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特朗普首届任期的核电发展之路

2020-10-16 14:28:08 核电情报局   作者: 长安剑  

综合能源服务实践案例报告发布——11月20日杭州坐落在美国东南海岸的佐治亚州,是星条旗上最早的十三个北美殖民地之一,此州支持过国父华盛顿,也激烈反对过废奴领袖林肯。其首府亚特兰大,正是1996年百年奥运的举办地。在那里,中国代表团激烈鏖战,斩获16金,但也因之前游泳队的兴奋剂污点事件受到西媒的抹黑。

在佐治亚州边陲的奥古斯塔市以南25英里处,美国目前仅剩的AP1000三代核电在建项目Vogtle核电站3、4号,在财务泥沼中艰难前行。这是美国三代核电的最后希望。

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昔日辉煌

十月惊奇以特朗普感染COVID-19拉开序幕。

在个消息爆出来后,朋友圈刷屏。许多中国人的看法其实就是——这就是特朗普的“报应”。

时过数日,特朗普已然出院,回到白宫恢复工作,整个过程极度戏剧性,包括擅作主张离开Walter Reed军医院,坐在防弹SUV里跑了一圈,和粉丝招手(此事事后被医院批评,被保安部谴责);高调回到白宫,拍摄作秀视频,摘掉口罩(此时他仍然是患者,具有感染性),向全美呼吁不要惧怕COVID-19。之后,特朗普发了数十条癫狂系列tweet,并要求停止对COVID-19经济刺激法案的谈判。

不论特朗普政府的施政在外人看来有多乖张,美国作为超级大国的影响不容轻视。在很多领域,美国打喷嚏,全世界都要感冒吃药。

本文聚焦特朗普政府第一届任期的核能发展政策,既是对过去的回顾,也是11.3时刻来临的注脚。

美国是率先实现核电商业化的国家,目前有98台运行核电机组,除了WATTS BAR2号机组外,都有超过三十年的运行寿命,为美国提供20%的清洁稳定的电力,占世界核电发电量的30%。

辉煌的历史和傲人的运行业绩铸就了今天美国核电当之无愧的世界核电霸主地位。

但是,随着天然气页岩气发电技术的广泛应用,新能源突飞猛进的发展,一些州电力市场的放开,以及风云变化的国际核电市场影响,30年前政策塑造出来的行业霸主似乎已经到了英雄气短、美人迟暮的阶段。

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│铸就昔日辉煌的政策机制

1945年以后, 美国的核能发展目标逐渐从战时曼哈顿计划转向民用核电。

1951年,爱达荷州国家反应堆测试站NRTS第一次实现利用核反应堆发电。

1950年代中期,核能发电开始向私人企业开放。世界第一座大规模的核能发电站西平港核电站虽为美国原子能委员会所拥有,但是建造和营运的确是当时的私企,皮茨堡的杜肯电力公司。

美国是世界商用核电发展的鼻祖。1960年,世界首台全规模商用压水堆机组,25兆瓦YANKEE ROWE机组启动(该机组1992年永久停运)。阿贡国家实验室开发的沸水堆技术,由GE公司商业化设计并于1960年启动第一台商业化的沸水堆德累斯顿1号机组。

到1960年代末,PWR和BWR机组订单已经达到1000MWe。

高速发展的美国核电在1979年三里岛事故发生后受到很大的冲击,尽管事故本身证实了美国核电站设计的保守性,整个事故中没有人员伤亡,没有人员受到明显的辐射照射;但许多机组的订单被取消,许多在建项目也被迫中止。此后的30多年,美国的核电建设进入寒冬。

尽管如此,到1990年底还是有100座反应堆完成调试后进入商业运行。

1970年代后期,美国出现大批燃气电站,普遍认为燃气电站的经济性比核电站更具有吸引力。

三里岛事故后,对核电的反对声音逐渐增加,在建的核电机组的建设工期也因为反对而遭到拖延。除开2007年回复建设的WATTS BAR 2号机组外,从1977年到2013年没有新开工的核电机组。现在,美国几乎所有的运行发电机组都是在1967-1990年之间建成发电。

美国现有98台运行核电站机组,分布在30个州,由30个电力公司营运。65台PWR机组,33台BWR机组,总装机容量99.221GWe。目前,美国核电机组年发电量8050亿度,占美国发电量的20%,世界核电发电量的30%。

美国政府规划核能发展的长期战略,制定安全和环境法规,并通过调拨研发资金和出台相关的鼓励政策,引入市场竞争机制,充分鼓励私企参与核行业的研发与营运,是美国核能发展的成功经验。

