说到核能,“先进”并不总是更好

2021年6月14日|下午3:49
乔治亚州的权力
艾略特Negin
资深作家

核能支持者长期以来都倾向于一厢情愿。早在1954年,原子能委员会主席刘易斯·施特劳斯就有过著名的言论预测核能发电最终会变得“便宜到无法计量”。今天,核能是最重要的能源之一最昂贵的电的形式。

施特劳斯在委员会的继任者,诺贝尔奖得主格伦·西博格,预计1971年,到2000年,核能将为世界提供几乎全部的电力。今天,核能在全球电力中的份额仅为10%.在美国,它生产大约20%美国约三分之一的老化反应堆正艰难地与更廉价的电力资源竞争。

即便如此,人们对扩大核能在应对气候变化方面的作用越来越感兴趣。作为一种低碳能源,它比天然气和煤炭有明显的优势。但是,除了建造成本极高之外,传统反应堆——被称为轻水反应堆,因为它们使用普通的水来冷却放射性核心——还受到严重的安全问题的困扰,并产生放射性废物,这些废物必须被隔离数十万年。

进入“先进”反应堆设计

一些核能开发人员并不气馁,现在正在推广他们所谓的“先进”反应堆设计作为解决方案。与轻水反应堆不同,这些非轻水反应堆的设计依赖于水以外的材料来冷却,包括液态钠、氦和熔盐。一些开发人员认为,这些仍处于概念阶段的反应堆将解决困扰轻水反应堆的所有问题,并在2020年之前投入使用。

廉价、安全、可靠的核反应堆即将问世,这一警笛声吸引了拜登政府官员和国会一些关键成员的注意,他们正在寻找任何遏制碳排放的方法。但是,所谓的先进反应堆仅仅是核一厢情愿的最新版本吗?忧思科学家联盟(UCS)对正在开188金宝博发的非轻水反应堆概念的全面分析表明,情况确实如此。这份长达140页的报告发表于3月中旬,报告发现,这些设计并不比目前运行的轻水反应堆更好——在某些方面还差得多。

安全、保障和可持续性

这份报告,高级”并不总是更好,评估了三种主要类型的非轻水反应堆的优缺点:钠冷却快堆、高温气冷堆和熔盐燃料反应堆。它根据三大标准对每种类型进行评估:安全性;核扩散和恐怖主义风险;可持续性,指的是它们利用铀的效率,以及它们产生的长寿命核废料的数量。

“如果核能要在应对气候变化方面发挥更大的作用,新的反应堆设计就必须更安全、更可靠,并具有相当的或更好的性能较低的报告作者埃德温·莱曼博士说,他是UCS的物理学家和核能安全主任。“尽管外界对它们大肆宣传,但我们审查的非轻水反应堆没有一个符合所有这些要求。”

截至今年5月底,美国的核电机组由93座轻水反应堆组成,比2003年减少了11座。该行业的衰退是由许多因素造成的,尤其是基础设施老化,以及无法与天然气以及风能和太阳能竞争,后者目前是最主要的能源最便宜的电力来源在世界上大多数国家。

为了阻止其衰退,美国核工业在21世纪初推动了“复兴”,2005年,国会为新的核反应堆提供了近200亿美元的联邦贷款担保。核电行业数百万美元的公关活动只带来了两个新的西屋AP1000轻水反应堆(上图的前景),这两个反应堆仍在乔治亚州建设中,每个造价高达140亿美元——是预计成本的两倍——而且完工时间比预计的两倍还多。

考虑到建造标准尺寸(1000兆瓦)轻水反应堆的困难,该行业已经转向了另外两种策略,试图获得更大的市场份额:一是小型模块化轻水反应堆,由于规模经济,这种反应堆产生的电力比传统反应堆更昂贵;还有非轻水反应堆,这些反应堆主要是基于50多年前未经验证的概念。

过高的要求

UCS的报告仔细研究了开发人员关于这些非轻水设计的未经证实的声明。在几乎没有确凿证据的情况下,许多开发商坚持认为,它们将比目前运行的反应堆更便宜、更安全、更有保障;将更有效地燃烧铀燃料,产生更少的放射性废物,并降低核扩散的风险;可能很快就会商业化。

其中一个反应堆,TerraPower的345兆瓦钠冷钠快堆,今年早些时候受到了媒体的广泛关注,当时TerraPower创始人比尔·盖茨在接受采访时吹捧了他的新书,如何避免气候灾难.二月中旬,盖茨告诉哥伦比亚广播公司的60分钟钠反应堆将产生更少的核废料,比传统的轻水反应堆更安全、更便宜。

泰拉能源公司创始人比尔·盖茨在接受《纽约时报》采访时,对该公司的钠反应堆做出了未经证实的声明CBS 60分钟记者安德森·库珀。(哥伦比亚广播公司)

