2023年世界核电产业发展回顾(上)

2024-04-09 07:43伍浩松,王兴春
国外核新闻 2024年2期
关键词:核管会小堆核燃料

2023 年,全球共有5 台新机组实现首次并网,总装机容量511 万千瓦,分别位于美国、中国、韩国、斯洛伐克和白俄罗斯;6台新机组正式启动建设,总装机容量686 万千瓦,分别位于中国(5 台)和埃及(1 台);5 台机组永久关闭,总装机容量604万千瓦,分别位于德国(3台)、比利时(1台)和中国台湾地区(1台)。

截至2023 年12 月31 日,全球共有31 个核电国家,总计拥有437 台在运核电机组(此为世界核协会数据,比国际原子能机构数据412台多25 台,原因是国际原子能机构将长期停运的21台日本机组和4 台印度机组归类为“暂停运行”),总装机容量约3.93 亿千瓦。与2022 年12月31 日(437 台,3.94 亿千瓦)相比,在运机组数量相同,总装机容量基本持平。

值得注意的是,11月30日—12月13日在阿联酋迪拜召开的第28届联合国气候变化大会在最终达成的“阿联酋共识”中呼吁加速发展包括核能在内的零碳低碳能源,助力2050 年净零排放目标的实现。这是气候变化大会首次将核能列为需要加速发展的零碳低碳能源,意味着发展核能已成为全球共识,全球核能或将迎来新一轮快速发展。

1 美国

截至2023 年12 月31 日,美国共有93 台在运核电机组,总装机容量9583.5 万千瓦;1 台在建机组,总装机容量125万千瓦。

1.1 政策

2023年,美发布两份重要文件:一份指明发展核能的必要性和紧迫性,另一份将核能制氢列为将要重点发展的清洁制氢技术之一。此外,美还在第28 届联合国气候变化大会上宣布多项推进核能发展举措。

美国能源部3月发布《先进核能商业腾飞之路》报告指出,为实现净零排放目标,美国需要到2050 年建成2 亿千瓦核电装机容量,并在2030启动先进核能商业化部署。

能源部6 月发布《国家清洁氢战略和路线图》报告,将核能列为生产清洁氢的重要能源之一,并制定了核能制氢发展目标:2022—2023年建成一座与核设施集成的1250千瓦制氢电解槽(已于2023 年2 月在九英里峰核电厂实现);2024—2028年实施不少于10个清洁氢生产示范项目,其中必须包含核能制氢项目;掌握用于高温电解制氢的2万千瓦核热提取、分配和控制技术。

在第28 届联合国气候变化大会召开期间,美国宣布旨在推动核能产业发展的三大举措:一是联手法国、英国等20余国发布《三倍核能宣言》,明确指出核能对于实现2050年全球温室气体净零排放和《巴黎协定》1.5℃温升目标具有重要作用,呼吁高层政治推动核能发展,目标是使2050 年核能装机容量增至2020 年三倍;二是与日本、加拿大、法国和英国共同宣布,未来三年五国将调动至少42亿美元投资,用于加强铀浓缩和转化产能建设,助力私营企业建立安全可靠的核能供应链,以降低对俄罗斯的依赖;三是为支持小堆全球部署并增强美国供应商竞争力,美国国务院和美国进出口银行公布一整套金融工具,在从参与项目竞标到最终完成建设的所有阶段均为美国供应商提供融资支持。

1.2 核电

1.2.1 大型轻水堆

2023 年,美国一台新机组实现首次并网发电,核管会收到四份涉及五台机组的延寿申请,一座核电厂完成退役和去污工作,全球首座兆瓦级核能制氢示范设施建成投运,一台已永久关闭核电机组正在推进重启工作。

沃格特勒核电厂3 号机组3 月首次临界,4月首次并网,7月正式投入商运,成为美国在新世纪启动建设并投运的首台核电机组。沃格特勒是美2000年之后启动并持续实施的唯一商业核电建设项目,旨在建设两台西屋公司AP1000机组,即3号和4号机组。厂址准备工作于2009年启动,当时预计两台机组将分别于2016 年和2017年投运,总造价估计值为140亿美元。该项目已严重拖期超概,总造价超过300 亿美元。4号机组已于7 月获得装料许可,计划于2024 年第一季度投运。

