核电站延寿：AI时代新选项

受用电量激增的影响，欧美国家大量服役年限即将到期的核电站获延寿批准。这为中国核电产业带来怎样的启示？

文/本刊记者 范珊珊

数据中心用电需求的激增，让科技巨头们转向押宝核电技术。微软公司与美国最大清洁能源供应商星座能源公司（ConstellationEnergy）达成重大合作协议，计划重启位于宾夕法尼亚州的三哩岛核电站，为微软日益扩大的人工智能需求提供必要的电力支持。微软承诺在20年内购买其产生的所有电力。根据协议，星座能源公司将重启三哩岛核电站的未受损反应堆，并将所产生的电力出售给微软。该反应堆在2019年因运行成本过高而关闭，星座能源公司预计于2028年初前后投资约16亿美元，以完成重启工作。

在欧美地区，像三哩岛核电站这样一直希望延长生命的核电站还有很多。工业扩张以及交通运输和其他部门的电气化，世界能源需求正在增加。煤电等化石燃料正在逐步淘汰，核电仍然是少数能够提供持续高输出电力的可靠能源之一，因此重新受到关注。

据统计，世界上400余台核电机组中大部分20上世纪70年代后陆续建成的，除少数三代核电厂设计寿命为60年以外，大部分为二代或二代改进型，设计寿命一般为40年，也有少数机组比如我国秦山核电厂1号机组作为原型堆出于保守考虑定为30年。

这些机组现在已接近其预计寿命或原始许可期限的终点。截至2023年，美国反应堆的平均使用年限已经达到42年，欧洲近90%的反应堆已使用30年或更长时间。

核电厂老化管理和长周期运行，是世界核电行业普遍关注的重要课题。延长核电站运行寿命可以继续利用核能的优势，提供可靠的电力供应。此外，美国和欧洲的新核电厂建设项目在时间和预算上出现了巨大超支，间接提升了核电延寿的吸引力。

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现实需求

在美国，核管理委员会(NRC)为核反应堆颁发了40年的运行寿命许可。但核电站的运行时间肯定可以更长。40年的期限并非为核电站的寿命划定终点。40年是美国电力企业大规模投资贷款通常的偿还期限，并不是基于安全、技术或环境等问题的考虑。根据美国1954年的原子能法，核电厂可更新其运行执照。按照美国相关法律法规要求，对核电站审查合格后的执照更新一次性批准20年。

NRC已将大部分现有美国核电站的运行执照延长20年，将其寿命延长至60年。现在，一些运营商正在申请第二次延期。

今年年初，美国蒙蒂塞洛核电厂获准二次延寿。NRC发布声明称，该机构已批准XcelEnergy旗下蒙蒂塞洛核电厂的二次延寿申请。蒙蒂塞洛为单机组电厂，总装机容量691MWe，本次延寿20年，可运行至2050年9月。

该电厂初始运行许可证于1981年9月签发，2006年11月首次延寿20年。截至目前，包括蒙蒂塞洛在内，美国已有9台核电机组获准二次延寿，总寿期达80年。

NRC正在对其他6份二次延寿申请进行审查。

核电业主之所以希望能将核电机组进行延寿，经济性考量是最主要的原因。通过延寿，使核电站再运行20年至30年，相当于再建一座同等规模的核电站，所花费用却少得多。此外建造一座新核电站是一项耗时的工作，通常需要十年或更长时间才能完成。相比之下，升级和延长现有反应堆的使用寿命只需花费一小部分成本。

许多核电站最初设计运行时间为40年，但通过适当的维护和技术升级，其使用寿命通常可以延长到60年甚至80年。这使得延寿成为更有吸引力的替代方案。

真正限制核电站寿命的部件很少。水冷系统和支持基础设施中的泵、阀门和热交换器等设备，都可以维护、维修或更换。随着技术的进步，它们甚至可能得到升级，以帮助核电站更高效地发电。麻省理工学院核工程教授雅各布·布翁焦尔诺(JacopoBuongiorno)表示，两个主要部件决定了核电站的寿命——反应堆压力容器和安全壳结构。

反应堆压力容器是核电站的核心，容纳反应堆堆芯以及相关的冷却系统。该结构必须使反应堆堆芯保持高温高压，且不发生泄漏。安全壳结构是核反应堆周围的外壳，用于在紧急情况下将任何放射性物质封闭在容器内。这两个部件对于核电站的安全运行至关重要，而且通常更换成本过高或难度过大。监管机构在审查延长核电站寿命的申请时，最关注的是这些部件的状况和寿命。

国家核安全局原局长赵成昆认为，制约或极大程度地影响核电厂寿命的关键设备和部件是反应堆压力容器、堆内构件、稳压器、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵泵壳、主管道等静止部件，以及安全壳等主要构筑物。特别是反应堆压力容器、安全壳，属于不可更换设备或构筑物。必须对核电厂中的部件进行机组延续运行期间的安全评估，包括老化部件寿命评估和更为精确的时限老化分析。