事实上,根据UCS的报告,钠冷却快堆可能会降低铀的效率,也不会减少需要长期隔离的废物量。它们还可能遇到轻水反应堆不存在的安全问题。例如,钠冷却剂暴露在空气或水中时可能会燃烧,而钠的设计可能会出现不可控的功率增加,导致堆芯快速熔化。

莱曼说:“在安全和保障方面,钠冷却快堆和熔盐燃料反应堆明显不如传统的轻水反应堆。”“高温气冷堆可能更安全,但这仍未得到证实,而且在最近的燃料安全测试中出现了问题。”

快速反应堆还有另一个主要缺点。报告指出:“从历史上看,快反应堆需要以钚或(高浓缩铀)为基础的燃料,这两种燃料都可以轻易用于核武器,因此会带来不可接受的核扩散和核恐怖主义风险。”包括“钠”反应堆在内的一些快堆最初将使用一种低浓缩铀燃料,称为“高含量低浓缩铀”,这种燃料的扩散风险比高浓缩铀低得多,但对寻求核武器的恐怖分子来说,它比目前轻水反应堆使用的低得多的燃料更具吸引力。

不切实际的时间表

时机也是一个问题。一些开发商声称,他们可以在短短六年内展示、许可和商业规模部署他们的非轻水反应堆,使他们能够在短期内解决气候危机。例如,去年秋天,美国能源部(DOE)授予泰拉能源公司(TerraPower)和X-Energy公司高温气冷“球床”反应堆的开发商,每人8000万美元到2027年开始运营首个商业单元。6月,TerraPower宣布它将把示范反应堆建在怀俄明州。与此同时,X-Energy极有可能会定位位于华盛顿州哥伦比亚发电站的示范工厂。

在六年内从概念到商业单位?西屋电气(Westinghouse)新的AP1000轻水反应堆提供了一个警示。经过30多年的研发和建设,中国才建成首台,并于2018年开始发电。根据UCS的报告,如果联邦监管机构要求进行必要的安全演示,可能需要至少20年的时间,以及数十亿美元的额外成本,才能将非轻水反应堆、相关的燃料循环设施和其他相关基础设施商业化。

莱曼说:“目前正在考虑的一种新型反应堆设计是‘增殖-燃烧’反应堆,这种反应堆最有潜力,因为它不需要再处理或回收乏燃料,而后者会带来不可接受的核扩散风险。”“但这一概念仍然存在相当大的技术障碍和安全隐患,因为燃料在反应堆中的停留时间要比在轻水反应堆中更长,从而会产生裂变气体和压力。这可能就是为什么TerraPower暂停了增殖燃烧反应堆的设计工作,转而采用了natium反应堆。”

下一个步骤

美国核管理委员会(NRC)在批准在设计上与现有反应堆存在显著差异的反应堆技术时,可能不得不调整一些规定,但莱曼说,这不意味着放松保护公众健康和安全的标准。他认为,“先进的”反应堆将更加安全可靠,以至于NRC可以免除它们的基本保障措施,这种说法是没有道理的。相反,由于这些反应堆还有很多悬而未决的问题,它们可能需要满足更严格的要求。

报告建议能源部暂停其先进反应堆演示项目,直到核管理委员会确定在任何设计获得商业部署许可之前是否需要进行全面的原型试验,报告认为这是至关重要的。报告还呼吁国会要求能源部召集一个独立委员会,审查所有拟议的非轻水反应堆的技术优点,只批准那些商业化可能性高、明显比现有反应堆更安全、更可靠的项目。

最后,报告建议能源部和国会考虑在提高轻水反应堆的安全性方面投入更多的研发资金,而不是将不成熟、过度炒作的非轻水反应堆设计商业化。

莱曼说:“不幸的是,这些非轻水反应堆设计的支持者把它们宣传为一种气候解决方案,并淡化了它们的安全风险。”“考虑到任何新的核反应堆技术的商业化都需要至少20年的时间,我们审查的非轻水概念并不能提供短期的解决方案,只有在其安全和安全风险得到充分解决的情况下,才能提供长期的解决方案。”他说,任何用于这些反应堆设计的研究、开发和部署的联邦拨款,“都应该以对投资数十亿纳税人美元可能产生的社会效益的现实评估为指导,而不是基于一厢情愿的想法。”

本文的一个版本出现在2021年春季刊催化剂UCS的季刊。

埃利奥特为一系列新闻机构撰写有关ucs相关主题的文章。在加入UCS之前,埃利奥特是自然资源保护委员会的华盛顿通讯主任,国家公共广播电台的外国新闻编辑,美国新闻评论的执行主编,以及《核时代》和《公共公民》杂志的编辑。