受用電量激增的影響，歐美國家大量服役年限即將到期的核電站獲延壽批準。這為中國核電產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的啟示？

文/本刊記者 范珊珊

數(shù)據(jù)中心用電需求的激增，讓科技巨頭們轉向押寶核電技術。微軟公司與美國最大清潔能源供應商星座能源公司（ConstellationEnergy）達成重大合作協(xié)議，計劃重啟位于賓夕法尼亞州的三哩島核電站，為微軟日益擴大的人工智能需求提供必要的電力支持。微軟承諾在20年內購買其產(chǎn)生的所有電力。根據(jù)協(xié)議，星座能源公司將重啟三哩島核電站的未受損反應堆，并將所產(chǎn)生的電力出售給微軟。該反應堆在2019年因運行成本過高而關閉，星座能源公司預計于2028年初前后投資約16億美元，以完成重啟工作。

在歐美地區(qū)，像三哩島核電站這樣一直希望延長生命的核電站還有很多。工業(yè)擴張以及交通運輸和其他部門的電氣化，世界能源需求正在增加。煤電等化石燃料正在逐步淘汰，核電仍然是少數(shù)能夠提供持續(xù)高輸出電力的可靠能源之一，因此重新受到關注。

據(jù)統(tǒng)計，世界上400余臺核電機組中大部分20上世紀70年代后陸續(xù)建成的，除少數(shù)三代核電廠設計壽命為60年以外，大部分為二代或二代改進型，設計壽命一般為40年，也有少數(shù)機組比如我國秦山核電廠1號機組作為原型堆出于保守考慮定為30年。

這些機組現(xiàn)在已接近其預計壽命或原始許可期限的終點。截至2023年，美國反應堆的平均使用年限已經(jīng)達到42年，歐洲近90%的反應堆已使用30年或更長時間。

核電廠老化管理和長周期運行，是世界核電行業(yè)普遍關注的重要課題。延長核電站運行壽命可以繼續(xù)利用核能的優(yōu)勢，提供可靠的電力供應。此外，美國和歐洲的新核電廠建設項目在時間和預算上出現(xiàn)了巨大超支，間接提升了核電延壽的吸引力。

01

現(xiàn)實需求

在美國，核管理委員會(NRC)為核反應堆頒發(fā)了40年的運行壽命許可。但核電站的運行時間肯定可以更長。40年的期限并非為核電站的壽命劃定終點。40年是美國電力企業(yè)大規(guī)模投資貸款通常的償還期限，并不是基于安全、技術或環(huán)境等問題的考慮。根據(jù)美國1954年的原子能法，核電廠可更新其運行執(zhí)照。按照美國相關法律法規(guī)要求，對核電站審查合格后的執(zhí)照更新一次性批準20年。

NRC已將大部分現(xiàn)有美國核電站的運行執(zhí)照延長20年，將其壽命延長至60年?，F(xiàn)在，一些運營商正在申請第二次延期。

今年年初，美國蒙蒂塞洛核電廠獲準二次延壽。NRC發(fā)布聲明稱，該機構已批準XcelEnergy旗下蒙蒂塞洛核電廠的二次延壽申請。蒙蒂塞洛為單機組電廠，總裝機容量691MWe，本次延壽20年，可運行至2050年9月。

該電廠初始運行許可證于1981年9月簽發(fā)，2006年11月首次延壽20年。截至目前，包括蒙蒂塞洛在內，美國已有9臺核電機組獲準二次延壽，總壽期達80年。

NRC正在對其他6份二次延壽申請進行審查。

核電業(yè)主之所以希望能將核電機組進行延壽，經(jīng)濟性考量是最主要的原因。通過延壽，使核電站再運行20年至30年，相當于再建一座同等規(guī)模的核電站，所花費用卻少得多。此外建造一座新核電站是一項耗時的工作，通常需要十年或更長時間才能完成。相比之下，升級和延長現(xiàn)有反應堆的使用壽命只需花費一小部分成本。

許多核電站最初設計運行時間為40年，但通過適當?shù)木S護和技術升級，其使用壽命通?？梢匝娱L到60年甚至80年。這使得延壽成為更有吸引力的替代方案。

真正限制核電站壽命的部件很少。水冷系統(tǒng)和支持基礎設施中的泵、閥門和熱交換器等設備，都可以維護、維修或更換。隨著技術的進步，它們甚至可能得到升級，以幫助核電站更高效地發(fā)電。麻省理工學院核工程教授雅各布·布翁焦爾諾(JacopoBuongiorno)表示，兩個主要部件決定了核電站的壽命——反應堆壓力容器和安全殼結構。

反應堆壓力容器是核電站的核心，容納反應堆堆芯以及相關的冷卻系統(tǒng)。該結構必須使反應堆堆芯保持高溫高壓，且不發(fā)生泄漏。安全殼結構是核反應堆周圍的外殼，用于在緊急情況下將任何放射性物質封閉在容器內。這兩個部件對于核電站的安全運行至關重要，而且通常更換成本過高或難度過大。監(jiān)管機構在審查延長核電站壽命的申請時，最關注的是這些部件的狀況和壽命。

國家核安全局原局長趙成昆認為，制約或極大程度地影響核電廠壽命的關鍵設備和部件是反應堆壓力容器、堆內構件、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、反應堆冷卻劑泵泵殼、主管道等靜止部件，以及安全殼等主要構筑物。特別是反應堆壓力容器、安全殼，屬于不可更換設備或構筑物。必須對核電廠中的部件進行機組延續(xù)運行期間的安全評估，包括老化部件壽命評估和更為精確的時限老化分析。

根據(jù)國際原子能機構（IAEA）的一份報告，將全球核電機組的使用壽命延長10年，將在未來幾十年為電網(wǎng)增加26000太瓦時的低碳電力。這大約相當于全球一年的電力需求。這有助于在全球擴大低碳電力容量的同時減少排放。

