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專題:美國核電工業(yè)簡介(一)

來源: UIC簡報(bào)、NEI 發(fā)布日期:2008-05-09

 

       è 目前美國已有超過100座核反應(yīng)堆,發(fā)電量所占份額近20%,均擁有較好的運(yùn)行實(shí)績水平;

        è 隨著管制解除,這些核反應(yīng)堆的所有權(quán)和運(yùn)行正逐步集中;

        è 反應(yīng)堆壽期從40年延展至60年,增強(qiáng)了核電站的經(jīng)濟(jì)競爭力;

        è 預(yù)計(jì)到2020年會(huì)有新增核電裝機(jī)容量,目前已有向管制機(jī)構(gòu)提出的申請,為新的核電訂單鋪平道路。

        1、背景:

        美國是進(jìn)行核電開發(fā)的先驅(qū)。西屋公司設(shè)計(jì)了第一座全面商業(yè)化的壓水堆(PWR)——發(fā)電功率為250MWe的揚(yáng)基·羅(Yankee Rowe)核電站,1960年投運(yùn),1992年退役。同時(shí),阿貢(Argonne)國家實(shí)驗(yàn)室還開發(fā)出沸水堆(BWR),由通用電氣設(shè)計(jì)的首座商業(yè)化BWR電站——發(fā)電功率為250MWe的德累斯頓1號(Dresden-1),于1960年投入運(yùn)營。   

        BWR原型堆——Vallecitos,運(yùn)行期為1957~1963年。

        到1960年代末,PWR和BWR核電機(jī)組的定單已經(jīng)超過1000MWe,同時(shí)在建的規(guī)模也很大。這一時(shí)期,除了1976~1989年運(yùn)行的300MWe高溫氣冷堆——圣符侖堡(Fort St Vrain)以外,美國建造的商業(yè)化核電站都是這一等級的PWR和BWR堆型。美國的核電發(fā)展在1979年三里島(Three Mile Island)事故之后經(jīng)歷了比較大的倒退,盡管這一事故實(shí)際上驗(yàn)證了西方國家核反應(yīng)堆的非常保守的設(shè)計(jì)原則,并且無人在事故中受到傷害或是受到有害輻射照射。事故發(fā)生后,許多定單和項(xiàng)目被取消或擱置,核電建設(shè)行業(yè)也隨之進(jìn)入了長達(dá)20年的低潮期。盡管如此,到1990年有超過100座商業(yè)化動(dòng)力堆投入運(yùn)行。

        1970年代以來,美國核工業(yè)在實(shí)踐中顯著地提高了核電站安全性和運(yùn)行實(shí)績,并且本世紀(jì)初以來,一直處于全球領(lǐng)先行列,平均功率因子(凈)在90%以上,并且所有安全性指標(biāo)都高于目標(biāo)值。2005年,美國核發(fā)電量為7810億kWh,幾近總發(fā)電量的20%。

        這一實(shí)績的實(shí)現(xiàn)是伴隨著1992年美國通過了《能源政策法》開始對美國核工業(yè)逐步解除管制而來的。1998年以后,這一進(jìn)程加快,包括有對核電站所有權(quán)和管理產(chǎn)生影響的合并、收購等活動(dòng)。美國核工業(yè)由此也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

        今天,美國核電在地緣政治方面和經(jīng)濟(jì)性方面有同等的重要意義,它使美國降低了對進(jìn)口石油和天然氣的依賴程度。核電的運(yùn)營成本——2006年為1.66美分/千瓦時(shí),略低于煤電成本,并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然氣發(fā)電。

        1992~2005年間,美國新建了約270000MWe的天然氣發(fā)電廠,同期只新增了14000MWe的核電和燃煤電站。美國70%的電力來自煤電和核電,并因此保證了電力價(jià)格的穩(wěn)定。隨著對于燃煤發(fā)電和核能發(fā)電技術(shù)的投資幾近于零,日益增長的電力需求轉(zhuǎn)向燃?xì)獍l(fā)電,電力價(jià)格也因此翻了兩番,迫使大型工業(yè)用戶海外發(fā)展,同時(shí)燃?xì)怆妰r(jià)格被推高到了10美分/千瓦時(shí)。

        投資主要集中在燃?xì)怆娬镜脑蛟谟谕顿Y風(fēng)險(xiǎn)最低。資金密集型的新型煤電和核電技術(shù)在投資方面確實(shí)存在一些不確定的風(fēng)險(xiǎn)。美國1/3的發(fā)電裝機(jī)服役超過30年,在輸電基礎(chǔ)設(shè)施方面也需要大的投資。華盛頓認(rèn)識(shí)到由此造成的能源投資危機(jī),民主黨和共和黨也越來越一致地認(rèn)識(shí)到核電在能源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略重要性和大氣環(huán)保效益。

