
2019年,美國核能發(fā)電量為8430億kWh伍愕,約占總發(fā)電量的19%嫁料。
美國在近30年內(nèi)幾乎沒有建造新反應(yīng)堆童擎,2020年后不久預(yù)計將有兩個新機(jī)組上線军含。自2007年年中以來熏尉,美國國內(nèi)申請了16個許可證随港,可建造24個新核反應(yīng)堆墙议。
美國幾乎所有的核電都來自1967年至1990年間建造的反應(yīng)堆。

從1977年到2013年溃登,美國一直沒有新的核電項(xiàng)目久挖。主要是因?yàn)槎嗄陙恚烊粴獍l(fā)電被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上更具吸引力犬捧,而且由于反對派經(jīng)常延長1970年代和1980年代的施工進(jìn)度歹对,再加上1979年三哩島核事故后對核安全擔(dān)憂的加劇,核電建設(shè)一直止步不前强重。
2007年绞呈,美國田納西河谷管理局(TVA)決定開始新核電機(jī)組建設(shè)。
2016年间景,美國國內(nèi)啟動了另一座壓水堆——瓦茨巴(Watts Bar)核電站2號機(jī)組佃声。
盡管30多年來新建工程幾乎停滯不前,但美國對核能的依賴卻在增長拱燃。
1980年秉溉,美國核電站發(fā)電量為251 TWh,占全國總發(fā)電量的11%碗誉。
2019年召嘶,核能發(fā)電量已增至809 TWh,占總電力的近20%,全球核能發(fā)電量的30%以上弄跌。
增長的大部分來自于1970年代末和1980年代上線的47座反應(yīng)堆甲喝,這些反應(yīng)堆在1977年之前全部獲準(zhǔn)建造,使美國的核能發(fā)電能力增加了一倍多铛只。
通過改進(jìn)現(xiàn)有核電廠的換料贵本、維護(hù)和安全系統(tǒng),美國核工業(yè)在電廠利用方面也取得了顯著的進(jìn)步尸校。
平均核電成本已從2012年的42美元/ MWh降至2019年的30美元/ MWh穴愕。
2、反應(yīng)堆壽命延長和管理

1974年替程,美國成立核管理委員會(NRC)渗蜀,負(fù)責(zé)核工業(yè)的管理,尤其是反應(yīng)堆撕陈、燃料循環(huán)設(shè)施历喊、材料和廢物(以及核材料的其他民用)。
2000年3月生凯,NRC采取了一項(xiàng)歷史性舉措法竭,將卡爾弗特克利夫斯(Calvert Cliffs)核電廠兩臺機(jī)組的運(yùn)行許可證再延長20年。
2019年3月啥葡,NRC更新了錫布魯克(Seabrook)核電廠的許可證蚣殴,將該機(jī)組的運(yùn)行時間延長了20年,至2050年容诬。
這使得美國更新許可證的核反應(yīng)堆數(shù)量達(dá)到94個娩梨,其中幾個已經(jīng)關(guān)閉沿腰。
因此览徒,幾乎所有的美國動力反應(yīng)堆都有可能獲得60年的運(yùn)行許可,業(yè)主承擔(dān)主要的基建工程颂龙,以在30-40年左右對其進(jìn)行升級习蓬。

執(zhí)照續(xù)期過程通常需要花費(fèi)1600萬至2500萬美元,此類續(xù)期的程序措嵌,包括公開會議和徹底的安全審查躲叼,程序手續(xù)都比較完善。
最初的40年期許可證企巢,基本是以20年為增量續(xù)期枫慷,因?yàn)?0年期更多的是用于資本攤銷,而不是暗示反應(yīng)堆的設(shè)計僅適用于該運(yùn)營壽命浪规。
這也是一項(xiàng)保守的措施或听,不過自那以來的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定并解決了限制電廠壽期的因素。
NRC目前正在考慮將經(jīng)營許可證延長60年至80年的申請笋婿,以及隨后的許可證續(xù)期(SLR)計劃誉裆。
截至2021年10月:

美國桃花谷核電站(圖源:網(wǎng)絡(luò))
批準(zhǔn)的反應(yīng)堆(運(yùn)營到80年):土耳其角(Turkey Point)核電站3&4號機(jī)組迈堂、桃花谷(Peach Bottom )核電站2&3號機(jī)組、薩里(Surry)核電站1&2號機(jī)組捶卧。

北安娜核電站(圖源:網(wǎng)絡(luò))
正在審查的反應(yīng)堆:北安娜(North Anna)核電站1&2號機(jī)組耀佣、波因特海灘(Point Beach)核電站1&2號機(jī)組、奧科尼(Oconee)核電站1, 2&3號機(jī)組疲飘。

