8、先進(jìn)堆，設(shè)計(jì)認(rèn)證

        過去20年間，美國核工業(yè)與NRC在第三代先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的認(rèn)證方面緊密合作?，F(xiàn)在有4種堆型獲得了最終的設(shè)計(jì)許可證，這樣就可以在美國任何地方建造，并且只需要經(jīng)過廠址條件許可程序即可。這些先進(jìn)的設(shè)計(jì)，也正在海外積極進(jìn)行市場推廣。此外，還有一些設(shè)計(jì)處在認(rèn)證程序的不同階段，也有的處于預(yù)認(rèn)證階段，也有的在等待提交申請。

        獲得認(rèn)證的設(shè)計(jì)中，GE和日立聯(lián)合開發(fā)的先進(jìn)型沸水堆（ABWR），1300~1500MWe，目前已有幾座堆在日本投入了商業(yè)化運(yùn)營，同時(shí)日本和中國臺灣省還有幾座堆在建。

        另一個獲得認(rèn)證的是西屋公司的“系統(tǒng)80+”，先進(jìn)型壓水堆設(shè)計(jì)，已具商業(yè)化部署的條件。韓國有8座“系統(tǒng)80”型反應(yīng)堆，就吸收了很多“系統(tǒng)80+”的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，形成了韓國下一代反應(yīng)堆（APR-1400）計(jì)劃的基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)APR-1400將于2010年后投入運(yùn)行。

        美國核管會（NRC）于1997年5月對這兩種設(shè)計(jì)頒發(fā)了最終的設(shè)計(jì)許可證，認(rèn)定均超越了NRC“安全目標(biāo)的幾個數(shù)量級”。ABWR也獲得了歐洲對先進(jìn)堆型的標(biāo)準(zhǔn)要求的認(rèn)可。

        第三種更具創(chuàng)新性的是美國研發(fā)的較小的600MWe等級先進(jìn)堆——西屋公司的AP-600，具有非能動安全特性（堆芯損害概率設(shè)計(jì)值低于NRC當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)千倍）。AP-600于1999年12月獲得了NRC頒發(fā)的設(shè)計(jì)許可證。

        NRC是第一次頒發(fā)這種通用性許可證，有效期15年。經(jīng)過了一系列繁復(fù)的公眾參與程序、認(rèn)證設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的安全問題得到全面解決，之后在具體電站的許可審查中，將不再進(jìn)行法律審查。

        在接受NRC審查認(rèn)證程序以外，美國核工業(yè)為每個類型選定了一種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)——大型的ABWR和中型的AP-600，以進(jìn)行首堆工程詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。這項(xiàng)2億美元的計(jì)劃，一半資金由美國能源部（DOE）提供。

        西屋公司的AP-1000，作為最新的第三代堆型設(shè)計(jì)，于2005年獲得了NRC的最終設(shè)計(jì)許可證。AP-1000是對AP-600按比例的放大。西屋公司表示，這一設(shè)計(jì)是其花費(fèi)了1300人·年和4.4億美元進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試所形成的成果。根據(jù)預(yù)計(jì)，1100MWe等級的AP-1000的投資費(fèi)用具有競爭力，模塊化設(shè)計(jì)可將建設(shè)工期縮短為36個月。目前，中國已決定建造這一堆型，美國和英國也正在積極考慮建造。這種設(shè)計(jì)可根據(jù)需求采用混合氧化物燃料的堆芯。

        目前還有幾種反應(yīng)堆設(shè)計(jì)正在接受設(shè)計(jì)許可審查，或處于預(yù)申請階段：

GE和日立聯(lián)合開發(fā)的1550MWe等級經(jīng)濟(jì)型簡化沸水堆（ESBWR），源自于原來的ABWR，也具有非能動安全系統(tǒng)。在向NRC提交設(shè)計(jì)許可申請過程中，GE表示，7500頁的申請文件，反映了10年來的努力成果。預(yù)計(jì)2008年可以得到設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，然后可獲得許可證。美國也有幾個新建計(jì)劃傾向選擇這個堆型。

