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美国能源部资助研发先进反应堆,将在哪些方面提供支持

2020-01-03 19:25

价值145亿美元的美国2005财年能源政策法案在参议院以74对26,在众议院以275对156获得通过。其中对核能发展的激励措施包括:对核电的生产税课税扣除为1.8美分/kWh,并将维持超过8年的时间;划拨 20亿美元的联邦风险保险以应对前6座先进的新型反应堆由于法律审批导致全功率运行的延误;为退役基金制定出合理的税率;联邦政府拨款支持新型先进反应堆80%的研究工作;支持下一代核技术的发展。

[据美国世界核新闻网站2019年8月30日报道]2019年8月29日,美国能源部副部长布鲁伊莱特表示,能源部全力支持先进核能项目。布鲁伊莱特概述了美国政府为支持先进反应堆开展的一系列实质性工作,包括:2019年6月,美国任命有丰富的先进核能背景的巴兰瓦尔为能源部负责核能的副部长;建造沃格特勒核电站3号机组和4号机组;首个小型模块堆在爱达荷国家实验室选址,有望在2026年建成运行;宣布建立国家反应堆创新中心,加速先进反应堆的审批和商业化;最近两年投资1.7多亿美元,加速先进核反应堆技术的发展,包括支持三层各向同性碳包覆核燃料制造;与国防部合作,最早于2023年示范和部署微型反应堆;建造多功能试验堆项目;恢复爱达荷国家实验室瞬态反应堆试验设施的服务;为未来先进反应堆所需高丰度低浓铀燃料提供解决途径;致力于寻求生产高丰度低浓铀的长期解决方案;在2018年第九届清洁能源部长级会议启动“全球美好未来倡议”。

[据世界核新闻2015年8月3日报道] 美国能源部宣布拨款支持先进反应堆概念的研究、开发和示范。DOE与业界建立了合作伙伴关系,将于2015年财年资助两个奖项,每项奖金高达600万美元。DOE将此次宣布资助机会描述为“在先进核反应堆技术方面增加投资的第一步”,声称或能提供“显著提高的运营性能、安全、安保、经济和防扩散能力”。DOE正在征求关于先进反应堆概念开发项目分摊费用的提案,或将于2035年展示。DOE称将与业界进行合作,最多资助两个奖项,每个项目投资多达360万美元,联邦资助研发中心最多提供额外的240万美元。获奖者需投资150万美元,分摊部分费用。该机会允许多次获得两个奖项的资助,每个奖项分摊DOE的费用共4000万美元。核能部门代理助理秘书约翰·铁克表示,近期对先进反应堆技术的兴趣,使该部门备受“鼓舞”。 他说:“我们相信这次资助机会将促进科技创新,提高DOE对于发展清洁能源技术的目标。” 去年选出了五项支持先进反应堆技术的公私合作研发项目,共接受DOE 1300万美元的费用分摊资助。该部门还资助了小型模块化反应堆技术的发展。若想申请最新资助,必须在8月31日前提交意向书,申请的截止日期为10月5日。

