发可持续燃料系统，以减少用过的核燃料和废料量，提高性能，有效利用资源，进一步提高安全性。先进核技术与可持续的燃料循环选择，将扩大反应堆在国内外部署的机会。

目的1：填补国内核燃料供应链的缺口

许多先进堆概念需要较高浓缩度的燃料，使核电机组的规模较小、燃料利用更好，机组运行更高效。这种燃料被称为“高含量低浓缩铀”(HALEU)，而美国核工业现在估计，到2030年可能需要多达600吨。

NE正在调查多个选项，支持及时有需要的HALEU。近期将稀释DOE管控、数量有限、非防卫用的高浓缩铀原料，并对II号实验增殖堆(EBR-II)用过的燃料进行“后处理”，提供所需的HALEU。目标是到2023年，用DOE的非防卫核材料制备5吨HALEU。

从长远看，商用HALEU的数量需要商业规模的浓缩工厂。为了及时开发这种能力，满足先进堆开发商的需要，NE正在实施一个计划，到2022年示范源自美国技术用的HALEU。NE预计，一旦经过证实，核工业将扩大运营规模，满足市场需求。商用浓缩能力将会填补先进堆系统供应链的重要空白。

美国铀供应链正面对许多的挑战。近年来，美国铀产量大幅度下降，而且自2017年以来，由于市场条件不利，美国的铀转化设施一直处于闲置状态。NE正计划建立铀储备，对这种能力提供支持，也在建立后备铀供应，以防发生严重的市场混乱。NE计划2021年前启动采购铀储备。

目的2：消除先进堆在国内核燃料循环方面的差距

在目标2下开发和演示的许多先进堆技术，使用的燃料循环与现有轻水堆有很大不同。其中某些先进核系统使用固体燃料，包括一系列非二氧化铀的材料。其中包括各种三重结构各向同性(TRISO)燃料形式、氮化物和金属合金。其他先进系统使用液态燃料，包括各种熔盐选项。某些反应堆设计，有使用期或长寿期堆芯要求。其他的运行燃耗远远超过现有的堆群。此外，先进堆概念注重可持续性和资源利用，而且要解决核燃料的原料问题。每种选择都需要特定的支持性燃料循环。随着不同反应堆概念进一步发展和演示，NE将继续评估相关的燃料循环。

目的3：评价各种方案，确立综合的废物管理系统

NE负责商用乏核燃料的最终处置和相关的运输，目前它们储存在34个州的76个反应堆或储存现场。在可预见的未来，这些燃料可以安全地留在这些设施中，直到找到永久性的处置方案。NE将继续为储存、运输和最终处置方案提供科学依据。为了支持用过的核燃料统一的临时存储，NE正在制定计划，以确定开发统一的存储设施所需的活动、里程碑和资源。为了保障运输能力，NE正在开发新的、专门设计的轨道车，以支持未来大规模运输“用过的”核燃料。NE还与各州、地区和部落组织建立强有力的伙伴关系，为未来的运输做好准备。最后，为了支持乏核燃料的持续储存，NE正在进行高燃耗燃料性能的研发。解决国家商用乏核燃料和高放废料的库存问题，对核能长期可持续性至关重要。

目标4：保持美国在核能技术方面的领导能力

全球30个国家450多个核反应堆在运行。在建的核反应堆超过50座，随着各国评估其能源选择方案，这一数字可能会增加到400多座。全球能源需求持续增长，各国面临满足这些需求，又要降低排放的艰巨任务。核技术可以帮助解决这个问题。它激励经济发展，创造丰富的清洁能源，也使电网更加安全。

美国拥有世界最好的核技术和最丰富的运行经验。实际上，世界许多运行的核能技术，都可以追溯到美国技术。然而，随着国际上核能继续扩张，俄罗斯和中国等正迅速成为核技术和服务的主要供应国。国家资助、有吸引力的融资选择和“捆绑式”服务(如燃料供应、用过的燃料回收规划)帮助这些国家取得显著的竞争优势。

美国核供应商、俄罗斯和中国的核技术，在创新、质量、安全和可靠性方面，没有保持在相同水平上，而美国商用核能供应商的这些方面，则固有地设计在先进的核系统中。

美国核工业正在开发一整套选项，满足任何国家的需求。这些设计，包括基本负荷发电的大型反应堆，直到较小、更灵活的装置，可随能源需求增长按比例扩大。2017年，美国商业部估计，未来10年全球民用核市场的价值将在5000-7400亿美元之间，有可能为美国创造1000多亿美元的出口和几千个新就业机会。美国不能把这个市场拱手让给竞争对手。