        法國阿海法集團(tuán)（AREVA）正在努力使先進(jìn)型歐洲壓水堆（EPR）可適用于美國，盡管據(jù)稱EPR以超越美國的安全性要求。要適用于美國的EPR的100萬人·時(shí)的工作量中，大部分是用于進(jìn)行電力輸出從原始設(shè)計(jì)的50Hz變更為60Hz。預(yù)計(jì)2007年晚些時(shí)候?qū)⑻峤辉O(shè)計(jì)許可證申請，首臺機(jī)組（80%美國制造）預(yù)計(jì)于2015年并網(wǎng)發(fā)電。設(shè)計(jì)中也采納了幾項(xiàng)美方提出的建議。目前，1600MWe的第三代EPR正在芬蘭建造，在法國計(jì)劃由法國電力公司（EDF）建造，中國也選擇在廣東省建造。

日本三菱公司開發(fā)的美國標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)型壓水堆（US-APWR）預(yù)計(jì)于2008年3月提交設(shè)計(jì)許可申請。這是一種源自日本將要建造的由西屋技術(shù)發(fā)展而來的1700MWe等級設(shè)計(jì)。日本政府計(jì)劃為US-APWR、ESBWR兩種設(shè)計(jì)獲得美國頒發(fā)的許可證提供資金支持。西屋國際公司將與三菱重工一起參與在美國的研發(fā)工作。美國TXU能源公司以為其位于德克薩斯州的科曼奇峰核電站擴(kuò)建項(xiàng)目選擇了US-APWR堆型。

        由于通貨膨脹、工程服務(wù)競爭加劇、勞力等原因，到2006年中期，美國的反應(yīng)堆供應(yīng)商已經(jīng)調(diào)高了工程造價(jià)。AREVA評估US-EPR的造價(jià)為1800~2200美元/千瓦，西屋公司評估AP-1000造價(jià)為1500~1800美元/千瓦，GE評估ABWR造價(jià)為1850美元/千瓦、ESBWR造價(jià)為1600美元/千瓦。當(dāng)造價(jià)為2000美元/千瓦的水平時(shí)，電價(jià)可能要超過6美分/千瓦時(shí)，高于對煤電、氣電的短期預(yù)期價(jià)格。美國政府對于新增第1~2個百萬千瓦的鼓勵措施將使這個價(jià)格水平下降一半，而且后續(xù)的建造也將使成本進(jìn)一步下降。

        在第三代的研發(fā)之外，美國核工業(yè)和能源部開始啟動定義“第四代”反應(yīng)堆設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的工作。

        9、新堆建造準(zhǔn)備

        三個監(jiān)管方面的規(guī)則出臺，促進(jìn)了未來幾年內(nèi)新核電站的建設(shè)。在上面所說的設(shè)計(jì)許可證審查程序的以外，美國還出臺了廠址預(yù)許可（ESP）和建設(shè)運(yùn)行聯(lián)合許可證（COL）的規(guī)定，部分費(fèi)用由能源部承擔(dān)。

        2001年的ESP計(jì)劃已經(jīng)引來了4個申請人：Exelon、Entergy、Dominion、Southern公司，分別為克林頓（Clinton）、大海灣（Grand Gulf）、北安娜（North Anna）、沃格特勒（Vogtle）4個廠址提出廠址預(yù)許可申請，這些廠址上均有在運(yùn)行核電機(jī)組，并有擴(kuò)建余地。2007年3月，Exelon公司在經(jīng)過41個月的NRC和公眾審查之后，為其位于伊利諾斯州的克林頓廠址獲得首個ESP。隨后，NRC決定授予Entergy公司的大海灣廠址第二個ESP。其他的申請都在審查過程中。ESP申請中，不用明確堆型，但是要表明廠址是滿足建造新的核電站所要求的安全性、環(huán)境、地質(zhì)等條件的。