核管会收到两份首次延寿申请(拟将运行寿期从最初的40年延长至60年)和两份二次延寿申请(拟将运行寿期从60 年延长至80 年)。佩里和代阿布洛峡谷核电厂申请首次延寿:前者拥有一台124 万千瓦沸水堆机组,1987 年投运;后者拥有两台110 万千瓦压水堆机组,分别于1985 年和1986 年投运。蒙蒂塞洛和萨默尔核电厂申请二次延寿:前者拥有一台62.8 万千瓦沸水堆机组,1971年投运,2006年获准首次延寿;后者拥有一台97.3 万千瓦压水堆机组,1984年投运,2004年获准首次延寿。截至2023年底,美大部分机组均已获准延寿至60 年,其中六台机组获准延寿至80年。

核管会11 月宣布,宰恩核电厂已完成退役和去污,批准厂区及周边大部分土地可以“不受限制地使用”,只有占地约五英亩的乏燃料贮存设施将继续接受监督。宰恩曾运营两座104 万千瓦压水堆,于1998年永久关闭。

九英里峰核电厂2 月在能源部资助下建成全球首座兆瓦级核能制氢示范设施,意味着美在核能制氢商业化应用领域取得突破性进展。该设施功率为1250千瓦,每天能够生产560千克氢,主要用于满足该核电厂的运营需求。截至2023年底,能源部已为九英里峰(低温电解制氢)、戴维斯-贝瑟(低温电解制氢)和普雷里岛核电厂(高温电解制氢)三个核能制氢项目提供资助。

霍尔台克国际公司(简称“霍尔台克”)正在稳步推进帕利塞兹核电厂重启。该核电厂拥有一座80.5万千瓦压水堆,1971年投运,2007年获准延寿至60 年,即可持续运行至2031 年。由于与客户签署的电力销售协议到期,该核电厂2022年5月永久关闭。霍尔台克2023年初就该核电厂重启向能源部贷款项目办公室申请联邦贷款资金;7月密歇根州宣布将为帕利塞兹重启提供1.5 亿美元资金;9 月霍尔台克与一家电力合作社宣布签署一项长达数十年的电力协议,将向后者出售帕利塞兹生产的电力;10 月霍尔台克宣布已向核管会提交文件,正式启动帕利塞兹重启许可申请程序。帕利塞兹有望成为美国首座在永久关闭后成功重启的核电厂。

1.2.2 小堆

2023 年,美国核管会颁发近数十年来首份非水冷堆建设许可证,发布小堆应急准备最终规则,并审批通过首种小堆通用设计;首个纽斯凯尔小堆建设项目宣布终止;霍尔台克国际公司、纽斯凯尔电力公司、BWX 技术公司、超安全核公司、泰拉能源公司、X能源公司、西屋公司和奥克洛公司等小堆技术开发商均宣布了研发进展或国内市场开拓情况。

核管会12 月宣布,同意为在橡树岭东田纳西科技园建设赫尔墨斯低功率示范堆颁发许可证。这是核管会近50年首次颁发非水冷堆建设许可证。赫尔墨斯是卡伊洛斯电力公司14万千瓦氟化盐冷却高温堆(KP-FHR)示范版本,热功率为3.5 万千瓦,使用三元结构各向同性(TRISO)燃料,以氟化锂和氟化铍熔盐为冷却剂。卡伊洛斯电力计划在东田纳西科技园建设三座赫尔墨斯。首堆用于示范低成本核能供热,最快于2026年建成。此次颁发的是首堆建设许可证。后续两堆将用于电力生产,建设申请已于7月提交核管会。

最终规则和相关监管指南文件《模块化小堆及其他新技术的应急准备》12 月正式生效。该文件规定模块化小堆和其他新技术设施可适用风险指引、基于绩效的应急准备要求。其他新技术设施包括非轻水型动力堆、非动力堆以及医用放射性同位素生产设施。

