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美国能源知多少系列之八--美国的民用核能情况

来源:绿盟  日期:2018年10月08日  文字:【 加粗】【高亮】【还原

文件编号:A039/0044

刊发时间:2018年10月8日

美国能源知多少系列之八

美国的民用核能情况

王能全

美国是世界最早开展核能产业化的国家,第一个建设了可实际运行的核反应堆,第一个制造了原子弹并在第二次世界大战中的1945年8月对日本投放了两颗原子弹,造成了重大的人员伤亡,迫使日本最终宣布无条件投降。目前,美国应该是世界上民用和军用核技术最先进的国家之一,虽然33年没有建造新的反应堆,但民用的核反应堆数量和核发电量,都位居世界第一位。

依据2018年版英国石油公司《世界能源统计评论》和美国能源信息署等材料,本文以详实的数字,介绍当前美国民用核能使用的基本情况,以便行业和公众对美国的民用核工业有一个较为客观的了解。需要说明的是,由于统计口轻的不同,不同统计机构和同一统计机构的有关统计数据存在一定的差距;部分行业专业名词、美国地名和机构没有统一的译名,文中仅是自己的理解,可能不一定准确,敬请谅解并指正。

一、美国是世界上第一个建造核反应堆和发生核事故的国家

一般认为,爱因斯坦1905年发表的《关于光的产生和转化的一个启发性观点》等四篇划时代论文,并由此推导出人类文明最重要的方程式——质能方程,E = mc,为使用核奠定了理论基础。

1939年初,德国化学家哈恩和物理化学家斯特拉斯曼发表铀原子核裂变现象的论文,许多国家的科学家很快验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件,从而在实验上证明了人类社会可以利用核。

受传闻纳粹德国要制造原子弹的刺激,1939年8月,爱因斯坦给美国总统罗斯福写信,建议研制原子弹。1942年8月,美国正式执行代号为“曼哈顿工程”的庞大计划,直接动用的人力约60万人,投资20多亿美元。1942年12月2日,在芝加哥大学足球场看台下,恩里科·费米建造了世界上第一个受控的核反应堆,虽然当时是作为“曼哈顿工程”制造原子弹计划的一部分,但是这个反应堆也直接带来了原子能的和平使用。因此,一般认为,芝加哥大学足球场看台下费米的这座反应堆,是人类社会军用和民用核技术的始祖。

1951年,美国建成了世界上第一座实验性核电站。1957年,美国在在宾夕法尼亚州的西平波特,建造了真正意义上的第一座核电站。自此,美国进入了核能的大规模民用化的时代。

作为世界上第一个开始核技术民用化的国家,不幸的是,美国也是世界上第一个出现核事故的国家,即举世闻名的1979年3月28日美国三里岛核事故。1979年3月28日凌晨4时,美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站2号反应堆堆芯压力和温度骤然升高,2小时后,大量放射性物质溢出,反应堆彻底毁坏,100吨铀燃料的60%受到损坏,反应堆最终陷于瘫痪。本次事故为核事故的第五级,无一人员伤亡,事故现场只有3人受到了略高于半年的容许剂量的照射,约20万人撤出,核电厂附近80千米以内的公众平均每人受到的剂量不到一年内天然本底的百分之一,事故对环境的影响极小。

三里岛核事故对美国核工业产生了巨大的影响,美国总统卡特在考察事故现场时,宣布“美国不会再建设核电站”。三里岛事故后的33年间,美国没有再批准建设新的核电站。2010年,奥巴马提出了复兴核电口号,为美国核电复兴打破了政策上的禁锢。2012年,美国核管理委员会(NRC)才新批了2个核电站4座反应堆的建设申请。

二、当前美国核电站的基本情况

2018年1月1日,美国30个州共有61个核电站,运行的反应堆计99座。美国核反应堆的平均年龄为37岁。九里点一号(Nine Mile Point Unit 1)和 牡蛎湾(Oyster Creek)反应堆投入商业运营的时间,是1969年12月。最新投入运营的反应堆,是瓦茨吧2号(Watts Bar Unit 2),投运时间为2016年。目前,美国已有18个核电站中的20座反应堆退役。

绝大多数的美国商用核电站位于密西西比河东岸。截止2018年初,伊利诺斯州拥有6个核电站,计11座反应堆,全美第一,夏季最大净核发电能力约为11590兆瓦。美国最大的核电站,是帕洛代德核电站,拥有三座反应堆,发电能力为3937兆瓦。美国最大的核反应堆,是位于密西西比州吉布森港的大海湾核电站,发电能力为1400兆瓦。最小的核反应堆,是位于明尼苏达州红翼的草原岛核电站,夏季最大净发电能力约为520兆瓦。

六分之三的美国核电站拥有至少两个核反应堆,其中只有三个核电站拥有两个以上的核反应堆。

由于成本和技术原因,相比燃煤或天然气的发电厂,核电站的运营效率更高得多。2017年,美国核发电能力虽然只占整个发电能力的9%,但核发电量却占整个国家发电量的约20%。自1990年以来,美国每年电力消费中的15%左右来自核发电。

2012年2月,美国核管理委员会(NRC)批准了南方公司申请位于佐治亚州沃格特勒建造和运行两个新的反应堆,即3号和4号反应堆,每个反应堆规划最大发电能力为1120兆瓦。沃格特新的反应堆是30多年来美国第一批获得建设批准的反应堆,这两座核反应堆有望在2019年和2020年投入运营。

2012年3月,美国核管理委员会(NRC)批准了南卡罗来纳州电力天然气公司申请位于南卡罗来纳州的维吉尔萨默尔核电站建造和运行两个新的反应堆,即2号和3号反应堆,不过,这两座反应堆的建造于2017停止了。

2016年,田纳西州河谷管理局(TVA)位于田纳西州的瓦茨吧2号反应堆,成为美国自1996年以来第一台投入运营的反应堆。

美国核电站的堆型,主要有沸水反应堆或压水反应堆。截止2018年5月,美国99座运行的反应堆中,有65座是压水堆。

截止2017年9月,美国核管理委员会(NRC)正在对18座新申请建设的核反应堆进行评估,这些评估将耗时5年时间才能完成,批准后新反应堆也需5年或更长的时间才能建成。

2015年,世界上31个国家拥有核电站,其中美国是核发电能力和发电量最多的国家。法国是世界上核发电能力第二大的国家,但核发电量占国家整个发电量的比例高达77.6%,世界第一。

三、美国核电站燃料的来源和经济性

世界上核电站都使用 U-235 作为燃料来发电。铀矿开采后,铀矿石通常每吨能产出一至四磅的铀精矿(U3O8或黄饼),黄饼的浓度通常为0.05%至0.20%,再对这些黄饼进行萃取和处理,使其成为核电站所使用的燃料U-235。

2017年,美国核电公司大约购买了4300万磅铀,其中的7%是在美国西部生产的,93%来自其他国家,具体包括:加拿大,35%;澳大利亚,20%;俄罗斯,18%;哈萨克斯坦,24%;乌兹别克斯坦,4%和匈牙利、马拉维、纳米比亚、尼日尔、南非等,10%。

2016年,美国核电企业用于铀的支出为1.699亿美元,铀精矿(U3O8)的产量为290万磅,铀精矿U3O8的平均购买价格为42.43美元/磅。

2015年,美国核燃料与化石燃料的发电成本对比为:0.75美分比2.67美分/千瓦时。

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