今天,几乎所有美国的核电机组都是私企拥有,核行业的私企参与程度远远超过世界上其他任何国家。

│持续提升的运行业绩

政府是裁判,各电力公司是运动员。在国家的安全和环境法规监管下,在核电行业的绩效目标和准则的指引下,美国核电企业一直在不遗余力的追求利润最大化,运行业绩在不断提升。

1970年代,美国核电站的平均能力因子是50%,

1991年是70%,

到2002年已经超过90%,

2016年达到历史最高纪录92.5%。

美国核电的平均发电成本也逐渐走低,

2012年是4美分每度,

到2017年已经降到3.4美分每度。

1991年,美国有97.135GWe运行的核电机组,2009年101.119GWe。虽然装机容量的变化极小,但发电量从5770亿度提升到8090亿度,增加的发电量相当于29台百万千瓦机组的发电量。

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这巨大的成绩来自于不断提升维修水平和运行管理水平,一方面将影响机组能力因子的换料大修工期降到最短,另一方面保证机组安全稳定的长期运行。

机组增容也是美国提升核电运行业绩的另一个有效手段。到目前为止,美国核电已经实现140次增容改造,增加的机组容量达到6500MWe。另外有3400MWe的增容计划正在NRC的审查过程中。

据美国核电机组增容的主要承包商邵集团(The Shaw Group)透露,美国的机组增容大概有250亿美元的市场。

另据美国最大核电公司EXELON介绍,2009年前,其旗下机组共计增容1100MWe,到2017年又花了约35亿美元增加了约1300MWe。当然这些花费还包括设备升级,为设备可靠性带来好处的同时,还为今后机组延寿做提前投资。

│丰富的核电机组延寿经验

2000年,美国核管会NRC通过全面的安全审查和公众听证会等程序,将卡尔弗特核电站双机组延寿20年,成为美国核电机组延寿审查的第一案例。

美国1970年代建成的核电机组的运行执照都是40年。

2017年9月,NRC将南德克萨斯1,2号机组的运行执照分别延长到2047,2048年。至此,获得延寿的美国核电机组数量达到89台。

目前,NRC正在考虑审查5台机组的延寿申请。

因此,我们可以推断,几乎所有的美国核电机组可能获得60年的运行执照。

通常,为了获得延寿许可,核电公司一般在提前30到40年间不断投入大量资金升级设备。例如,戴维斯贝斯机组在2015年获得延寿到2037年,其设备升级的投资已经达到10亿美金。美国核电机组延寿过程花费一般在1600万到2500万美金之间,NRC评审时间一般需要4到6年时间。

需要特别说明的是,40年运行执照不是出于机组设计寿命考虑的,更多的是出于建设成本摊销计算考虑的。

现在NRC正在考虑机组第二次延寿计划,从60年延长到80年的延寿审查。

据美国核能所NEI意见调查,大约有20台美国机组有意愿申请二次延寿。

要打算执照延期,就要提前合理安排损耗设备的寿期中更新。能动设备通过定期试验检查其可运行性预估寿命,而非能动设备主要通过能源部,电管局及阿斯米的规范来判断设备寿命,决定更换时机,比如蒸汽发生器更换,仪控仪表升级改造。

据统计,目前美国65台PWR机组中有56台机组更换了蒸汽发生器,45台机组更换了反应堆顶盖。BWR机组主要是更换堆芯围板。

美国核管会通过19项指标对美国所有核电机组进行安全监督。这19项指标中包含14项电厂的机组安全指标,2项辐射安全指标,3项保安指标。

每季度各电站在系统里更新一次数据,美国核管会根据数据给出正常,需要管理监督,触发管理行动,不可接受四个判断结果,并产生相应的行动。

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今日黯淡

│核电机组提前退役的威胁

在电力市场放开的州里,成本低廉的燃气发电和有优先上网权并受政府补助的风电夹击核电,让核电的经济生存能力受到威胁,因此许多核电公司纷纷向所在州政府提出提前关停核电机组的声明。

2015年,安特吉电力公司宣布:其旗下纽约州北部的菲茨帕特里克电站无法盈利,尽管它有到2034年的运行执照,也将在2017年1月关停。

同年,EXELON也向纽约州政府发出告警,本州境内的金纳核电站和九里岬核电站也面临着提前关闭的经济压力。

2016年8月,安特吉含恨以1.1亿美元的价格将菲茨帕特里克电站卖给EXELON。这笔买卖成交的基础当然是EXELON比安特吉对纽约州的零碳排放优惠政策出台的日子有更乐观的估计。