        2003年，美國能源部在其2010年核電計(jì)劃中提出COL建議，能源部將為成功獲得COL提供一半的費(fèi)用。COL計(jì)劃有兩個目標(biāo)：鼓勵電力企業(yè)主動地提出許可證申請，同時(shí)鼓勵反應(yīng)堆供應(yīng)商進(jìn)行詳細(xì)的工程計(jì)算以獲得可靠的評估值。對于第一個目標(biāo)，能源部準(zhǔn)備了約5000萬美元，對于第二個目標(biāo)，為每個供應(yīng)商準(zhǔn)備了約2億美元，將從特許權(quán)使用費(fèi)中扣除。

        2004年，有2個電力企業(yè)和供應(yīng)商組成的聯(lián)合體宣布，正在尋求能源部的資金支持，以進(jìn)行新堆的COL申請。第3個電力企業(yè)與供應(yīng)商的聯(lián)合體于2005年形成。

        NuStart能源開發(fā)聯(lián)合體，由占美國核發(fā)電量一半多的電力企業(yè)，加上西屋公司、GE組成。聯(lián)合體確定Entergy公司的大海灣廠址、田納西流域管理局（TVA）的貝爾豐特（Bellefonte）廠址建設(shè)2座AP-1000反應(yīng)堆。

        Dominion公司主導(dǎo)的聯(lián)合體，有GE的參與，計(jì)劃提出申請，在北安娜廠址2座在運(yùn)行壓水堆邊上建造1座ESBWR。

        Unistar核能公司，由法國AREVA和美國星座能源集團(tuán)合資組建的企業(yè)，為在美國建造至少4座AREVA的先進(jìn)型EPR核電機(jī)組提供框架平臺。

        其他的電力公司也公布了提交COL申請的計(jì)劃，并且一部分企業(yè)已經(jīng)是以上所說的聯(lián)合體的成員，它們也有單獨(dú)提交申請的計(jì)劃。NRC預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)，將有總計(jì)超過27份新堆許可證申請。

        COL中要求有指定的設(shè)計(jì)，并指明廠址，不過設(shè)計(jì)許可證可以不要求是完整的。多米寧（Dominion）聯(lián)合體于2006年提交了COL申請，這時(shí)ESBWR的設(shè)計(jì)許可證尚未完全獲得。NRC對每一份COL申請的審查要花費(fèi)2年時(shí)間，預(yù)計(jì)2008年會對多米寧聯(lián)合體的申請做出決定，2010年對NuStart聯(lián)合體的申請做出決定，因?yàn)镹uStart最初打算等待兩種堆型設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)許可證頒發(fā)后再選擇其中之一，再于2008年提出COL申請。不過，2007年，NRC的估計(jì)是，第一批1~2個COL申請的審查程序?yàn)?2個月。

        ESP和COL都沒有向任何人承諾可以建造任何項(xiàng)目，但它們加速了未來新建計(jì)劃的進(jìn)行。

        在關(guān)注新技術(shù)的同時(shí)，TVA正在資助一項(xiàng)研究，如何完成其所屬的一座部分建成的核電機(jī)組——1167MWe的瓦茨巴2號堆，預(yù)計(jì)2013年可以并網(wǎng)。

        下表列出了當(dāng)前的COL項(xiàng)目。

        此外，TVA已經(jīng)重新建造了布郎斯費(fèi)里1號，改堆于1985年關(guān)閉。為期5年的更新計(jì)劃也將其功率增加到了1155MWe，接近后建的2、3號機(jī)組。1號機(jī)組已經(jīng)有運(yùn)行許可證，2007年5月已經(jīng)啟堆，預(yù)計(jì)2007年晚些時(shí)候投入運(yùn)行。約有15家電力公司和聯(lián)合體準(zhǔn)備為33座新堆提交建造運(yùn)行聯(lián)合許可證申請，美國核能研究所表示，這些申請意味著到2007年底，至少已經(jīng)會投資20億美元。這筆錢正花費(fèi)在新堆型的設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)、許可證申請準(zhǔn)備、諸如反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器等長周期設(shè)備的采購上。涉及到的新增核電裝機(jī)容量約40GWe，但并非所有申請都有可能在短期內(nèi)取得進(jìn)展。融資將是個巨大的挑戰(zhàn)。