        因此,2005年的《能源政策法》極大地鼓勵(lì)對包括核電在內(nèi)的電力基礎(chǔ)設(shè)施的投資。新堆建設(shè)預(yù)計(jì)2010年左右開始,2014年投入運(yùn)行。

        2007年2月,美國電力研究所(EPRI)報(bào)告顯示,到2030年美國對新增核發(fā)電裝機(jī)容量的需求為64GWe,核發(fā)電量約占25.5%的份額,其中2020年核電裝機(jī)需求為24GWe。

        經(jīng)過了20年的持續(xù)下降之后,美國政府對核能研發(fā)資金投入正逐步恢復(fù),目標(biāo)是重新確立美國在全球核技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。1997年美國核裂變研發(fā)費(fèi)用為3700萬美元,低于法國、韓國、加拿大,僅占美國能源研發(fā)費(fèi)用的2%,與日本68%(25.37億美元)的預(yù)算比例相比就更顯可憐。1999年的預(yù)算中,局面反轉(zhuǎn),安排了一系列的研發(fā)計(jì)劃,包括旗幟項(xiàng)目——核能研究計(jì)劃(NERI)和核電站優(yōu)化計(jì)劃。隨著1998年成功完成先進(jìn)堆計(jì)劃之后,1999年美國政府為首批45個(gè)NERI提供資金支持,標(biāo)志著聯(lián)邦政府在核能研究方面重新發(fā)揮主導(dǎo)作用。

        2008年財(cái)政年度(2007年10月起算),美國能源部對核能計(jì)劃的資金需求為8.75億美元。其中,為關(guān)閉燃料循環(huán)、支持“全球核能伙伴計(jì)劃”而進(jìn)行的先進(jìn)燃料循環(huán)計(jì)劃將獲得3.95美元資金,第四代反應(yīng)堆技術(shù)的研發(fā)將獲得3600萬美元資金(主要用于超高溫堆研發(fā))。2010年核電規(guī)劃目標(biāo)是先期部署先進(jìn)堆,為此安排了1.14億美元資金。

        2、核電裝機(jī)容量

        當(dāng)前美國共有104座獲得全面許可的核電反應(yīng)堆,其中103座在運(yùn)行,布朗斯費(fèi)里1號(1065MWe,BWR)于1985年關(guān)閉,重新投運(yùn)工作按計(jì)劃將于2007年內(nèi)完成。還有4座部分建造,并擁有有效的建設(shè)許可證。這些都是PWR或BWR,統(tǒng)稱輕水反應(yīng)堆(LWR)。

        1991年底(能源政策法通過以前),美國“可運(yùn)營”核電裝機(jī)容量共計(jì)97135MWe,2004年3月,核電裝機(jī)容量為97452MWe。容量的增加來源于:

        è 減少5709MWe——8座反應(yīng)堆永久性關(guān)閉;

        è 凈增3810MWe——額定功率變更;

        è 增加2315MWe——2座新堆投運(yùn),科曼奇峰2號、瓦茨巴1號。

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn),核電站必須實(shí)現(xiàn)總的發(fā)電成本低于2美分/千瓦時(shí),在解除管制的市場環(huán)境下才具備有效的競爭力。關(guān)閉的8座堆中,僅有一座的發(fā)電成本低于2美分。

        1991~2003年期間實(shí)現(xiàn)的3724MWe凈增長,是眾多反應(yīng)堆的額定功率增加和19座堆額定功率降低相抵之結(jié)果。

        截至2006年8月,有超過110項(xiàng)功率升級得到批準(zhǔn),總計(jì)4845MWe。同時(shí),還有幾項(xiàng)功率升級正接受美國核監(jiān)管委員會(huì)(NRC)的審核,預(yù)計(jì)到2011年前,還會(huì)有約1690MWe的功率升級申請。

        3、增加的核電站利用

        過去20年美國核電行業(yè)取得的顯著成績是,維護(hù)水平提高帶來運(yùn)行效率的增長,由此使得核電站的功率負(fù)荷因子(實(shí)際輸出占銘牌滿功率的比例)大幅度提高。1980年,全美的平均負(fù)荷因子為54%,1991年達(dá)到68%,2001年已升至90.7%。2001年,Exelon電力公司17座反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)了高達(dá)94.4%的負(fù)荷因子。

