超越化石燃料:大衛·克萊恩談核能

NRG能源公司總裁兼執行長就其行業面臨的障礙發表看法

編者注:此問答是《大眾科學》對從事開發和實施非化石燃料能源技術的公司高管進行的一項調查的一部分。

目前,哪些技術障礙最阻礙核裂變的增長?在近期和長期內,克服這些障礙的前景如何?
自第一批反應堆上線以來,美國的核能發電一直是一種非常可靠和安全的發電形式。核能復興面臨著許多挑戰,但我們發現這些挑戰更多地與美國的機組建設相關,而不是技術本身。NRG選擇了先進沸水反應堆(ABWR)設計,該設計於1995年獲得美國核管理委員會(NRC)的認證,並在日本成功建造和執行。事實上,日本的所有四個機組都按時完工,建設週期在37至43個月之間。這些機組現在擁有超過12年的執行歷史。這些機組被證明在典型的早期執行問題方面發生率非常低,從啟動到第一次計劃停機,初始容量係數接近100%。我們瞭解材料的數量、裝置的規格以及機組的設計要求。NRG在ABWR方面面臨的技術挑戰主要是機組在美國的可建造性。這比擁有一個從未建造或執行過的反應堆設計的所有者所面臨的首批風險要低得多。

自2004年以來,已經進行了大量關於如何將日本成功使用的ABWR建造技術轉移到美國的研究。確定了四項主要技術,並將在南德克薩斯專案(STP)3號和4號機組的建設中充分利用。

• 模組化以減少擁堵並提高質量;
• 使用1000噸起重機進行重型模組吊裝;
• 使用開放式頂部結構,允許從上方放置大型模組;
• 非常詳細的計劃和安排。


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STP擴建工程將在開工前完成95%以上的詳細工程設計。這將大大緩解1970年代和1980年代的問題,當時在開工後才進行設計更改,導致成本和進度超支。

除了可建造性風險外,尚未建造或執行的反應堆設計還面臨著首批工程風險形式的技術挑戰。在建造初始工廠後,會獲得大量知識。如果使用這些新反應堆設計的初始專案取得成功,後續專案將努力不斷提高生產率,同時減少進度和工時要求。隨著時間的推移,效能將透過工程改進而提高;但是,這很可能會滯後,直到機組擁有足夠的執行歷史。新設計的早期機組將為關鍵裝置提供有限的供應鏈,隨著時間的推移,供應鏈將變得更加成熟。使用經過驗證的ABWR技術的機組,例如STP擴建,從一開始就將擁有這些優勢。

許多核能反對者提出乏核燃料問題,認為這是核能復興的障礙,但這實際上是一個政治問題,而不是技術障礙。儲存或後處理乏燃料沒有技術挑戰。

擴大核能以服務更大的國家或全球客戶群是否存在障礙?
在美國擴大核能的最大挑戰是重建支援建設的核基礎設施,並培養在核電站執行後操作核電站的勞動力。

在1980年代和1990年代,美國大部分核建設基礎設施都離開了該國,轉移到其他行業或支援歐洲和亞洲的持續發展,這將需要重建。從積極的方面來看,當我們重建這一基礎設施時,我們將利用過去二十年來在歐洲和亞洲發展起來的先進核技術。東芝公司正在與支援南德克薩斯州擴建的美國工程和建築公司密切合作,以確定可以在美國部署的資源,以支援將要建造的最初幾座核電站,並擴大我們將需要開發的長期資源,以支援長期建設。

許多退出核工業的供應商都有興趣重新進入市場。美國核管理委員會(NRC)一直在與建造新核電站的公司合作,以確保美國和國際供應商都有嚴格的資格認證流程。許多非美國反應堆供應商正在與美國的承包商、製造商和裝置供應商合作,以轉移知識並建立美國的生產能力。一些裝置,如大型鍛件、渦輪機和壓力容器,可能會在一段時間內從全球採購,但即使是最初的核電站也將從美國採購大量的材料,包括管道、閥門、鋼筋、壓縮機和泵。

儘管我們認為將有足夠的勞動力來執行和建造這些專案,但有必要確保勞動力的質量和生產力足夠。該行業已採取措施,透過與大學和專科院校合作,開始、更新或擴充套件核技術來培訓電廠操作員。我們在德克薩斯州馬塔戈達縣的工作在培養未來的勞動力方面非常成功,並且全國各地類似的專案也取得了類似的成功。這些專案很快將不得不擴大對將要建造核電站的熟練工人的培訓。隨著經濟衰退,將其他相關行業的建築工人和產業工人重新培訓為核工業要求的非常嚴格的資質將具有巨大的價值。

現有的能源基礎設施能否應對核能的增長?還是也需要進一步修改?
無論使用哪種發電組合,美國的輸配電網路都需要升級。它需要更強大、更智慧。除了核能(往往在距離主要負荷中心一定距離的地方生產)外,我們國家各個地區都有大量的可再生能源資源,這些資源遠離我們人口和工業中心,而這些地方需要能源。為了從任何技術產生的地方獲得電力,我們需要改善我們的輸電基礎設施。

關於基礎設施,更重要的問題不是需要發生哪些變化才能啟用核能,而是核能啟用哪些變化。憑藉充足、可靠、清潔的核能,我們可以為大量電動汽車提供動力,這有助於我們擺脫對外國石油的依賴。

鑑於當前的經濟危機,你們的行業能否獲得必要的資金(來自公共或私人來源)來充分資助其增長?
無論何時,為大型資本專案(無論是核電站還是製造廠)融資都可能很困難。政府已經看到了鼓勵重建美國核電基礎設施的巨大價值,並以貸款擔保來支援這一價值。貸款擔保計劃,如美國能源部的計劃,將允許核電站獲得融資。與東芝等擁有承擔成本、進度和績效風險的財務能力的實體簽訂的建設合同,將進一步減輕業主和貸款人的執行風險。

從戰略角度來看,核能最大的競爭對手是:現有煤炭、石油和天然氣技術,還是其他替代能源技術?
我們認為這些技術是互補的,而不是競爭的。核能是唯一可以大規模地在美國各地建造的零排放資源,以提供全天候的基本負荷電力。我們還在投資風能和太陽能,因為它們為零成本燃料和零排放發電帶來了優勢。我們不會關閉現有發電,因此作為行業,我們有責任找到減少這些技術碳強度的方法。

您和您行業的其他人在五年內是否有一個旨在實現的成本目標?
歷史上,核能的前期成本很高,但就燃料和運營而言,它是最便宜的發電來源之一。隨著大宗商品價格比2007-2008年的峰值低了50%之多,以及美國和全球製造業和製造能力的提高,需要重新評估2007年和2008年看到的成本範圍內的新核能成本。我們看到的大多數成本範圍在低端都相對一致,但是技術上的未知因素導致高階的差異極大。透過使用經過驗證的ABWR技術,我們專注於創造確定性,以便我們知道可以將STP擴建控制在估計值的低端。此外,我們在東芝擁有一家經驗豐富的工程、採購和施工(EPC)承包商,該公司對施工有足夠的把握,可以為我們提供固定價格、固定進度的合同。

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