美国在核能技术方面也不能失去领先地位。美国在国际市场上的领导角色和美国技术可得性，在确保其他国家为了和平目的选择，并以促进安全和核不扩散的方式利用核能方面，是最重要的工具。

NE支持核能国际合作

目的1：为美国核部门提供全球机会

从利益和挑战两方面看，核能的全球性使得广泛的国际合作极为重要。NE通过双边技术合作，参加促进和平利用核能的多边组织，与国际伙伴进行合作。

双边协议主要用于加强与已有核能市场的国家的联系和关系，也跟正在探索新核项目的国家建立新关系。双边协议允许一个国家与美国合作，在发展核技术方面追求共同的目标。这是两国之间值得信赖的长期伙伴关系。NE利用双边协议加强核技术研发，并帮助将核技术的利益，诸如环境可持续性、能源安全和经济繁荣带给世界。到2021年，NE计划与五个寻求发展核能规划的国家建立附加的正式合作协议。

NE也参与多边组织，加强美国在全球核技术领域的领导力和影响力。NE积极参与国际原子能机构(IAEA)、国际核能合作框架(IFNEC)、清洁能源部长级“美好未来”倡议(CEM)、第四代国际论坛(GIF)以及经济合作与发展组织的核能机构(NEA)。NE利用这些组织的参与，为美国核部门进行宣传，包括教育体系、核供应链、监管基础以及核安全和核不扩散政策。

美国政府正在开发一个简化的方法，协助各国发展核能的能力。通过与美国合作，各国不仅将获得最好的技术，而且还将获得最好的监管指导、安全和不扩散援助、研发基础设施，以及扩大或启动其核规划所需的各种资源。这些不是单一的交易，而是长期的、战略伙伴关系，可能持续100年甚至更长时间。

美国需要与其他国家竞争，提供全面的建设、拥有和运营的软件包，包括有吸引力的融资选择，还提供收回“用过的”核燃料服务。一个全面运作的进出口银行和其他融资机制，使美国公司能够与各国合作，为新的核项目提供资金。NE也在调查全面的燃料管理解决方案。然而，为了真正具有竞争力，美国与其他国家合作，需要一个简化的程序和统一方法。NE将与美国其他机构、国家实验室、学术界和工业界合作，在2021年前，创建一个综合方法，协助各国编制核能发展规划。

目的2：保持世界一流的研发能力

几十年来，美国一直是核能研究与开发的领导者。美国的国家实验室在研发能力方面“无与伦比”，证明是变革性技术的理想试验台。为了尽可能为技术开发人员提供最好的支持，保持美国在全球的领导力，必须维持世界一流的核能研究、开发和示范基础设施。NE的目标是识别、填补能力的缺口，以便将新技术快速、高效和成本有效地推向市场。

为了填补美国先进堆商用化所需研发能力的缺口，NE正在开发多功能试验堆(VTR)。许多先进堆设计是快中子反应堆，与材料的相互作用不同。由于美国近30年没有运行试验快堆，美国的开发商目前能够用来描述这些材料的数据有限。

VTR将用高能中子，加速新堆设计以及现有反应堆所需的先进技术测试。它将大大减少先进堆技术测试、开发和鉴定所需的时间。它将在创建新核燃料、材料、仪器和传感器方面发挥关键作用，使美国成为先进核技术的全球领导者。这些创新能延长反应堆堆芯的寿命，提高核燃料的性能，甚至加速聚变研究。

爱达荷国家实验室(INL)将领导一个专门的多学科专家团队开发VTR，专家来自国家实验室、工业和各个大学。NE已经发布了环境影响报告草案，以确保在最终决定推进这个项目之前，充分考虑环境因素和公众意见。VTR团队制定了时间表和资金配置文件，确保VTR在2026年前投入运行。

为了填补研发能力的另一空白，帮助先进堆开发商将其技术商业化，INL正在建立样品制备实验室(SPL)。SPL将增强辐照材料的分析能力，改进先进核能系统使用的材料。SPL还将加强我们对材料老化相关问题的理解，支持现有堆群的长期运行。预计2026年建成SPL，能消除近期在照射后与检查能力方面的差距。

NE和INL还与NASA合作，开发地表能源与推进的裂变动力系统，支持月球和火星的太空探索。NASA正致力开发探索月球表面的科学仪器和技术，以及为太空使命提供动力的技术。核热推进系统能把前往火星航程的耗时减少25%，而且比目前最先进的化学火箭携带的有效载荷更高。NE将与NASA合作，在2030年前演示用于地表能源和推进的裂变动力系统。