核管会2 月发布5 万千瓦纽斯凯尔小型压水堆最终认证规则,意味着这种小堆成为首种也是迄今唯一通过核管会通用设计认证的小堆设计。纽斯凯尔电力已在5万千瓦小堆基础上研发7.7万千瓦小堆,1月宣布向核管会提交7.7万千瓦小堆设计认证申请文件,8月宣布核管会即将正式启动对7.7万千瓦设计为期24个月的评审。

犹他州联合市政电力系统公司与纽斯凯尔电力公司11 月宣布,由于无法吸引足够多的电力订单,决定终止爱达荷国家实验室六座7.7万千瓦小堆建设项目。这是美首个、也曾是进展最快的小堆建设项目。造成该项目终止的根本原因是造价飙升,从之前估计的53 亿美元增至93亿美元;平准化度电成本估计值从之前每兆瓦时58 美元上升至每兆瓦时89 美元,远超一般核电水平(每兆瓦时26~64 美元);造价上涨主要源于外部因素,包括通胀压力和利率急剧提升。

霍尔台克12 月宣布,已启动在帕利塞兹核电厂建设两座小型压水堆SMR-300 的计划,目标是2026 年向核管会提交建设许可证申请,首堆2030年启动调试。值得关注的是,霍尔台克此前向市场主推的小堆设计是SMR-160(热功率52.5 万千瓦、电功率16 万千瓦),并与包括乌克兰、捷克在内的多国企业签署SMR-160建设相关协议;此次提出建设的是功率翻番的SMR-300(热功率105万千瓦、电功率30万千瓦)。

纽斯凯尔电力和美国标准电力公司10月宣布,将在俄亥俄州和宾夕法尼亚州各建一座由12座7.7万千瓦小堆组成的核电厂。

BWX技术公司9月与怀俄明州能源局签订一份两年期合同,评价在该州部署微堆BARN的可行性。BANR 是一种热功率5 万千瓦高温气冷堆,是获得能源部“先进反应堆示范计划”资助的10种反应堆之一。

超安全核公司8 月宣布战略性更新其旗舰产品微型高温气冷堆MMR 性能指标:MMR 能够使用铀-235 丰度为9.9%或19.75%的燃料,以1 万~4.5 万千瓦热功率(3300~1.5 万千瓦电功率)运行。此前,超安全核公司一直表示MMR热功率为1.5万千瓦(电功率5000千瓦)。

泰拉能源公司8 月宣布在推进钠冷快堆Natrium 示范项目建设方面取得两项进展:一是已在怀俄明州凯默勒采购首座示范电厂建设用地,二是已向四家企业授予Natrium电厂设备和相关服务供应合同。太平洋电力公司3月宣布,将在2033年前建设三座Natrium电厂,包括位于凯默勒的首座示范电厂。

X 能源宣布已有两家美国企业计划建设小型高温气冷堆Xe-100,且其3000~5000 千瓦移动微堆研发可获得国防部和能源部的资助:7月宣布与西北能源公司签署协议,拟在华盛顿州合作建设12 座Xe-100,总装机容量96 万千瓦,首堆2030 年投运;5 月宣布将与陶氏集团合作,在后者位于得克萨斯州的Seadrif制造厂建设四座Xe-100,计划于2026 年启动建设,2030 年前建成投运,该项目将获得“先进反应堆示范计划”资助;9 月宣布移动微堆研发将获得国防部“贝利”计划1749 万美元资助,目标是在未来一年内详细分析反应堆设计方案,以便能够开展初步工程设计并与核管会启动“监管预申请程序”;10月宣布能源部将在2024年底前为移动微堆研发提供约250万美元资助。

西屋公司5月推出小型压水堆AP300设计,计划十年内建成首堆。AP300 是AP1000 缩小版,采用单回路设计,装机容量30 万千瓦,占地面积约为标准足球场的25%,单堆目标造价为10亿美元。