布朗輪渡核電站(圖源:網(wǎng)絡(luò))
預(yù)計通過的反應(yīng)堆:布朗輪渡(Browns Ferry)核電站1, 2&3號機(jī)組钳雄、不倫瑞克(Brunswick)核電站1&2號機(jī)組、卡拉威(Callaway)核電站1號機(jī)組婴悠、卡托芭(Catawba)核電站1&2號機(jī)組逃缔、H.B羅賓遜(H.B.Robinson)核電站2號機(jī)組、麥克奎爾(McGuire)核電站1&2號機(jī)組眨柑、哈里斯(Harris)核電站1號機(jī)組泄廓、圣盧西(St.Lucie)核電站1&2號機(jī)組。
2020年10月坪腔,杜克能源表示权浸,他們打算為其所有的11座反應(yīng)堆尋求第二次20年的續(xù)期更新。
許可證延長至60年及以上意味著吏口,可以進(jìn)行重大的中年翻新奄容,例如更換蒸汽發(fā)生器以及升級儀表和控制系統(tǒng)。
電廠主動部件(如泵和閥門)的可操作性受到持續(xù)審查产徊,需要評估被動部件是否老化昂勒,這些老化可能會削弱它們的使用功能。
美國能源部(DOE)舟铜、電力研究所(EPRI)和美國機(jī)械工程師學(xué)會(ASME)都有針對這一問題的研發(fā)計劃戈盈。

NRC的反應(yīng)堆監(jiān)督和評估過程產(chǎn)生了19個關(guān)鍵領(lǐng)域(14個電廠安全指標(biāo)、兩個輻射安全指標(biāo)和三個安全指標(biāo))電廠績效的公開信息谆刨。
每季度在NRC網(wǎng)站上報告每個指標(biāo)的績效塘娶,根據(jù)其是否正常、是否受到監(jiān)管監(jiān)督痊夭、是否引發(fā)監(jiān)管行動或是否不可接受(在這種情況下刁岸,工廠可能會被關(guān)閉)。
在工業(yè)方面她我,1979年三里島事故后成立了核電運(yùn)行研究所(INPO)虹曙,以建立性能標(biāo)準(zhǔn),定期對單個電廠進(jìn)行測量番舆。通常每18至24個月對每個成員工廠進(jìn)行一次檢查露您。
2011年3月,日本福島核電站發(fā)生事故后,外部認(rèn)識到蒿缎,反應(yīng)堆被淹沒铃踪,急救行動不足很容易加劇事故,對此菠告,美國核工業(yè)制定了“靈活(FLEX)”事故應(yīng)對戰(zhàn)略漏碰。在全國擁有61個中心和2個國家中心,共同提供在24小時內(nèi)應(yīng)對全國任何地方核電站事故的能力蚜冀。
3肯铣、核工業(yè)發(fā)展

揚(yáng)基·羅核電站(圖源:網(wǎng)絡(luò))
美國是核電發(fā)展的先驅(qū)。
美國西屋公司設(shè)計了第一個完全商業(yè)化的壓水堆——揚(yáng)基·羅(Yankee Rowe)逞扰,這是一個容量為250 MWe的機(jī)組诉鸯,于1960年啟動,1992年運(yùn)行唾浙。
與此同時躬挺,阿貢國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了沸水反應(yīng)堆——德累斯頓(Dresden)1號機(jī)組,也是通用電氣設(shè)計的第一座商業(yè)工廠(250 MWe)蛮放,于1960年啟動缩抡。
1957年至1963年,沸水原型堆Vallecitos運(yùn)行包颁。
到20世紀(jì)60年代末瞻想,美國開發(fā)容量超過1000 MWe的壓水堆和沸水堆反應(yīng)堆機(jī)組,一項(xiàng)重大建設(shè)項(xiàng)目正在進(jìn)行中娩嚼。
實(shí)際上蘑险,這些仍然是美國商業(yè)化建造的唯一類型。