目的3：培养训练有素的科学家，支持未来的核能职业大军

NE资助美国的学院和大学进行研究、基础设施升级，支持学生教育。这不仅在推动杰出的前沿研究，也有助于培养未来一流的核职业队伍。NE支持全美各地学院和大学的研发，发放研究生奖学金和本科生助学金，并把培养、教育下一代核科学家和工程师作为持续承诺的一部分。这类学院和大学经常与国家实验室合作，从而扩大了未来高素质工程师和科学家的基础。到2021年，NE奖励的大学研发项目多达50个，学生奖学金和助学金500万美元。

在美国多所大学，通用原子公司设计的培训、研究、同位素生产堆(TRIGA)用于进行研究和培训学生。为使全国24个大学研究反应堆中12个继续运行，NE支持在2021年前重启TRIGA反应堆唯一的燃料供应。由于这些反应堆设计的原因，所需的燃料只能由一个供应商提供。NE正在与该供应商合作，满足这些反应堆寿期内燃料的需求，以便这些大学能够继续培训高素质的科学家和工程师。

目标5：建立高效的组织机构

为了履行使命，NE必须是个高性能的组织，配备有能力的员工、有管理良好的规划并定期与利益相关者沟通。为向美国纳税人提供各种规划的最大价值，高效的组织机构是关键。

目的1：支持和投资核能人力资源办公室

履行NE的使命，人是最重要的资产。为了取得成功，NE必须吸引和留住高素质、有能力完成科学驱动规划所需技能和经验的员工。NE必须与其他技术组织竞争顶尖科学家、工程师和管理专业人员。为确保员工队伍持续优秀，NE积极从联邦政府内外招聘高素质、多样化的员工。NE制定了详细的招聘计划，以满足关键岗位的人员配备需求。要密切监控这个计划，确保在现有资源范围内优先安排和管理。按照计划，NE打算到2021年配齐所有关键人员。NE将在每年的财政年度初更新招聘计划。

NE还要对现有员工进行投资，确保执行规划方面保持世界级的专长。这包括支持员工继续教育和培训、职业发展计划、继任计划和员工表彰计划。

NE非常重视每年的联邦雇员观点调查(FEVS)，把它当作整个机构不断改进的手段。总的说来，NE在FEVS中得分很高，特别是员工愿意付出额外的努力，高管重视员工的工作和生活的平衡，尊重员工。去年，NE在能源部规划内排名前10%，在能源部625个机构中，NE的三个办公室排名前30。NE每年力争100%参与FEVS。继续解决在FEVS中发现的问题，并把FEVS衍生的行动纳入高管们的年度业绩计划，确保问题得到解决。

目的2：有效地管理各种规划、项目、研发投资与合同

NE有多元化的研发规划投资组合。为成功地履行使命，必须有效地管理各项规划，持续关注性能绩效。NE使用核能程序信息收集系统(PICS:NE)，随时提供性能绩效的清晰轮廓。PICS：是基于网络的规划管理工具，描述NE研发规划的计划基础(即目标、假设、技术范围、可交付的成果和里程碑)。直接分配给某个特定现场和组织的单独工作包，多达2000多个。每个月跟踪成本和进度数据，作为挣得的价值和里程碑业绩。NE的目标是按时、按预算范围，实现95%的高层里程碑。

NE使用《季度项目风险管理简况》连续评估项目目标风险。项目经理检测到即将到来的风险，作出风险标注，制定详细的计划，规避风险。NE的《季度项目风险管理简况》，与1982年《联邦经理人财务完整性法案》(FMFIA)保证声明中概述的DOE范围内风险管理过程相结合，使NE领导层有效地处理项目风险。

在执行项目方面，国家实验室是关键合作伙伴。NE与实验室密切合作，进一步执行使命，最大限度地发挥NE研发投资的效应，保持世界级的研发能力。NE是国家领先的核能实验室INL的负责人。INL在巴特尔能源联盟(BEA)的领导下，把政府、行业和学术界的专业知识结合在一个实验室内。BEA根据管理和运营合同，管理这个实验室，要求所有INL的设施安全高效地运行，通过更好地利用资源，降低成本，并成本高效地达成各项任务目标。

除了与各个国家实验室的伙伴关系，NE还与行业和学术界密切合作进行研发，推进技术突破，开发科学的理解。NE把资金分配给最合格的实体，开展工作，支持NE履行使命。NE还与国际伙伴和部落民族合作，利用美国的研究投资，追求共同的目标。NE通过核能部落工作组(NETWG)吸引部落参与NE的活动。目标是到2022年使活跃的NETWG部落成员数从11个增加到13个。

目的3：定期与利益相关者沟通

NE不断地就其计划、项目优先事项与活动，在内部和外部进行交流。成功研发项目的管理，需要对具有最大潜力和最高可能影响的活动，进行定期优先排序。为实现NE的使命和目标，重新确定活动的优先次序、转移重点时，将对这个战略愿景进行更新，以反映这些变化。NE计划在2022年发布升级版的《战略愿景》。