奥克洛公司和南俄亥俄州多样化倡议组织5月签署协议,将在俄亥俄州派克顿朴次茅斯建设两座1.5万千瓦微型快堆Aurora。

美国国防部8 月宣布准备将阿拉斯加州艾尔森空军基地微堆建设合同授予奥克洛公司,但在11 月推翻了这一说法,原因是打算考虑其他开发商,例如超安全核公司。

1.3 核燃料循环

2023 年,能源部在保障高丰度低浓铀供应以及先进轻水堆燃料商业化应用方面均取得重要进展;唯一商业铀浓缩厂宣布将提升产能;核管会为一座乏燃料中间贮存设施颁发建设许可证,但其在2021 年颁发的一份类似许可证被法院裁决撤销。

能源部正在采取两种方式保障高丰度低浓铀供应。一是资助森图斯能源公司在派克顿建设高丰度低浓铀示范性生产设施。该设施已投运,并于11 月交付首批20 千克高丰度低浓铀。二是稀释库存高浓铀:能源部3 月宣布,萨凡纳河场区正在开展准备工作,计划于2025 年启动库存高浓铀稀释工作;BWX 技术公司8 月宣布获得国家核军工管理局授予的合同,将利用含浓缩铀的废金属生产超过2吨高丰度低浓铀。

在推进轻水堆耐事故燃料和高丰度低浓铀燃料研发方面,法马通公司7月宣布耐事故燃料组件在美国卡尔弗特悬岩2 号机组完成了首个换料周期(24 个月)辐照测试,这是全球首次有完整耐事故燃料组件完成一个换料周期的辐照测试。核管会12月宣布批准修订环球核燃料-美洲公司威尔明顿核燃料厂运行许可证,准许该厂生产铀-235 丰度达8%的核燃料;7 月宣布批准沃格特勒核电厂2 号机组使用铀-235 丰度达6%的耐事故燃料,该机组因此成为美国首台获准使用铀-235丰度超5%燃料的核电反应堆。

欧洲铀浓缩公司7月决定将尤尼斯铀浓缩厂产能提升15%。尤尼斯是美唯一商业铀浓缩厂,现有产能为4600 tSWU/a,未来将增加约700 tSWU/a。首批新离心机级联将于2025年投运。

核管会5月向霍尔台克颁发许可证,准许该公司在新墨西哥州建设和运营一座乏燃料中间贮存设施:使用500 个容器将约8700 吨核电厂乏燃料贮存40年时间。

美国第五巡回上诉法院8月作出裁决,撤销核管会2021年为中间贮存伙伴公司颁发的乏燃料中间贮存设施建设许可证,原因是根据联邦法律,核管会无权为私营核废物中间贮存设施发颁发许可证。

1.4 国际市场

2023年,美国在大堆、小堆和核燃料循环国际市场开拓方面取得多项重要成果。

1.4.1 大堆市场

在大堆领域,西屋在乌克兰、保加利亚和波兰的AP1000建设项目已取得实质性进展。

西屋与乌克兰国家核电公司(简称“乌国核”)12月签署赫梅利尼茨基核电厂5号机组设备采购合同。2022年6月两公司签署在乌建设九座AP1000的协议。赫梅利尼茨基将建设首批两堆。

保加利亚政府10月宣布将继续推进科兹洛杜伊两座AP1000 建设项目。西屋3 月宣布,已与科兹洛杜伊核电厂新建项目公司就建设AP1000 签署谅解备忘录。根据协议,双方将建立联合工作组,负责开展一座或多座AP1000 的建设规划工作。

波兰气候与环境部7 月原则性批准卢比亚托沃-科帕利诺AP1000建设项目。西屋、柏克德与波兰核电厂9月签署为期18个月的工程服务合同,将根据厂址条件完成三座AP1000 反应堆核岛、汽轮机岛和配套设备的设计,支持取证材料编制、培训计划制定以及运维程序开发。

1.4.2 小堆市场

在小堆领域,多家小堆开发商签署国际合作协议,尤其是通用电气-日立核能公司(简称“通用电气-日立”)模块化小型沸水堆BWRX-300、纽斯凯尔电力公司7.7万千瓦小型压水堆、超安全核公司微型高温堆MMR 在国际市场获得较多认可。

