核反應堆能執行多久?

進一步延長美國核反應堆的使用壽命的可能性和挑戰是什麼?


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明年,當紐約州錫拉丘茲附近的兩個核反應堆因正常換料操作而關閉時,技術人員將進入其巨大的安全殼結構,尋找圍繞混凝土防護罩的厚鋼壁老化的跡象。

星座能源核能集團運營著吉納和九英里角1號反應堆,應美國能源部的要求自願進行了檢查。這是政府和行業調查國家104座核電站執行長達80年的可能性——是最初獲得許可時預期壽命的兩倍——的新階段。

國會未能就氣候和能源立法達成協議,使得美國新的核電專案的前景不明朗,行業官員表示,這使得更多注意力集中在進一步延長現有核電站壽命的可能性和挑戰上。

核管理委員會官員、能源部同行、公用事業主管和研究負責人計劃在二月份舉行一次“桌面”會議,討論反應堆所有者可能面臨的新一輪延期許可證申請的技術和監管問題。今天的反應堆,其中大部分建於 1960 年代和 1970 年代,最初的許可期限為 40 年。其中一半已獲得 NRC 批准再執行 20 年,其餘的預計也將這樣做。

現在的問題是,“60 歲以後還有生命嗎?”正如 STP 核運營公司前執行長詹姆斯·“喬”·謝潑德兩年前在能源部關於這個問題的會議上所說的那樣。能源部正在支援對延長反應堆壽命的研究,核電站運營商也透過電力研究所 (EPRI)(一個行業研發組織)這樣做。一個行業建立的國際研究專案,位於法國的材料老化研究所,也在加強對這個問題的調查。

在第一個 20 年延期許可期結束之前,發電廠所有者必須知道將當前反應堆的壽命延長至 80 年需要哪些新的元件和裝置升級,以及成本和監管障礙有多高,然後才能決定是採取這條路線還是退役並關閉工廠,行業官員表示。

經濟衰退已大大減緩了美國電力需求的增長,但根據能源部和行業的預測,從 2014 年開始,公用事業公司將再次面臨引入新發電以及啟動更多電力節約和負荷轉移計劃的壓力。

今天,未來因政策的不確定性和未知數而變得模糊不清。“目前,公用事業公司沒有好的選擇,”麻省理工學院核科學與工程系的查爾斯·福斯伯格說,他是麻省理工學院核燃料迴圈研究的執行主任。

2 個關鍵問題
“我相信,如果工廠繼續安全且經濟地執行,公用事業公司將有興趣 [在第二個延期許可期],”前 NRC 主席戴爾·克萊因說。

這兩個問題——安全性和經濟性——是目前正在進行的工廠老化研究議程的核心。

“能源部和 NRC 擔心的是我們不瞭解的事情,”核能研究所高階專案經理朱莉·凱斯說。“他們正在尋找確鑿的證據。”

一些行業高管,如謝潑德,將反應堆比作虛構的“六百萬美元的人”,他的左眼和三肢被仿生替代品取代,賦予了他大大增強的力量。

但是,核電站內部的環境與任何其他環境都不同,反應堆元件承受著強烈的熱量、應力、振動和中子轟擊,這可能會導致反應堆、管道、接頭、佈線和其他元件中隱藏的弱點。更換受損元件是目前的主要行業活動。

“今天的公用事業公司認為更換蒸汽發生器或反應堆冷卻泵沒有問題,”NRC 核監管研究辦公室主任布萊恩·舍倫說。反應堆堆頭已被更換。模擬控制系統已升級為數字系統。

“從概念上講,反應堆壓力容器可以更換。這歸結為受影響的公用事業公司的經濟決策,”EPRI 核專案主管尼爾·威爾姆斯赫斯特說。

“我們提出的問題之一是,混凝土是否會受到任何 [老化] 影響而發生結構性變化?”舍倫說——例如,承受輻射照射的反應堆壓力容器的混凝土支架。“並不是說我們認為它會崩潰,但如果發生地震——地震——這些結構能否承受住力量?”