去年底，歐盟委員會批準了一項比利時支持措施，用于延長比利時兩座核反應堆——杜埃爾4號和蒂漢格3號的服役期限。根據(jù)2003年的核能逐步淘汰法，比利時所有七座核反應堆必須在2025年前關閉。然而，2022年3月，出于對能源供應安全的擔憂，比利時聯(lián)邦政府決定將其兩座最新的核電站再運行10年。

2024年6月，比利時向歐盟委員會通報了其支持此次服役期限延長的計劃。

越來越多的國家已經(jīng)接受了延長核反應堆使用壽命的想法。除了美國外，嚴重依賴核能的法國也在投資升級反應堆，以保持能源供應穩(wěn)定。盡管福島核事故后日本最初持懷疑態(tài)度，但該國已恢復了幾座老反應堆的運行。

在我國，最早的核電機組秦山核電廠1號機組運行許可證在2021年獲準延續(xù)，有效期延續(xù)至2041年7月30日。秦山核電1號機組是我國第一座自行設計、建造和運行管理的30萬千瓦級壓水堆核電機組，1991年12月15日首次成功并網(wǎng)，初始設計壽命30年。秦山延壽的成功是中國核能行業(yè)一方面借鑒了國際上大量成功實施的經(jīng)驗，另一方面通過大量的前期準備工作、國內外廣泛的技術交流掌握了開展運行許可證有效期延續(xù)所必需的關鍵技術和能力，為后續(xù)國內其他核電站及國際同類電廠開展此項工作打下了堅實的技術基礎。

延長現(xiàn)有反應堆的壽命可以為不斷增長的電力需求提供經(jīng)濟有效且立竿見影的解決方案，同時減少對化石燃料的依賴。與此同時，恢復舊核反應堆帶來了挑戰(zhàn)。

必須謹慎解決安全問題、監(jiān)管障礙和核廢料管理問題，以確保長期可持續(xù)性。

02

恢復挑戰(zhàn)

相較于新建，核電延壽是經(jīng)濟性的選擇。但是對于核電站而言，安全才是生命線。只有達到安全要求，核電站才能延長或者重新取得運行執(zhí)照。

核電延壽除了可能帶來的安全風險外，監(jiān)管障礙和財務問題也是其挑戰(zhàn)。升級舊反應堆可以提高其可靠性，但事實是這些設施是幾十年前使用現(xiàn)在被認為過時的技術建造的。反應堆容器和混凝土結構等部件會隨著時間的推移而退化。如果維護不當，就會增加發(fā)生事故的風險。老化的反應堆需要進行廣泛的檢查和安全改造才能達到現(xiàn)代標準，核電廠老化管理和監(jiān)管體系建立已成為迫切需求。

核電設施壽命長，部件更換頻率低，訂單數(shù)量相對較少，使得供應商不得不權衡是否有必要保持昂貴的核電認證。這將導致合格供應商較少，成本更高。因此，運營商需要評估和保障消耗性部件在整個運營壽期內均能有效供應。

并非所有的核電機組都可以延壽。由于石墨組件壽命有限且無法替換，英國先進氣冷堆（AGR）將在未來10年內全部關停，平均運行壽期為40至50年。日益老化的石墨裝置降低了機組運行性能，并將其壽命限制在45年左右。

但這類技術只占世界核電廠的小部分，大多核電機組數(shù)均采用壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）和加壓重水堆（PHWR）技術，沒有壽命方面的特殊限制。

目前國際上主流的核電廠延續(xù)運行監(jiān)管策略除了美國的執(zhí)照更新（LR）外，另一個就是國際原子能機構的長期運行（LTO）。前者在機組40年的運行執(zhí)照到期前，通過遞交申請以證明機組延續(xù)運行的安全性，從而使運行執(zhí)照得以更新并延長20年；后者則以每10年一次的定期安全審查（PSR）為基礎，評判是否批準機組在下一個10年繼續(xù)運行。

IAEA圍繞核電站延壽，制定了一系列涵蓋技術、安全等多維度的規(guī)定。在技術層面，IAEA強調對核電廠設備老化狀態(tài)評估的嚴謹性。由于核電站長期運行，像管道腐蝕、電纜老化、混凝土結構劣化等設備老化問題頻發(fā)。對此，IAEA要求在延壽申請階段，核電廠運營方必須開展全面且深入的設備老化分析工作。通過定期的在役檢查、先進的無損檢測技術等手段，精準掌握設備的實際狀況，評估老化對設備性能及安全性的影響程度。

我國秦山核電站的延壽制定了適合自身的運行許可證有效期限延續(xù)（OLE）技術體系，既包含了美國執(zhí)照更新（LR）考慮的所有要素，又增加了IAEA關于PSR的要求，全面覆蓋了國際主流核電廠延續(xù)運行的安全要素。

除了秦山核電站外，大亞灣1、2號機組1994年投入商運以來，始終保持較好的運行狀態(tài)，距初始設計壽命40年還有約10年時間。據(jù)悉，中廣核正在進行大亞灣核電站兩臺機組延壽相關材料及準備工作。秦山核電站也為其提供了可供參考的中國經(jīng)驗。

隨著能源轉型的加速，延長核反應堆的壽命可能是一個臨時的過渡，直到更先進的核技術或可再生能源解決方案得到廣泛應用。這一戰(zhàn)略是否被證明是一個持久的解決方案或僅僅是一個短期的解決方案，將取決于未來幾年的技術進步、政策決策和公眾接受度。數(shù)字化、增材制造、機器人技術、人工智能、自動化和先進核燃料等新技術在其間，將發(fā)揮關鍵作用。