通用电气-日立BWRX-300 已获得波兰、爱沙尼亚和加拿大等国企业的认可。波兰气候与环境部12月宣布原则性批准在六个厂址建设24座BWRX-300。波兰国家原子能机构5 月宣布BWRX-300 设计能够满足波兰《原子能法》和核设施安全相关法规要求。爱沙尼亚费米能源公司2 月宣布,已将BWRX-300 选定为首选堆型,拟于本世纪30年代初建成首堆。加拿大安大略省政府7月宣布即将与安大略电力公司合作,启动在达灵顿增建三座BWRX-300的规划和取证工作;安大略电力原计划最早于2029 年在达灵顿建成一座BWRX-300,并于2022 年10 月向加拿大核安全委员会提交建设许可证申请。

纽斯凯尔电力7.7 万千瓦小堆建设项目在罗马尼亚和波兰得到推进。罗马尼亚国家核活动管制委员会8月正式发布批准书,确认多伊切什蒂小堆电厂(拟建六座小堆)设计基准文件能够满足国家监管要求;纽斯凯尔电力和罗马尼亚RoPower核电公司5月宣布为多伊切什蒂项目前端工程设计第二阶段工作开展提供资金。波兰国家原子能机构12月宣布纽斯凯尔小堆设计能够满足波兰《原子能法》和核设施安全相关法规要求;波兰气候与环境部7月原则性批准波兰铜业集团公司六座纽斯凯尔小堆建设项目。纽斯凯尔电力、罗马尼亚国家核电公司、E-INFRA 公司、诺瓦电力与天然气公司、福陆公司和三星物产公司6月签署合作备忘录,将在罗马尼亚及其他中东欧国家合作推进纽斯凯尔小堆部署。

超安全核公司MMR 建设项目在韩国和加拿大取得进展。MMR 首堆将在加拿大乔克河实验室建设,5月已明确具体厂址。超安全核公司、韩国现代工程公司和SK 生态电厂公司4 月签署谅解备忘录,拟在首尔建设“微型制氢枢纽”设施,将MMR 技术与固体氧化物电解槽技术结合在一起,进行高温电解制氢。

霍尔台克与乌国核4月签署合作协议,将联合推进小型压水堆SMR-160 建设,目标是首堆2029年3月前并网发电。

Last能源公司3月宣布分别与波兰和英国的四家企业签署总计34座2万千瓦小型压水堆的供电协议,涉及的电力销售总额超过180亿美元。

西屋2023 年与乌国核、芬兰富腾公司和斯洛伐克JAVYS公司等企业签署关于建设小型压水堆AP300的谅解备忘录。

X 能源1 月宣布与加拿大阿尔伯塔投资公司签署谅解备忘录,将就在阿省建设Xe-100 开展合作。

1.4.3 核燃料循环市场

2023 年,美国核燃料循环服务供应商在国际市场签署多份合同,涉及铀转化服务,核燃料供应、燃料设施升级改造以及先进燃料研发等。

康弗登公司与乌国核9 月签署铀转化服务合作备忘录。乌国核表示,与康弗登的合作有助于乌建立完整的核燃料循环产业链。未来双方将合作增加乌东部采矿和加工厂的铀产量,并建设一座铀转化厂。

西屋8 月与斯洛伐克国家电力公司就VVER-440 核燃料取证和长期供应签署协议。在此之前,西屋已与捷克能源集团、芬兰富腾公司和乌国核签署VVER-440 核燃料供应合同。为满足客户需求,西屋与西班牙埃努萨公司1月签署合作生产VVER-440 核燃料的协议。西屋12 月宣布其制造的VVER-440 核燃料已成功装入乌克兰罗夫诺核电厂一台机组的堆芯。这是西屋VVER-440核燃料首次装入乌核电机组。