为了鼓励核能创新,美国总统特朗普最近半年签署两份法案:2018年9月28日签署《2017年核能创新能力法》,2019年1月14日签署《核能创新和现代化法》。根据这两份在签署当日生效的法律,美国政府将为核能企业在技术创新过程中遇到的普遍问题提供有针对性的帮助。 1 推动措施 根据两部新法律,未来美国政府将在四个方面为核能技术创新提供帮助。 1.1 建立先进反应堆适用的监管框架 美国核管会现有监管框架是针对大型轻水堆商业机组逐步发展完善的,而且现行反应堆的设计认证和许可证审批流程缺乏足够的可预测性或透明度。因此,如何通过核管会的审批,是先进反应堆技术开发商面临的难题之一。 针对这一问题,NEIMA要求核管会建立一套新的适用于先进反应堆技术的取证程序。就近期而言,核管会应在现有监管框架下建立具有可预测性且适用于先进反应堆的取证程序,以满足未来几年内先进反应堆的设计认证和许可证审批需求。就长期而言,核管会应在2024年前建立覆盖面广、具有技术包容性的监管框架,以鼓励先进核反应堆领域的技术创新。 1.2 能源部和核管会加强合作 NEIC要求能源部与核管会签署两份谅解备忘录,加强合作,共同为企业创新提供支持。其中一份备忘录涉及双方在下述领域加强合作,共享技术和专门知识: 测试和示范由私营企业提议和资助的先进核反应堆概念; 运营一个数据库,存储贮存核科学和工程数据与知识,以供联邦机构和私营企业共享; 研发和测试与先进核反应堆相关的电力和非电力产品集成与能源转换系统; 充分利用核管会人员在安全分析方面的专业技能,使核管会人员能够主动观察和了解正处于研发阶段的核技术。 另一份备忘录的内容包括: 能源部应拥有足够的技术能力,能够及时为民用核工业创新核技术的研发、示范和商业应用提供相应支持; 核管会应拥有足够的能力,能够为先进反应堆的设计认证和许可证审批等申请的评价提供帮助; 双方应在将计算机和软件代码应用于计算先进核反应堆性能方面开展合作; 确保能源部建设和拥有必要的设施,能够供民用核工业企业开展创新核技术的研发、示范和商业应用工作;核管会在需要时也能使用这些设施。 能源部与核管会加强合作,将改变美国长期以来奉行的一种行为方式——能源部和核工业界合作进行核技术研发,然后将技术交给核管会进行安全评审。未来,技术开发商在技术研发过程中将得到核管会的帮助,因此能少走弯路,提高技术研发速度,并降低相关支出。此外,核管会技术人员提前对相关核技术有了充分认识,将有利于缩短相关技术的评审时间。 1.3 提供科研基础设施支持 NEIC对2015年《能源政策法》进行了修订,将能源部民用核能研发、示范和商业应用计划的目标更改为: 为促进科学发展提供科研基础设施,这些设施可供来自高等院校、国家实验室和私营企业的研究人员用于开展与核、化学和材料科学相关的研究。 使私营企业能够与国家实验室合作开展新型反应堆概念的研发和示范工作。 鉴于美国目前没有可供用于为先进反应堆技术、燃料和材料研究提供支持的多功能实验快堆,NEIC要求能源部建设一座这样的反应堆。该堆至少应具备下述两项能力:快中子谱辐照能力以及未来为满足新需求进行升级的能力。 能源部已为建设这座反应堆开展两项工作:爱达荷国家实验室2018年10月宣布将为13个大学牵头的项目提供390万美元资助,以开发拟用于实验快堆的仪表和工具;11月宣布决定使用通用电气-日立核能公司的PRISM钠冷快堆技术建设多功能实验快堆,目标是2026年前在美国建立基于反应堆的快中子辐照能力。 NEIC要求能源部执行一项专门计划,加强将高性能计算机模拟和仿真技术用于研发新型反应堆的能力。在这一计划中,能源部将通过国家战略计算倡议与其他联邦机构进行协调。NSCI由美国政府于2015年启动,目标是使高性能计算的研发与部署能最大程度地造福于经济竞争力与科学发现。 NEIC还授权能源部制定并执行一项专门计划,对私营企业提议和资助的反应堆概念进行测试和示范。未来,能源部将在国家实验室或其他场区为私营企业以自有资金建设和运营的、用于验证先进反应堆概念的试验堆提供场址。能源部将充分利用相关联邦机构和国家实验室的技术能力和专门知识,为这些试验堆的建设和运营提供帮助。 1.4 以费用共担方式提供资助 NEIC要求能源部制定并执行先进核能费用共担资助计划。该计划与正在实施的加速核能创新接口倡议类似。但GAIN主要关注技术研发,新计划主要帮助技术开发商通过核管会的评审,避免创新因核管会收取的高昂评审费而受阻。 GAIN是美国政府于2015年宣布启动的一项倡议,目的是为技术开发商提供技术、监管和财务支持,以将新型或先进反应堆设计推进到商业化阶段。 