根据国际原子能机构（IAEA）的一份报告，将全球核电机组的使用寿命延长10年，将在未来几十年为电网增加26000太瓦时的低碳电力。这大约相当于全球一年的电力需求。这有助于在全球扩大低碳电力容量的同时减少排放。

去年底，欧盟委员会批准了一项比利时支持措施，用于延长比利时两座核反应堆——杜埃尔4号和蒂汉格3号的服役期限。根据2003年的核能逐步淘汰法，比利时所有七座核反应堆必须在2025年前关闭。然而，2022年3月，出于对能源供应安全的担忧，比利时联邦政府决定将其两座最新的核电站再运行10年。

2024年6月，比利时向欧盟委员会通报了其支持此次服役期限延长的计划。

越来越多的国家已经接受了延长核反应堆使用寿命的想法。除了美国外，严重依赖核能的法国也在投资升级反应堆，以保持能源供应稳定。尽管福岛核事故后日本最初持怀疑态度，但该国已恢复了几座老反应堆的运行。

在我国，最早的核电机组秦山核电厂1号机组运行许可证在2021年获准延续，有效期延续至2041年7月30日。秦山核电1号机组是我国第一座自行设计、建造和运行管理的30万千瓦级压水堆核电机组，1991年12月15日首次成功并网，初始设计寿命30年。秦山延寿的成功是中国核能行业一方面借鉴了国际上大量成功实施的经验，另一方面通过大量的前期准备工作、国内外广泛的技术交流掌握了开展运行许可证有效期延续所必需的关键技术和能力，为后续国内其他核电站及国际同类电厂开展此项工作打下了坚实的技术基础。

延长现有反应堆的寿命可以为不断增长的电力需求提供经济有效且立竿见影的解决方案，同时减少对化石燃料的依赖。与此同时，恢复旧核反应堆带来了挑战。

必须谨慎解决安全问题、监管障碍和核废料管理问题，以确保长期可持续性。

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恢复挑战

相较于新建，核电延寿是经济性的选择。但是对于核电站而言，安全才是生命线。只有达到安全要求，核电站才能延长或者重新取得运行执照。

核电延寿除了可能带来的安全风险外，监管障碍和财务问题也是其挑战。升级旧反应堆可以提高其可靠性，但事实是这些设施是几十年前使用现在被认为过时的技术建造的。反应堆容器和混凝土结构等部件会随着时间的推移而退化。如果维护不当，就会增加发生事故的风险。老化的反应堆需要进行广泛的检查和安全改造才能达到现代标准，核电厂老化管理和监管体系建立已成为迫切需求。

核电设施寿命长，部件更换频率低，订单数量相对较少，使得供应商不得不权衡是否有必要保持昂贵的核电认证。这将导致合格供应商较少，成本更高。因此，运营商需要评估和保障消耗性部件在整个运营寿期内均能有效供应。

并非所有的核电机组都可以延寿。由于石墨组件寿命有限且无法替换，英国先进气冷堆（AGR）将在未来10年内全部关停，平均运行寿期为40至50年。日益老化的石墨装置降低了机组运行性能，并将其寿命限制在45年左右。

但这类技术只占世界核电厂的小部分，大多核电机组数均采用压水堆（PWR）、沸水堆（BWR）和加压重水堆（PHWR）技术，没有寿命方面的特殊限制。

目前国际上主流的核电厂延续运行监管策略除了美国的执照更新（LR）外，另一个就是国际原子能机构的长期运行（LTO）。前者在机组40年的运行执照到期前，通过递交申请以证明机组延续运行的安全性，从而使运行执照得以更新并延长20年；后者则以每10年一次的定期安全审查（PSR）为基础，评判是否批准机组在下一个10年继续运行。

IAEA围绕核电站延寿，制定了一系列涵盖技术、安全等多维度的规定。在技术层面，IAEA强调对核电厂设备老化状态评估的严谨性。由于核电站长期运行，像管道腐蚀、电缆老化、混凝土结构劣化等设备老化问题频发。对此，IAEA要求在延寿申请阶段，核电厂运营方必须开展全面且深入的设备老化分析工作。通过定期的在役检查、先进的无损检测技术等手段，精准掌握设备的实际状况，评估老化对设备性能及安全性的影响程度。

我国秦山核电站的延寿制定了适合自身的运行许可证有效期限延续（OLE）技术体系，既包含了美国执照更新（LR）考虑的所有要素，又增加了IAEA关于PSR的要求，全面覆盖了国际主流核电厂延续运行的安全要素。

除了秦山核电站外，大亚湾1、2号机组1994年投入商运以来，始终保持较好的运行状态，距初始设计寿命40年还有约10年时间。据悉，中广核正在进行大亚湾核电站两台机组延寿相关材料及准备工作。秦山核电站也为其提供了可供参考的中国经验。

随着能源转型的加速，延长核反应堆的寿命可能是一个临时的过渡，直到更先进的核技术或可再生能源解决方案得到广泛应用。这一战略是否被证明是一个持久的解决方案或仅仅是一个短期的解决方案，将取决于未来几年的技术进步、政策决策和公众接受度。数字化、增材制造、机器人技术、人工智能、自动化和先进核燃料等新技术在其间，将发挥关键作用。

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