在这个计划中列出的目标、目的和绩效指标的基础上，NE的各个规划办公室将在2021年底前制定一份多年期的项目群计划。多年期项目计划，描述项目目标、研发的重点和成功的路线图。作为核能技术的权威部门，NE及其员工也扮演着重要的角色。几十年来，商业核电一直受到公众认知问题的困扰。NE致力于通过其社交媒体、STEM(科学、技术、工程与数学)项目群和利益相关者的主动帮助，向公众提供关于核能的准确、基于事实的信息，用核能的用途和利益教育公众。此外，NE和实验室专家定期参加技术研讨会、演讲活动和协作工作组，讨论技术发展和解决问题的方案。这些努力对NE推进核能科学和技术，满足美国能源、环境和经济需求使命的成功至关重要。

结语

NE正在勤勉地工作，为美国核能部门化解面临的挑战排除种种障碍。通过对先进核技术和研发能力的战略投资，支持现有的堆群和先进堆，可以使美国核能部门蓬勃发展。NE可以为美国的核技术开发全球市场，保持美国技术领先地位，增加利用清洁、无碳能源的途径。

这个战略远景为实现这些目标提供了框架。结果将是更加繁荣和安全的美国。

尽管四年来，美国在前总统特朗普政府管控下，政坛舆论“破天荒”地严重撕裂，但两党在核能研究与发展战略方向上，却观点一致。规划、项目进展“井井有条”，不能不说是个“奇迹”!这或许得益于美国的能源体制：实行私营(或非盈利的公用事业)经济，避免“既当裁判员，又当运动员”;但凡符合国家发展利益的事业，实行“私办公助”，不“与民争利”;在技术上采取“中性”立场，让科学与事实说话，不“越俎代包”。

面对严峻的气候变化、能源转型现实，以及各种挑战，使核能“活”下来是关键。美国核能的战略是：现有核电机组延寿，使大多数机组运行80年以上，盘活现场的社会资产，经济上有利于国家“脱碳”;重点开发小型模块式反应堆(SMR)和先进核技术，全力转向第四代核能系统。这种安排是全球各社会组织一致赞许的选择。

保持核能的生存能力，关键是安全和经济。提高安全性在于强化“纵深防御”，不是“穿靴戴帽”，否则必然“得不偿失”。开发先进核能系统，就是解除社会公众对核安全的“严重关切”和解决困难的外部环境条件(如缺水)下的能源需求;在任何严重的事故情况下，确保周围居民的健康和财产安全;但在经济上能否与可再生能源(指太阳能和风能)“并驾齐驱”，还需要10年时间才能见“分晓”。但开发熔盐堆，使用现存的大量乏核燃料和积存的工业钚，经济上有绝对优势……

巴兰瓦尔博士在文中谈到美、俄、中三方核技术在创新、质量、安全性和可靠性方面的对比，或许值得我们深思。核技术是“舶来品”，自己“原创”的不多，但有“后发优势”。永远保持谦虚谨慎、诚恳学习的态度，多下苦功，少谈“弯路超车”，或许会“否极泰来”。

资料与注释：

1. RITA BARANWAL, Office of NE: Strategic Vision, DOE NE, 2021-01-08.

2. EPRI, EPRI Names Rita Baranwal as New VP of Nuclear, Chief Nuclear Officer, Jan 12, 2021.

3. 容错核燃料，accident tolerant fuel.

4. HALEU，high-assay low-enriched uranium，高含量低浓缩铀，限制浓缩度最高不超过20%。

5. Risk-informed systems analysis，预知风险系统分析，Risk-informed有特定的含义，详见US NRC, GUIDANCE FOR A TECHNOLOGY-INCLUSIVE, RISK-INFORMED, AND PERFORMANCE-BASED METHODOLOGY TO INFORM THE LICENSING BASIS AND CONTENT OF APPLICATIONS FOR LICENSES, CERTIFICATIONS, AND APPROVALS FOR NON-LIGHT-WATER REACTORS, RG 1.233, Rev. 0, Issue Date: June 2020.

6. RAVEN, Risk Analysis and Virtual Control Environment,“风险分析与虚拟控制环境”，通用软件框架。基于复杂系统代码的响应进行参数化和随机分析。详见Carlo Parisi et al., Risk-Informed Safety Analysis for Accident Tolerant Fuels, NUCLEAR SCIENCE AND ENGINEERING · VOLUME 194 · 748– 770 · AUGUST–SEPTEMBER 2020.

7. 用过的核燃料，used nuclear fuel，与《核废料政策法》及标准合约中的“乏核燃料”一词同义。