根据新的资助计划,资助接受者将使用政府资金来支付通过核管会评审所需的费用,包括与下述活动相关的费用:取证项目计划的编制、取证可行性声明的获得、主题报告的评审、申请提交前活动以及申请评审活动、以及目前正在与核管会进行的互动。 2 推动核能创新的原因 近年来,受到电力需求增长不及预期、市场出现低价页岩气以及来自可再生能源的激烈竞争等多方面因素的影响,美国的核电发展受到挫折,自2013年以来已有6台机组关闭,另有超过10台机组未来几年也会关闭。曾经一度认为是美国核电复兴起点的两个核电建设项目也遇到挫折:萨默尔项目已于2017年停止实施;沃格特勒项目虽然仍在推进,但其造价已大幅增加,建成日期也已推迟。 在这一大背景下,出于下述五点考虑,美国政府致力于鼓励核能创新,促进核能发展,以期在未来的国际竞争中占据制高点,使美国继续保持全球领导地位。 第一,核工业是典型的军民两用产业。许多核工业企业在为民用核工业服务的同时,也在为美国海军和能源部国防计划服务。强大的民用核工业能够成为军事核工业发展的后盾。例如特朗普政府在2018年《核态势评估》报告中指出美国目前不能为国防目的生产浓缩铀。如果美国民用核工业实现复兴,那么重建这一能力将会更为容易且更为经济。 第二,核电厂目前是美国重要的电力基础设施,能够在极端恶劣气候条件下确保电力供应。美国现有98台在运核电机组,发电量约占全国总发电量的20%,是一种重要的基荷能源,并且是在极端气候条件下表现最好的电厂。在2014年受北极寒流“极地涡旋”影响地区,核电厂的表现优于所有其他电厂。核电厂在此期间的平均负荷因子达到95%,为当地居民提供了宝贵的电力。 第三,强大的民用核工业有助于加强美国国际竞争力和领导力。美国是民用核工业发展的先驱,曾主导全球民用核工业发展,并领导了一系列核不扩散、核安全、核保障国际规则的制定,在加强美国全球领导力的同时为美国国内带来了大量就业和收入。但美国的这一领导地位目前面临威胁。在全球57台在建核电机组中,美国仅有2台。美国目前没有获得海外核电机组建设订单。国际核电建设市场主要由俄罗斯占据。 第四,强大的民用核工业有利于美国加强与伙伴国的长期合作。一个核电项目从启动到机组建设、运行直至退役,至少会持续数十年时间,有助于核电出口国和进口国保持长期合作关系。在20世纪60年代至80年代美国主导全球核工业发展时期,美国企业在政府“原子能为和平服务”国际拓展计划支持下实现了核反应堆、燃料和设备的出口,促使美国与伙伴国在各个领域深化合作,扩大了美国的海外影响力。 第五,核电厂目前是美国最大的无碳排放电力来源,其发电量占美国无碳排放发电量的60%以上。碳排放会促使全球变暖。而全球变暖是人类目前面临的最严峻挑战之一。这已是全球共识。 3 先进反应堆研发现状 根据美国智库ThirdWay公布的统计数据,截至2018年11月,北美地区共有78个先进核反应堆研发项目,涉及压水堆、高温气冷堆、液态金属冷却快堆、超临界二氧化碳反应堆、超临界水冷堆、聚变堆等多种堆型。 美国有望最早建成首堆的先进反应堆是纽斯凯尔电力公司研制的小型模块堆。这是一种一体化压水堆,即反应堆堆芯、稳压器和蒸汽发生器均位于安全壳内。单个反应堆模块功率为50MWe,高度不到25米,直径4.6米,重450吨,具备简化、多样化和独立的安全特性。一座发电厂可由多达12个反应堆模块组成,功率可达600MWe。 纽斯凯尔小堆正在接受核管会的设计认证评审,是迄今为止第一种也是唯一一种接受核管会设计认证评审的小堆设计。核管会已于2018年4月完成第一阶段评审,计划于2020年8月完成安全评价报告,于2020年9月发放设计合格证。目前预计首座由12座纽斯凯尔小堆组成的电厂将于2027年底前在爱达荷国家实验室建成投运。 4 小结 虽然美国核电发展近年来遭遇挫折,但是鉴于核电工业在国防和经济建设中的重要作用,美国政府正在积极推动核能创新,并制定专门法律,帮助解决企业在创新中遇到的普遍问题。最新通过的两部法律将在四方面为先进反应堆技术开发商提供帮助。 第一,要求核管会建立覆盖面广、具有技术包容性的监管框架。第二,要求能源部和核管会加强合作,因此企业在技术研发过程中就能获得核管会的帮助,从而能加速技术创新,并缩短取证时间。第三,要求能源部为企业创新提供科研基础设施支持,并为满足企业创新需求建设一座多功能实验快堆。第四,为了防止企业创新因核管会的高额评审费而受阻,能源部将执行核能费用共担资助计划,帮助企业支付相关费用。

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