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隨著旨在更簡單、更安全的第三代反應堆緩慢地透過美國核管理委員會(NRC)的設計認證程式,核能的新時代正在形成。核能復興在很大程度上取決於新反應堆在安全性、經濟性、建設時間和壽命方面超越以往反應堆的能力。
在目前接受NRC審查的26項新反應堆申請中,有14項是關於西屋電氣公司的AP1000壓水反應堆。該反應堆的獨特之處在於其模組化設計和被動安全系統:它不是依靠操作員或電子反饋來在過熱時關閉反應堆,而是利用重力、對流和空氣迴圈的自然力。
根據西屋公司新工廠工程副總裁布魯斯·貝維拉誇的說法,在緊急情況下(根據機率風險評估,發生的機率為百萬分之二),工廠本身會對壓力、溫度和冷卻劑水平的變化做出反應。
如果一切按計劃進行,首批兩個AP1000反應堆將於2016年在佐治亞州伯克縣的沃格特勒工廠上線,這將是自20世紀70年代以來美國首個破土動工的核建設專案;第二個反應堆定於2017年上線。然而,AP1000是否會預示著核能的下一代發展仍有待觀察,特別是因為該反應堆已經進行了第18次設計修訂,並且一些關鍵的安全問題仍未解決。
第一個安全問題出現在四年前,關於反應堆安全殼結構的耐久性。該結構是核反應堆最外層的防禦層,可提供針對地震、颶風、龍捲風產生的飛行物和飛機碰撞等嚴重外部事件的保護。在AP1000的案例中,它還支撐著一個非常大的水箱(被動安全措施之一)。
美國核管理委員會發言人斯科特·伯內爾解釋說,“西屋公司在2002年初首次提交了AP1000設計,該設計在2006年獲得批准和認證,”他補充說,一年後,該公司修改了安全殼結構的設計以符合飛機撞擊設計標準。“雖然最初的設計使用了幾十年來使用的相同的鋼筋混凝土,但修改後的設計採用了一種更加預製的方法,即將混凝土夾在鋼板之間。”經過長時間的討論,美國核管理委員會表示,夾層模組方法無法承受嚴重的外部事件。
西屋公司回到了繪圖板。今年5月,該公司提交了一個更強大的安全殼結構設計,該設計在牆壁之間增加了鋼筋,加強了鋼複合牆和鋼筋混凝土墊之間的連線點,並改進了通風。
美國核管理委員會預計將於2011年9月左右完成整體設計認證審查。
最近出現了第二個安全問題。前核工業主管和Fairewinds Associates能源諮詢公司的首席工程師阿尼·岡德森站出來,指出他認為AP1000設計中可能存在的致命缺陷:混凝土安全殼結構與鋼製安全殼容器的分離。
通常,壓水反應堆的 containment systems(安全殼系統)由鋼筋混凝土圓頂組成,以防止核事故期間放射性煙霧逸出。在AP1000中,鋼製安全殼容器與安全殼結構之間存在空間,後者在其屋頂上有一個孔。由於AP1000的設計利用煙囪效應將安全殼容器外的空氣向上吸出(西屋公司設想的設計是使用自然迴圈來冷卻安全殼並防止生鏽),如果放射性空氣從鋼製容器中滲出,它將透過安全殼結構屋頂上的孔被引導到室外空氣中。
岡德森說:“我是否認為這是一個十分之一的事件?不。”“但我也認為這不是一個零機率事件。也許是千分之一,當您處理如此大的後果時,這非常重要。”
岡德森指出數十起安全殼洩漏事件作為證據。2009年,在賓夕法尼亞州的比弗谷核電站進行目視檢查時發現了一個洞。它穿透了安全殼的金屬襯裡。另一個是在同一年在佛羅里達州的水晶河核電站發現的18米長的分層(由層分離引起的裂縫)。
岡德森說,解決方案是在安全殼結構屋頂的孔中安裝過濾器,以捕獲任何可能從安全殼容器洩漏的蒸汽(如果發生洩漏)。此修改可能會延遲認證。
那麼,當其他四種下一代反應堆——經濟型簡化沸水反應堆、EPR(歐洲壓水反應堆)、美國先進壓水反應堆和先進沸水反應堆——正在進行相同的設計認證過程時,為什麼要選擇AP1000反應堆呢?“原因有很多,”運營沃格特勒工廠的南方公司工程經理道格·麥庫姆說。“可能最大的原因是我們在考慮我們需要額外發電能力的計劃以及各種設計的計劃,而AP1000是唯一能夠滿足我們需求的。”這意味著AP1000是唯一計劃及時獲得認證的反應堆。
6月18日,南方公司接受了美國能源部為沃格特勒雙反應堆提供的34億美元有條件貸款擔保,並繼續進行早期的現場建設。下一個可能的步驟是什麼?AP1000認證。
*更正(7/30/10):這句話在釋出後進行了編輯。它最初宣告核管理委員會是美國能源部的一部分。美國核管理委員會是總統任命的獨立委員會。