EXELON在伊利诺斯州有9台核电机组,其中5台的盈利能力不佳。迫于可能丧失4200个工作岗位以及每年12亿美元的经济活动的代价,该州立法通过了支持核电的法案,决定连续10年每年拿出2.35亿支持购买这两座核电的电力。

联邦政府已经认识到电力投资的危机,两党一致认同核电是可靠,稳定,清洁的基础负荷电源。

为了鼓励核电投资,美国政府相继出台一些鼓励政策。核管当局提出三项鼓励措施:简化设计审查,提前许可厂址,同批建造和运行执照。

能源法案也提供了一些经济激励,生产税减免政策。该政策表明,2020年底前投产的前6000MWe的核电机组可以申请8年享受1.8美分每度电的生产税减免。

一些州,比如纽约州,新泽西州,伊利诺斯州开始实施无碳排放优惠计划增加核电投资的竞争力。

总体而言,虽然美国人还是在积极探索市场改革,但核电在电价自由州被风电和燃气电站虐得生不如死。

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不确定的未来

│特朗普核能新政

传统共和党代表大财团利益,政策倾向于支持传统的石油煤炭核电,特朗普竞选时就声称要退出巴黎气候变化公约,强调解决煤炭工人的就业问题,传统的煤炭生产州成为特朗普的主要票仓。

他还在竞选中贬低新能源,取消了奥巴马的清洁能源法案。

为进一步提振核能市场,特朗普政府提出了一系列方针、政策和框架,核能新政主要体现在《核能创新与现代化法案》《先进核能技术法案》《美中民用核能合作政策框架》(以下简称 《框架》)《先进堆开发与部署愿景和战略》 《美国国家安全战略》等若干关键政策文件中。

核能新政力主大规模开发核能并使用核电,加强对核电的激励与扶持。意图通过对内重振美国核能、对外加强技术转移管控,确保美国国家安全及维护其全球核技术优势。

一是在长期能源政策中提出 “恢复、扩大和重振核能部门”,并列为首要措施。《美国优先能源政策》认为,核能是美国清洁能源的重要组成部分,最首要的措施就是“恢复和扩大”核能部门。

二是在相关的战略与法案中提出了“2050年核能发展愿景”及“2030年中期目标”。

“2030年中期目标”提出,到2030年,至少有两个“非水”冷却的先进堆将会达到技术成熟、证明安全和有经济效益,经美国核管会审批颁证,允许进行建设。

“2050年核能发展愿景”提出,到2050年,美国先进堆凭借其在改进安全、成本、性能、可持续性以及减少核扩散风险方面的优势,将成为国内和全球能源组合的重要组成部分。

三是在产业链及核安全领域提出加速先进堆开发和部署等六大具体战略目标。

1.加强发展核技术创新的基础设施,大幅提高私营部门使用能源部资源的开放程度;

2.展示先进堆的性能和退役的技术风险;

3.支持开发先进堆燃料循环;

4.支持为先进堆确立高效、可靠的监管框架;

5.鼓励探索私营部门投资效益的最大化及激励政策,有助于加速先进堆 的商业部署;

6.解决人力资源和劳动力发展需求。

但是,理想很丰满,现实很骨感。

特朗普核能新政是否能按照设想发挥作用,还有待观察。

一是对核电的激励政策附加了比较苛刻的条件,如对于新建核电附加了限期发电才能获得税收减免等条件。

二是对基础研发的 激励,10年内恐难在商业实践上体现红利。

文章开头提到的在财务泥沼中艰难前行的Vogtle核电站就是鲜明的例子。

还有一个最大的变数就是十月惊奇之后的11.3大选。目前拜登对特朗普还具有较为明显的民调领先。民主党可是清洁能源的大力推动者,特朗普的核能新政是否能够延续,现在只能拭目以待。

但可以肯定的一点是,2018年以来,美国在众多高新技术领域已开始全面加强对华技术管制,《框架》的发布标志着中美核能合作将面临更严峻的局面,我国核能国际合作也将面临更复杂的新形势。

历数美国核电经历的曲折并不是为了让各位读者和同行快意于对手的痛苦。研究对手的发展历程,预判我们的前路,未雨绸缪,才是我们该做的事情。

特别鸣谢

感谢WANO香港办公室高级顾问王廷奎先生和国务院发展研究中心资源与环境政策研究所洪涛先生对本文的大力支持。




责任编辑: 江晓蓓

标签: 特朗普 核电发展

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