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【核燃料】美国核工业:事故容错燃料可延长机组换料周期

中国能源研究会核能专业委员会 浏览 135 次 | 发布时间:2023-05-29

 近日,美国核工业人士称,具备更高浓缩比和更高燃耗的新型事故容错燃料(ATF)可延长压水堆(PWR)换料周期,鉴于此,核电运营商对事故容错燃料兴趣日渐浓厚,这会在短期内带动铀矿需求量的增长。

所有核燃料供应商都在测试采用涂层包壳包覆燃料芯块的新型设计。新型事故容错燃料可增加操纵员应对严重事故工况的时间,并提高反应堆运行业绩。

因有着更高的浓缩度和燃耗,新型事故容错燃料有可能将许多压水堆的换料周期从18个月延长到24个月。据两名业内人士透露,部分电力公司或在考虑将换料周期延长至36个月,并有至少一家燃料供应商在向潜在客户建议延长换料周期。

运营商对换料周期延长至24个月兴趣浓厚

2023年5月16日,美国核能研究所(NEI)首席核能官道格·特鲁(Doug True)在接受采访时指出,美国核电运营商对将核电厂换料周期延长至24个月兴趣浓厚,部分电力公司无需等到更高浓度的反应堆燃料(称为新型低浓缩铀,LEU+)上市,就能实现这一目标。

特鲁指出,2022年通过的《通胀削减法案》(IRA)是延长核电厂换料周期的动因之一。该法案出台了税收优惠政策,明确规定:因延长反应堆运行周期增加的发电量,将获得合理的价格补偿。IRA提供高达15美元/MWh的补助,以防现有核电厂因电价过低而关闭,特别是在竞争激烈的商用电力市场。

2023年4月19日,弗吉尼亚州道明尼能源公司(Dominion Energy)核燃料采购组经理汤姆·布鲁克迈尔(Tom Brookmire)在荷兰举行的世界核燃料循环大会(WNFC)上发言时称,道明尼能源公司正在考虑将旗下部分核电机组的换料周期延长至24个月,而康涅狄格州双机组核电厂米尔斯通(Millstone)或将在未来的十年里成为首座完成这一过渡的核电厂。

但包括米尔斯通核电厂3号机组在内的部分美国核电机组如想要延长换料周期,将需要新型低浓缩铀燃料,这种燃料的浓缩度要高于目前反应堆燃料常见的5%浓缩度。

布鲁克迈尔指出,在向高浓缩铀燃料和更长换料周期过渡时,由于运行周期延长,堆芯需要的燃料总量增加,因此,每次换料时铀的需求量可能会暂时性增加30%~50%。到2028年或2029年,对铀市场的影响可能开始显现,具体时间将取决于新型燃料的上市时间。

随着反应堆换料周期逐步延长,每次换料所需的铀将有所增加,与传统燃料相比,每次换料所需的铀增幅接近10%~20%。但每次换料增加的铀需求量,会因换料频次减少而抵消,因此,从长远来看,铀的总体需求量变化不大。

美国最大核电运营商星座能源公司(Constellation)核燃料供应主管珍妮·托尔托雷利(Jeanne Tortorelli)在世界核燃料循环大会小组讨论时表示,将核电厂换料周期延长至24个月,铀的使用效率会略低于较短周期,但有一些先进的方法可以减少铀的需求量。

对此,布鲁克迈尔称,对铀需求量的预测是基于现有方法,但目前正在研究更先进的方法,以提高燃料的利用率。

对于核电机组向24个月换料周期过渡,核电运营商展现出越来越浓厚的兴趣。2022年12月,佛罗里达电力照明公司(Florida Power & Light)告知美国核管会(NRC),公司计划提交许可证更新申请,从2025年开始,将土耳其岬(Turkey Point)核电厂两台机组的换料周期延长至24个月。

2023年3月10日,PSEG下属核电公司(Nuclear LLC)总裁兼首席核能官查尔斯·麦克费特斯(Charles McFeaters)在投资商会议上表示,延长换料周期,可增加发电天数,降低核电厂在整个寿期内的运营成本,公司将抓住这一大好机遇,降低霍普河核电厂的每兆瓦发电成本。

业内人士称需要监管指导

2023年5月11日,业内人士在与NRC召开的会议上表示,NRC有关反应堆换料数量的指南需要更新,以便顺利推进有效运用事故容错燃料。

NEI事故容错燃料主管艾尔·琼托什(Al Csontos)在会上表示,急需更新NRC监管指南中第1.183条中规定的有别于核电厂许可基准源项的通用方法。

源项系指核电厂的放射物清单及其在各种事故工况下发生放射性释放的可能性。

根据NRC监管指南,备选源项可以根据现代分析方法,为核电厂业主提供大范围的成本效益提升。

琼托什表示,NRC监管指南1.183现已成为阻碍采用各类事故容错燃料设计的绊脚石,因此更新“势在必行”。

NRC此前曾表示,计划在2023年年中发布该指南的更新草案,但这一预估时间已推迟。核电行业要求NRC在2023年9月之前以某种形式发布最新指南,以避免行业推迟采用ATF燃料的决策。

2023年5月16日,NRC发言人斯科特·博内尔(Scott Burnell)称,因指南修订问题大多超出了NRC工作人员的控制范围,包括具有时效性的许可工作,NRC工作人员最近更改了发布监管指南1.183修订的时间表。根据新的时间表,NRC工作人员需要在2023年9月向反应堆安全保障咨询委员会(ACRS)汇报进展情况,目标是在会后尽快发布最终监管指南。

博内尔称,NRC可通过该时间表了解持证单位关于事故容错燃料许可授权的进展情况。

2023年5月2日,美国公共服务企业集团(PSEG)董事长兼首席执行官拉尔夫·拉罗萨(Ralph LaRossa)在财报电话会议上表示,经NRC批准,该公司计划投入3000万美元,对霍普河(Hope Creek)核电厂进行改造,改造后,该电厂的换料周期将从18个月延长至24个月。该电厂通过改造延长换料周期,将不需要使用LEU+,同时电厂运维成本将略有下降,机组发电量增加,但PSEG尚未披露增加的发电量。