1979年三里島事故后岳悟,美國的核開發(fā)遭受了重大挫折佃迄,這實(shí)際上也驗(yàn)證了西方反應(yīng)堆非常保守的設(shè)計原則,在事故中沒有人受傷或暴露于有害輻射竿音。
不過和屎,還是有許多訂單和項(xiàng)目被取消或暫停拴驮,核建筑行業(yè)陷入了20年的低迷春瞬。
然而,到1990年守犯,已有100多個商業(yè)動力反應(yīng)堆投入使用费犯。其中大多數(shù)是由受監(jiān)管的公用事業(yè)公司建設(shè)的,這些公用事業(yè)公司通常以國家為基礎(chǔ)飘示,這意味著它們將資本成本(例如绷冈,延遲之后的資本成本)納入其費(fèi)率基礎(chǔ),并將其與電力銷售進(jìn)行攤銷。
他們的消費(fèi)者承擔(dān)風(fēng)險并支付資本成本帐等。隨著一些州放松電力管制国赫,股東承擔(dān)任何資本超支的風(fēng)險,電力被出售到競爭激烈的市場颤赤。
從操作上看勉窟,從20世紀(jì)70年代起,美國核工業(yè)極大地提高了其安全性和操作性能暑锈,到本世紀(jì)初糊批,它已躋身于世界領(lǐng)先行列,平均凈容量因數(shù)超過90%哀卿。
能夠取得這一成績叛赚,主要由于隨著1992年《能源政策法案》的通過,美國工業(yè)繼續(xù)放松管制稽揭。
1998年后俺附,變化加速,包括影響核電廠所有權(quán)和管理的兼并和收購溪掀。
4昙读、設(shè)計認(rèn)證

為提高美國發(fā)電能力,美國政府和工業(yè)界密切合作膨桥,為先進(jìn)的三代反應(yīng)堆進(jìn)行設(shè)計認(rèn)證蛮浑。
核管理委員會(NRC)的設(shè)計認(rèn)證表示,在徹底檢查是否符合安全要求后只嚣,可以在美國的任何地方建造通用類型的反應(yīng)堆(如西屋AP1000)沮稚。通過現(xiàn)場特定許可程序并獲得施工和運(yùn)行許可證,然后才能開始施工册舞,15年后需要更新設(shè)計認(rèn)證蕴掏。
目前獲得美國設(shè)計認(rèn)證設(shè)計包括:

西屋AP1000,第一個獲得認(rèn)證的三代+反應(yīng)堆调鲸。這是之前認(rèn)證的西屋AP600的放大版盛杰,采用模塊化設(shè)計,將施工時間縮短至36個月称痊。四個在中國運(yùn)營贼欧,兩個在美國建造。

GE日立1300-1500 MWe先進(jìn)沸水反應(yīng)堆(ABWR)缸日。日本目前有多個ABWR正在運(yùn)營和建造中勤友。東芝參與了一些項(xiàng)目建設(shè),最近東芝在美國大力推廣了該設(shè)計绝话。
東芝和GE日立版本都需要從2012年起更新其設(shè)計認(rèn)證李联。東芝于2016年年中撤銷了其設(shè)計認(rèn)證續(xù)期申請页本。

GE日立的經(jīng)濟(jì)型簡化沸水反應(yīng)堆(ESBWR),總功率1600 MWe睬够,具有被動安全功能壮才,由ABWR開發(fā)。
GE日立于2005年8月提交了申請枯瞒,2011年3月通知了設(shè)計批準(zhǔn)俱竭,2014年9月進(jìn)行了設(shè)計認(rèn)證。
2015年5月车份,費(fèi)米(Fermi )核電站3號機(jī)組獲得了第一個施工和運(yùn)營許可證(COL)谋减,2017年6月,北安娜核電站3號機(jī)組獲得了第二個施工和運(yùn)營許可證扫沼。

韓國新古里核電站(圖源:網(wǎng)絡(luò))
韓國APR-1400反應(yīng)堆出爹,自2016年起在韓國運(yùn)行,自2020年起在阿拉伯聯(lián)合酋長國運(yùn)行缎除。2013年10月严就,韓國水電和核電公司向NRC提交了設(shè)計認(rèn)證申請,2015年3月器罐,NRC接受了修改后的申請梢为。最終安全報告于2018年9月發(fā)布,2019年5月獲得設(shè)計認(rèn)證轰坊。

NuScale多用途小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)示范裝置铸董,該反應(yīng)堆為愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室計劃的60 MWe整體式壓水堆。根據(jù)西方核倡議肴沫,預(yù)計隨后將在西方各州部署12個模塊發(fā)電廠粟害。
2017年,NRC接受了NuScale的設(shè)計認(rèn)證申請明因。2020年8月脏貌,NuScale完成了NRC設(shè)計認(rèn)證的第六個也是最后一個階段,9月扭皿,NRC發(fā)布了50 MWe版本的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計批準(zhǔn)站绑,這是第一個獲得該認(rèn)證的SMR。
2013年澄锉,NuScale獲得了能源部高達(dá)2.26億美元的設(shè)計支持季佣,并于2017年9月申請了第二部分貸款擔(dān)保。該公司正在尋求對77 MWe版本的單獨(dú)批準(zhǔn)截抄。
預(yù)計將接受美國設(shè)計認(rèn)證的反應(yīng)堆設(shè)計:

Rosatom表示刘纸,俄羅斯VVER-1200反應(yīng)堆目前正在俄羅斯新沃羅涅日(Novovoronezh)核電站2號機(jī)組和列寧格勒(Leningrad)核電站2號機(jī)組運(yùn)行,可能會通過俄羅斯原子能海外公司提交給美國設(shè)計認(rèn)證掰弯。
以前接受美國設(shè)計認(rèn)證的反應(yīng)堆:

中國臺山核電一期工程(圖源:網(wǎng)絡(luò))
美國進(jìn)化動力反應(yīng)堆(US EPR)侈滚,是阿海琺EPR的改版窍颗,使歐洲設(shè)計與美國電力頻率一致坞角。該類型主要發(fā)展是通過了UniStar核能認(rèn)證。
該申請于2007年12月提交吸占,設(shè)計認(rèn)證規(guī)則預(yù)計在2015年年中之后晴叨,由于數(shù)字儀表和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性而延遲。阿悍停琺隨后推遲了NRC時間表兼蕊,并于2015年3月無限期暫停了申請。
1600 MWe的EPR在芬蘭件蚕、法國孙技、英國有項(xiàng)目正在建造中,中國臺山核電站已經(jīng)開始運(yùn)行排作。

US-APWR設(shè)計(圖源:網(wǎng)絡(luò))
三菱US-APWR-1700設(shè)計牵啦,是從日本敦賀計劃的1538 MWe反應(yīng)堆設(shè)計發(fā)展而來。該申請于2007年12月提交妄痪,認(rèn)證預(yù)計于2016年2月完成哈雏,但三菱將NRC的時間表推遲了“幾年”。2014年10月衫生,幾乎相同的EU-APWR獲得了歐洲認(rèn)證裳瘪。三菱公司為科曼奇峰項(xiàng)目提出了兩個US-APWR反應(yīng)堆,但三菱公司已退出該項(xiàng)目诵执。
一些小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)設(shè)計正在向NRC申請設(shè)計認(rèn)證或施工許可證和運(yùn)行許可證:

BWRX-300(圖源:網(wǎng)絡(luò))
GE日立核能于2019年12月向NRC提交了BWRX-300的許可申請文件圣治。該公司表示,該設(shè)計“利用了經(jīng)NRC認(rèn)證的ESBWR的設(shè)計和許可基礎(chǔ)”敏袄,并且“代表了通用電氣自1955年開始開發(fā)核反應(yīng)堆以來最簡單但最具創(chuàng)新性的BWR設(shè)計”

Holtec SMR-160 PWR示范機(jī)組(圖源:網(wǎng)絡(luò))
Holtec國際公司于2020年11月宣布辙紧,已開始與NRC進(jìn)行許可程序。在DOE的支持下坚为,提議在薩凡納河現(xiàn)場建設(shè)一座160 MWe Holtec SMR-160 PWR示范機(jī)組(帶外部蒸汽發(fā)生器)苟可,并可能申請施工許可證,或在加拿大申請類似許可證尿绕。
2016年9月想阎,三菱電力產(chǎn)品公司及其日本母公司成為該項(xiàng)目的合作伙伴,負(fù)責(zé)儀控設(shè)計并協(xié)助許可唧整。2017年瓤梦,SNC Lavalin加入該項(xiàng)目。南卡羅來納州和紐胡布州也支持這一提議啊沟。

南卡羅來納州電氣與天然氣公司正在評估X-能源的Xe-100球床SMR(50 MWe辙使,一種高溫氣冷反應(yīng)堆)作瞄。

極光核電站概念圖(圖源:網(wǎng)絡(luò))
自2016年開始進(jìn)行申請前談判后,奧克洛公司(Oklo Inc)于2020年3月提交了其1.5 MWe熱管微反應(yīng)堆的COL申請危纫,但并未首先尋求其設(shè)計認(rèn)證宗挥。
NRC于2020年6月接受了該申請。奧克洛公司計劃在愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室的一個場地建造第一個極光(Aurora)核電站种蝶,DOE已經(jīng)為其頒發(fā)了場地使用許可證契耿。
2014年2月,NRC表示螃征,假設(shè)小型反應(yīng)堆為輕水反應(yīng)堆(PWR或BWR)搪桂,其授予設(shè)計認(rèn)證的最樂觀方案為41個月。