“這歸結為開發測量工廠狀況的技術,”福斯伯格說。“研發挑戰在於弄清楚如何分析 4 英尺厚的混凝土塊”——而無需拆除它。

舍倫補充說,有數英里長的電纜控制著關鍵系統。隨著時間的推移,電線的絕緣層可能會變得脆弱易損。“它必須在事故條件下發揮作用,”他說。他補充說,NRC 現在正在研究這個問題,看看它是否是一個問題。

另一個潛在問題是埋地管道的洩漏。“我們顯然擔心這些,”舍倫說。“這取決於它們埋在哪裡以及更換或維修它們的難度。這可能是極其昂貴的。”

尚未發現“致命缺陷”
“我們尚未發現任何我們認為會成為致命缺陷的技術問題,”威爾姆斯赫斯特說。“可能存在一些。從概念上講,很難想象更換反應堆安全殼建築物。這就是為什麼人們非常關注混凝土老化的機制。”

“我認為我沒有聽到任何對核電站執行超過 60 年的概念的挑戰,”威爾姆斯赫斯特補充說。“當然,如果核電站沒有被證明是安全的,它們就不會執行超過 60 年。”

他補充說,如果證明它們是安全的,舊工廠比新工廠具有重大的經濟優勢。大多數基本上都已付清費用。目前還沒有關於滿足 60 年後翻新預算成本的可靠估計,但他補充說,這肯定遠低於建造新反應堆。

核能研究所工程和運營支援主管約翰·巴特勒表示,核電站運營商希望在承諾對 60 年後的工廠進行重大翻新投資之前,制定明確的監管流程來管理 80 年的延期許可。

“如果他們沒有監管的確定性,那將是朝這個方向發展的一大負面因素,”他說。

能源部和行業支援的加速研究計劃旨在識別潛在的長期問題,例如反應堆混凝土結構中的缺陷。“現在說它不會有問題還為時過早。這就是我們這麼早就開始研究它的原因,”巴特勒說。

但是,去年開始的關於放射性氚從地下管道洩漏到佛蒙特州弗農的佛蒙特揚基核反應堆周圍的地下水的軒然大波,說明了對反應堆安全的擔憂如何突然淹沒延期許可計劃。去年二月,佛蒙特州參議院以壓倒性多數投票反對在當前 NRC 許可證於 2012 年到期時為該工廠續簽 20 年的許可證。

對“公眾認知問題”的擔憂
儘管 NRC 尚未完成其延期許可審查,但工廠官員關於潛在洩漏的錯誤陳述可能是佛蒙特州人在 2007 年工廠冷卻塔部分令人尷尬的倒塌事件之後的最後一根稻草。

北卡羅來納州 NC Warn 執行主任吉姆·沃倫等核電反對者對 NRC 監管舊工廠中連線重要控制系統的佈線火災風險的方法提出了質疑。

克萊因表示,NRC 最初處理火災中反應堆佈線危險的方法會對一些反應堆運營商施加不可能的條件,例如,他們沒有實際方法重新安置內建線槽,以在佈線網路和備份之間建立更多隔離。他說,NRC 正在開發一種替代方法,以可承受的成本確保安全執行。

沃倫表示,佈線辯論表明,舊工廠必要的安全問題可能會受到損害,以保持工廠執行。“我指的是多年來相同的模式,他們將問題踢到後面,”他說。“這是一個破碎的監管系統。”

“NRC 對核反應堆許可執行 60 年非常有信心,”克萊因說。“NRC 不會以不合理的方式讓工廠 [超過 60 年] 繼續執行而損害安全性。”

EPRI 的威爾姆斯赫斯特說,佛蒙特揚基爭議“突顯了核電需要非常重視公眾認知和信任這一事實。“該行業必須提高自身的問責標準,並認真理解潛在的公眾認知問題。”

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