        成績的取得,主要在于停堆換料周期的縮短,1990年平均為107天,2000年已縮短到40天。現(xiàn)在的記錄是15天。

        1991年以來,核發(fā)電量從6490億千瓦時(shí)增長到7800億千瓦時(shí)。此外,平均熱效率也從1990年的32.40%提高到1999年的33.85%。

        4、所有權(quán)集中

        1991年底,總計(jì)有101個(gè)實(shí)體擁有在運(yùn)行核電站的所有者權(quán)益(包括參股)。到1999年底,這一數(shù)目減少到87個(gè),其中最大的12個(gè)擁有54%的核電裝機(jī)容量,這一比例較1991年略有上升。隨著一些州電力市場自由化改革推進(jìn),美國在2000~2001年掀起了一陣合并與收購熱潮,到2005年底,核電站所有者權(quán)益享有者已減少到27個(gè),其中前10個(gè)擁有68%的核電裝機(jī)容量。電力公司正尋求清償或注銷債務(wù),以期未來的費(fèi)用大部分以現(xiàn)金形式實(shí)現(xiàn)。

        盡管如此,新的投資僅發(fā)生在那些依賴市場確定電力價(jià)格的州。在仍采用傳統(tǒng)的成本附加定價(jià)原則的州,則沒有電站的買賣行為發(fā)生。

        生產(chǎn)成本降低帶來更高的利潤空間潛力,因此,收購行為偏向于高電費(fèi)的地區(qū)。2000年中期收購行為涉及到的5900MWe核電裝機(jī)容量中,一半是1998年的生產(chǎn)成本高于2美分/千瓦時(shí)。賣方主要考慮是,成本較高的核電站是或有債務(wù),希望通過損失少量帳面價(jià)值來去除風(fēng)險(xiǎn);而規(guī)模較大的買方考慮通過核電站降低生產(chǎn)成本的能力來確定收購,以增加自己的資產(chǎn)規(guī)模。

        5、其他合理化實(shí)踐

        (1)企業(yè)合并:

        所有權(quán)集中涉及的絕大部分核電裝機(jī)容量都與合并有關(guān)。

        美國兩個(gè)最大的核電裝機(jī)所有者,Unicom公司和PECO能源公司通過價(jià)值320億美元的合并,形成了Exelon集團(tuán),擁有14座反應(yīng)堆,加上AmerGen的3座,總數(shù)達(dá)到17座。

        加利福尼亞電力與照明公司和弗羅里達(dá)Progress集團(tuán)的合并,涉及4個(gè)廠址上的5座反應(yīng)堆。這一合并行為于2000年11月解決了其最后的政府監(jiān)管方面的障礙。

        GPU和第一能源公司(FirstEnergy)的合并,價(jià)值85億美元,涉及4座反應(yīng)堆,于2001年11月得到批準(zhǔn)。

        2004年,PSEG和Exelon同意合并,Exelon于2005年1月接收了PSEG的3座反應(yīng)堆(塞勒姆1、2號,霍普河)的管理。但在2006年,新澤西州監(jiān)管機(jī)構(gòu)拒絕許可這一合并行為,僅讓Exelon負(fù)責(zé)這3座堆的管理。因監(jiān)管機(jī)構(gòu)正考慮所有權(quán)的部分合理化,所以Exelon將繼續(xù)運(yùn)營這3座堆。

        2005年,F(xiàn)PL和星座能源集團(tuán)(Constellation Energy)同意合并(保留后者的企業(yè)名稱),將位于7個(gè)廠址上的11座反應(yīng)堆(超過8200MWe)集中管理。但是10個(gè)月后,這一合并由于馬里蘭州監(jiān)管當(dāng)局的阻撓而取消。

        (2)管理合同:

        核管理公司(NMC),是1999年由中西部4家電力公司出資組建的合資企業(yè),經(jīng)美國核管會(huì)批準(zhǔn)成為一家專業(yè)的核運(yùn)營公司。NMC承擔(dān)了6個(gè)廠址8臺(tái)核電機(jī)組(4500MWe)的運(yùn)行、燃料采購、維護(hù)工作,機(jī)組的所有權(quán)仍歸這些電力公司。這些電力公司負(fù)責(zé)乏燃料和退役。隨著企業(yè)合并活動(dòng)的進(jìn)行,NMC的主要?jiǎng)右蛟谟诮档统杀竞土鞒袒僮鳌?/P>