欧盟7 月宣布选择由西屋牵头的联合体实施“加速保障VVER 核燃料供应安全计划”,目标是加速推进VVER 核燃料设计、制造和供应能力建设,帮助欧洲摆脱对俄罗斯的依赖,实现核燃料自主供应。

英国政府7 月宣布通过核燃料基金为西屋提供1050万英镑资助,用于升级和扩建斯普林菲尔兹核燃料制造设施,目标是满足英国下一代核反应堆燃料需求。西屋10 月宣布与英国罗尔斯·罗伊斯模块化小堆公司(简称“罗罗小堆公司”)签署协议,将负责罗罗小堆燃料设计工作。

2 俄罗斯

截至2023 年12 月31 日,俄罗斯共有37 台在运核电机组,总装机容量2772.7 万千瓦;3 台在建机组,总装机容量281万千瓦。

2023 年,俄罗斯国家原子能集团(简称“俄原集团”)宣布将在2045 年前建成29 台核电机组;多个陆基小堆建设项目取得进展,并积极推进水下核电厂研发;在压水堆再生混合物(REMIX)燃料和混合氧化物(MOX)燃料研发领域取得显著进展,并生产首批供钠冷快堆使用的含次锕系元素的MOX燃料;获得亚美尼亚一台压水堆机组延寿合同。

俄原集团2 月宣布,到2045 年将建成29 台新核电机组,其中12 台将于2035 年前投运。2045年,核能发电量将达3730亿千瓦时,占全国总发电量的25%。2022 年,俄核能发电量2095亿千瓦时,占全国总发电量的19.6%。到2045年,俄18台在运机组将永久关闭。

俄原集团11 月批准模块化小型压水堆RITM-200N技术设计。RITM-200N基于破冰船动力堆RITM-200,热功率19万千瓦,电功率5.5万千瓦,运行寿期60年,换料周期6年。俄原集团与萨哈(雅库特)共和国2022 年9 月签署协议,将在乌斯季-扬斯基区建设两座RITM-200N,保障Kyuchus 金矿能源供应。该项目4 月获得核监管机构颁发的许可证,将建成俄首座陆基小堆电厂,首堆拟于2028 年并网发电。

俄原集团和楚科奇政府6 月签署微型压水堆SHELF-M 电厂建设协议。这座电厂将于2030 年投运,用于Sovinoye 金矿和楚科奇自治区居民点供电。SHELF-M 技术设计将于2024年完成,装机容量1 万千瓦,运行寿期60 年,换料周期8年。

俄原集团与诺里尔斯克镍业公司11月签署关于建设小堆电厂的意向协议,未来将开展联合研究,明确将选用的技术、厂址、电厂配置等。

俄原集团7月宣布,圣彼得堡孔雀石海洋机械设计局正在开展水下核电厂设计工作。该核电厂将配备两台机组,总装机容量2 万千瓦,能够自动运行,可在水下400米深处为北极地区提供能源保障,仅需定期维护:每三个月由最多六名专家检查一次。

俄原集团6 月宣布在VVER 核燃料研发领域取得两项重要进展:一是首批REMIX 燃料组件完成长达18 个月的首个换料周期辐照;二是利用研究堆启动MOX燃料辐照测试。

俄原集团12月宣布已生产首批共计三个含次锕系元素的MOX燃料组件并完成验收测试,计划于2024年将这些组件装入别洛雅尔斯克核电厂4 号机组(唯一BN-800 钠冷快堆)堆芯,接受辐照测试。

俄罗斯和亚美尼亚12 月就梅察莫尔2 号机组延寿签署框架合同。这是一台1980年投运的VVER-440机组。

(未完待续)

猜你喜欢
核管会小堆核燃料
核管会收到萨默尔核电厂二次延寿申请
西屋将负责罗罗小堆燃料设计
欧企合作研发小堆制氢
英首座小堆设备制造厂候选厂址数量缩减至6个
英国首座小堆有望2029年底前并网发电
美唯一铀转化厂获准继续运行40年
核燃料——核电站的粮食
核燃料技术革新潮来袭
重要的核燃料——超铀元素
中核北方核燃料元件有限公司