        10、2005年能源政策法

        在先前經(jīng)過多輪討論之后，2005年能源政策法在兩院順利通過，參議院74票贊成26票反對，眾議院275票贊成156票反對。法案中對核電工業(yè)的鼓勵措施有：

        最先投產(chǎn)的6000MWe核電站，在運(yùn)行的前8年，享受1.8美分/千瓦時(shí)的電力生產(chǎn)稅減免；

        聯(lián)邦政府為由于監(jiān)管原因造成的前6座先進(jìn)型核反應(yīng)堆的滿功率運(yùn)行推遲，提供20億美元的風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)保；

        退役基金的稅賦優(yōu)化（部分下調(diào)）；

        聯(lián)邦政府為先進(jìn)型反應(yīng)堆或其他無排放技術(shù)提供高達(dá)項(xiàng)目80%的貸款擔(dān)保；

        核損害責(zé)任保護(hù)的安德森價(jià)格方案展期20年；

        對先進(jìn)核技術(shù)的支持。

        2006年，符合電力生產(chǎn)稅減免的6000MWe容量已經(jīng)明確，并將在那些在2008年前填寫COL申請的申請者中間預(yù)先分配。先進(jìn)型反應(yīng)堆將于2014年開始建設(shè)，2021年前投入運(yùn)行。

        2005年能源政策法還針對氣候變化出臺了措施，要求在2007年以前，國家戰(zhàn)略中有解決此問題的行動方案。2005年，美國因使用能源排放了59億噸二氧化碳。

        11、全球核能合作伙伴計(jì)劃

        2006年2月，美國政府宣布成立“全球核能合作伙伴計(jì)劃”（GNEP），通過GNEP“將與其他國家一起擁有先進(jìn)核技術(shù)，來開發(fā)新的防擴(kuò)散循環(huán)技術(shù)，以生產(chǎn)更多能源、減少廢物，并最小化核擴(kuò)散擔(dān)憂。此外，這些伙伴國家還將開發(fā)出一項(xiàng)燃料服務(wù)計(jì)劃，向發(fā)展中國家提供核燃料以使其以一種成本效益好的方式享受到資源豐富的清潔、安全的核能，以換取發(fā)展中國家放棄鈾濃縮、后處理活動的承諾，同時(shí)緩解核擴(kuò)散的擔(dān)憂”。這被視為對1970年核不擴(kuò)散協(xié)定的商業(yè)化和程序性的補(bǔ)充，但同時(shí)這也解決了全球變暖的擔(dān)憂。

        GNEP目標(biāo)包括，降低美國對進(jìn)口化石燃料的依賴，和在美國建造新一代核電站。戰(zhàn)略中兩個新出現(xiàn)的重要內(nèi)容是，采用新的后處理技術(shù)，將所有超鈾元素（不只是钚）一起分離，并用UREX+工藝和先進(jìn)型燃燒（快）堆，在發(fā)電的同時(shí)消耗這些產(chǎn)物。

        美國能源部為根據(jù)GNEP將要建造的乏燃料后處理設(shè)施的廠址研究提供了2000萬美元經(jīng)費(fèi)，截至2006年底，有13個廠址在考慮中。