        2003年9月,Entergy集團(tuán)的核電公司簽署協(xié)議,承擔(dān)了內(nèi)布拉斯加州的庫珀核電站的管理,這是一座800MWe沸水堆,運(yùn)行記錄不佳。根據(jù)協(xié)議,Entergy收取一定費(fèi)用,如果安全性和運(yùn)營業(yè)績提高,最多可獲取50%以上的激勵(lì)性支付。這一收入將用于償付與全體雇員有關(guān)的費(fèi)用支出。內(nèi)布拉斯加州公用電力區(qū)仍保持該電站的所有權(quán),是該電站的惟一的運(yùn)營商和許可證人,回購全部電量。Entergy是美國第二大核運(yùn)營商,將此種交易安排看作潛在的增長區(qū)域。

        6、所有權(quán)集中的前途

        所有權(quán)集中,看上去是在電力市場解除管制的地方如火如荼的進(jìn)行。最近的交易均以高價(jià)成交,其他的電力公司預(yù)計(jì)要采取拍賣方式。

        由于拍賣,和更多的買方引起競爭加劇,使得價(jià)格在初期的幾筆交易之后被大幅度地推高。1998年中期以來,已有10年以上堆齡的核電站的成交價(jià)格,增長了10倍以上。

        2000年和2001年,1/3的美國核電裝機(jī)容量通過合并、收購和聯(lián)盟實(shí)現(xiàn)集中。還有更多的將要進(jìn)行。1990~2004年,核電運(yùn)行組織的數(shù)目減半,最終可能只會(huì)剩下10~12家核電運(yùn)營商。

        相伴而來的是,1990~2005年,以核電為主業(yè)的電力公司的股票市值增長了107%,高于其他電力公司的增長速度。

        7、監(jiān)管和許可證展期

        美國核監(jiān)管委員會(huì)(NRC)是一家成立于1974年的政府機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)核工業(yè)的監(jiān)管,主要關(guān)注反應(yīng)堆、燃料循環(huán)設(shè)施、核材料和廢物(以及核材料的其他民用),重點(diǎn)是在安全方面。

        2000年3月,NRC出臺(tái)一項(xiàng)歷史性舉措,更新了卡爾弗特懸?guī)r核電站(2×825MWe,PWR)的運(yùn)行許可證,展期20年。向NRC提交的申請,和對這些更新/展期的審查程序,以及公眾會(huì)議和全面的安全評審,是十分詳盡的。1970年代的核電站,運(yùn)行許可證的有效期是40年,到2020年以前都將到期,而20年的展期意味著,諸如更換蒸汽發(fā)生器等的任何重大更新改造工作都可以放心進(jìn)行了。

        截至2007年1月,NRC更新了48座反應(yīng)堆的運(yùn)行許可證,幾近全美的一半。NRC正在審查其他的許可證更新/展期申請,預(yù)計(jì)最終103座在運(yùn)行反應(yīng)堆中有85座能夠獲得展期批準(zhǔn)。

        NRC對這些核電站有一套新的監(jiān)督和評估程序。在界定了確保安全性的所需要審查的內(nèi)容之后,現(xiàn)在NRC有一套結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的程序來實(shí)現(xiàn),以之替代與安全性關(guān)系不大的復(fù)雜且費(fèi)力的步驟。通過新的監(jiān)督與評估程序,將得到核電站19個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的運(yùn)行實(shí)績信息,這些信息是可以公開獲取的,包括14個(gè)電站安全性指標(biāo)、2個(gè)輻射安全指標(biāo)、3個(gè)保安指標(biāo)。這些指標(biāo)的運(yùn)行實(shí)績,將根據(jù)正常與否,每季度在NRC網(wǎng)站上公布,以引起監(jiān)管部門的監(jiān)督,促使監(jiān)管機(jī)構(gòu)實(shí)施監(jiān)管行為,或確定為不可接受(這種情況下,核電站就可能被要求關(guān)閉。)

       1979年三里島事故以后,業(yè)界組建了核電運(yùn)行研究所(INPO)。眾多核電領(lǐng)導(dǎo)者都已認(rèn)識(shí)到,核工業(yè)必須在自我監(jiān)督上做得更好,才能確保不再發(fā)生類似的事件。組建INPO的目的是制定運(yùn)行實(shí)績的標(biāo)準(zhǔn),任何一個(gè)核電站都可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合規(guī)性測量。一般來說,成員電站每18~24個(gè)月接受一次審查。

(待續(xù))

        來源:UIC簡報(bào)、NEI

        編譯:劉軍韜

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