        2007年1月，能源部公布了一項(xiàng)針對GNEP計(jì)劃的新的戰(zhàn)略方案，包括環(huán)境影響聲明的準(zhǔn)備。方案將評定3個設(shè)施：一個包括后處理和燃料制造廠的燃料循環(huán)中心，一座“先進(jìn)型再循環(huán)反應(yīng)堆”——燃燒錒系燃料并轉(zhuǎn)化超鈾元素的快堆，一座先進(jìn)的燃料循環(huán)研究設(shè)施。能源部設(shè)計(jì)前兩座設(shè)施由行業(yè)主導(dǎo)進(jìn)行。

        GNEP的國際化成分，意味著前兩座設(shè)施需要在2020年以前投入運(yùn)行，以便燃料服務(wù)能夠開始發(fā)揮作用，吸引其他國家不再建造鈾濃縮和后處理廠。目標(biāo)是2008年中期開始這些工作。GNEP還涉及新燃料供應(yīng)和美國、日本、俄羅斯進(jìn)行乏燃料回收。這一計(jì)劃還涉及開發(fā)和部署適合于發(fā)展中國家電網(wǎng)的先進(jìn)型防擴(kuò)散反應(yīng)堆，以及增強(qiáng)的核保障體系。

        受對GNEP響應(yīng)的鼓勵，能源部建議燃料循環(huán)分兩期開發(fā)。近期將以商業(yè)規(guī)模部署AREVA的COEX工藝。隨后，經(jīng)過進(jìn)一步研發(fā)，UREX+工藝將所有超鈾元素（包括钚）收集在一起，在先進(jìn)型燃料（快中子）堆內(nèi)燃料。后一個工藝所產(chǎn)生的廢物，將只剩下裂變產(chǎn)物，因此衰變期短，更易于提供給最終處置設(shè)施。特別指出的是，美國尤卡山（Yucca）最終處置設(shè)施庫，能夠滿足本世紀(jì)內(nèi)美國的高放廢物的處置，而非過10年就滿了。

        核電工業(yè)急切地希望看到有永久性的最終地質(zhì)處置設(shè)施投入運(yùn)行，不僅支持補(bǔ)充性的乏燃料長期中間貯存，也支持先進(jìn)燃料處理技術(shù)的開發(fā)，來關(guān)閉整個核燃料循環(huán)。后者包括使用防擴(kuò)散技術(shù)的商業(yè)化后處理，和消耗由此產(chǎn)生的錒系元素的快堆的開發(fā)。

        全球范圍內(nèi)，能源部確定的同時(shí)在鈾濃縮和再循環(huán)末端方面可能參與GNEP的國家有：美國、英國、法國、俄羅斯、日本。美國和日本已經(jīng)達(dá)成一致，在2007年5月前制定出一項(xiàng)核能合作方案，以GNEP和新核電站建設(shè)為中心。（日本也希望加入能源部的未來發(fā)電潔凈煤項(xiàng)目。）美國和法國圍繞GNEP的協(xié)議也在制定中，美國和俄羅斯的協(xié)議已經(jīng)就位。

        12、鈾資源和鈾礦開采

        美國在130美元/公斤鈾（50美元/磅U3O8）以下類別的已知鈾資源列全球第4位，342000噸鈾（合理確定的+推斷的資源，2005年數(shù)字）。

        1950年代，在聯(lián)邦政府補(bǔ)貼的推動下，美國擁有數(shù)量巨大的鈾礦業(yè)。1970年以來，峰值產(chǎn)量是1980年的16800噸鈾，當(dāng)時(shí)有250多個礦在開采。1984年，這一數(shù)字猛降至50個，產(chǎn)量為5700噸鈾，然后到2003年都是平穩(wěn)下降，同時(shí)美國絕大部分的鈾需求都通過進(jìn)口解決。到2003年，美國僅剩下兩座小型的在役礦山，總產(chǎn)量在1000噸鈾/年以下。

        美國鈾礦產(chǎn)量大部分集中在新墨西哥州和懷俄明州。公布的資源儲量為：懷俄明州167000噸U3O8，新墨西哥州155000噸U3O8，德克薩斯州2000噸U3O8，猶他州、科羅拉多州、亞利桑那州約50000噸U3O8，價(jià)格都達(dá)到了50美元/磅。產(chǎn)量增加的潛力，45%在地浸工藝（ISL），55%在傳統(tǒng)工藝上。

        2006年，1個加工廠（懷特·梅瑟）、5個地浸場的總產(chǎn)量達(dá)到1586噸鈾（折合1870噸U3O8）。

        Cameco公司經(jīng)營懷俄明州的Smith Ranch-Highland礦和內(nèi)布拉斯加州的Crow Butte礦，總儲量15000噸U3O8，都采用的是地浸工藝，2006年產(chǎn)量分別為927、331噸U3O8。鈾資源有限公司所屬的Vasquez礦（地浸工藝）于2004年投運(yùn)，年產(chǎn)量360噸，Kingsville Dome礦于2006年投運(yùn)，都位于德州南部。

        采用傳統(tǒng)工藝的鈾礦，經(jīng)過一些年后會恢復(fù)生產(chǎn)。（2005年，Cotter集團(tuán)通過其產(chǎn)能400噸/日的卡農(nóng)加工廠生產(chǎn)了45噸U3O8）。國際鈾業(yè)集團(tuán)（IUC）位于猶他州東南部的懷特·梅瑟加工廠（產(chǎn)能2000噸/日），通過自產(chǎn)、收購礦石，以及部分尾礦開采，預(yù)計(jì)2008年的產(chǎn)量約為1550噸U3O8（折合1300噸鈾）。IUC正在開采科羅拉多高原/Urayan礦帶的資源，礦床儲量約2500噸U3O8（2100噸鈾），并伴生有釩資源；隨后將開采位于猶他州的亨利山礦、布法羅礦，儲量為10900噸U3O8（9250噸鈾）。IUC將投資1300萬美元進(jìn)行工廠改進(jìn)，投資1000萬美元用于礦山，2008年中期將開始向布法羅礦投資3500萬美元。2007年內(nèi)可能會重新開采位于亞利桑那州的露天礦。

        總部設(shè)在加拿大多倫多的SXR第一鈾業(yè)公司，于2006年中期，投保對Rio Tinto公司產(chǎn)能3000噸/日的甜水（Sweetwater）鈾加工廠及位于懷俄明州中南部的相關(guān)鈾資產(chǎn)的收購權(quán)，價(jià)值11000萬美元，投保對美國能源集團(tuán)位于猶他州東南部的產(chǎn)能1000噸/日的Shootaring Canyon加工廠及相鄰4州的相關(guān)資產(chǎn)的收購權(quán)，價(jià)值5000萬美元，都加上了特許權(quán)使用費(fèi)。美國能源集團(tuán)一直計(jì)劃恢復(fù)其Shootaring Canyon加工廠的生產(chǎn)能力，費(fèi)用為3100萬美元。2007年1月，Rio Tinto取消了懷俄明州加工廠的出售計(jì)劃，而美國能源集團(tuán)的出售交易于4月份完成。

        能源金屬集團(tuán)（Energy Metals）正在對其位于德克薩斯州小型的霍布森（Hobson）加工廠進(jìn)行升級改造，該廠于1991年關(guān)閉，以前的產(chǎn)量約為150噸/年U3O8，但從2008年開始產(chǎn)量將增至450噸/年，原料是從La Palangana礦（地浸）汽運(yùn)來的載荷樹脂。該公司還計(jì)劃從2009年按照900噸鈾/年的規(guī)模投運(yùn)懷俄明州保德河盆地的3個鈾礦（Moore Ranch、Peterson Ranch、Nine Mile），2010年按照900噸鈾/年的規(guī)模投運(yùn)位于大分水嶺盆地的Antelope礦。精查儲量約4000噸鈾，理論儲量23000噸鈾。2007年6月，改公司被SXR第一鈾業(yè)公司收購。

        （待續(xù)）

        來源：UIC

        編譯：劉軍韜