《更小、更安全、更便宜?美国使用小堆替代燃煤电站的探索》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-02-24
  • 小型模块化反应堆没有巨大的冷却塔、大量的混凝土、广阔的疏散区。核工业和美国政府正在向煤炭社区推销小型、适应性强的小堆电站,推广者称小堆更安全、更便宜,能够在全国各地部署,以减少电力部门对气候变化的贡献。

    小型模块化反应堆(即小堆)能否在美国各地实际建造,目前存在很大争议。能源学者警告说,这项新技术正在努力证明其可行性。Idaho州和Wyoming州的两个示范项目预计将破土动工,但都落后于计划进度,而且成本不断攀升。

    但是,随着美国寻求燃烧化石燃料发电的有效替代方案,关于小堆的建议非常突出,这些电厂可以小到放在一个大后院里。小堆设计看起来更像是办公园区,而不是核电站,低层建筑用钢筋替代了混凝土,反应堆规模缩小到能与美国海军用来为船只和潜艇提供动力的反应堆相比。

    美国气候特使John F.Kerry最近在接受《华盛顿邮报》采访时表示,这项技术的成功对于实现世界目标至关重要,即通过将升温限制在1.5摄氏度来避免气候变化带来的最严重后果。Kerry说:“我认为,没有它,我们无法实现目标。”。

    煤炭社区是这项试验的成熟目标,基础设施可以重新利用,有能力的劳动力和社区渴望在能源经济中重新获得优势。美国能源部(DOE)最近的一份报告显示,美国有超过300座已退役和正在运营的燃煤电厂是进行核电改造的良好候选者。

    以前认为核能不安全或对煤炭行业构成威胁的社区,现在正疾呼要成为可能被称为核能2.0的一部分。2023年1月,TerraPower先进核能公司创始人Bill Gates,与West Virginia州参议员Joe Manchin III一起参观了该州Glasgow附近一家被封存的燃煤电厂。参观电厂后,Gates在市政厅受到热烈欢迎。在这个Gates所代表的气候行动主义风格长期以来一直遭到敌意的地区,这是一个显著的转变。

    Gates在活动上表示:“以往核电站的建造方式非常昂贵。”。“除非我们从头开始设计新的设计,否则我们将无法获得低成本的电力。”

    仅在一年前,根据一项旨在保护煤炭行业的州法律,West Virginia州禁止使用核能。在过去的几年里,该州是取消这种禁令或通过法律鼓励发展小型核反应堆的几个州之一。政治家看到了促进区域经济发展的机会,并希望通过最近颁布的《通货膨胀减少法案》,从数十亿美元的补贴中分得一杯羹,用于生产“先进核能”。

    小堆在很大程度上仍在研发过程中,多家公司正在进行数十种设计,希望实现突破。其中一些设计基于传统的轻水反应堆技术,而其他设计则朝着完全不同的方向发展。TerraPower是使用钠而不是水冷却的快堆,这有可能使它们比现有电厂更高效、更安全地运行。还有设计使用氦气作为冷却剂。

    所有设计的一个突出挑战是核废料。尽管小堆的设计者表示,每个电站只产生少量的核废料,以及更适度的疏散区和安全缓冲区,但是,在全国各地分散数百座核电站意味着,它们所在的每个社区都需要对其后院中的乏燃料措施感到满意,一些著名的研究人员对这些新反应堆产生更少废物的说法也提出了质疑。

    开发商希望电站的设计能使所有乏燃料包容在反应堆内数年甚至数十年,然后最终被运走,这样的设计能为社区所接受。但目前,没有地方可以处置用过的反应堆。

    倡导通过核能解决气候问题组织Good Energy Collective的联合创始人Jessica Lovering表示:“如果你说‘我们想在这个厂址上建设’,而社区却在问‘废物会在这里呆多久?’而你却没有答案,这是一个大问题。”。

    政治家正在全力向前迈进,煤炭社区所在地的官员们正急切地寻求能源部的建议,以了解如何将一个小型反应堆运到他们的现场。

    Virginia州州长Glenn Youngkin的能源计划要求在Virginia州西南部建造美国第一座商业化小型反应堆,2022年10月,州长在Wise县一处废弃矿区推广该计划。Virginia州是至少八个寻求建造小型反应堆的州之一。据联邦能源官员称,至少还有八个州已经启动了可行性研究。

    其中包括Maryland州,核能创新公司X-energy最近与该州和Frostburg州立大学合作,展示如何将Maryland州的一座煤电厂重新用于核能。2023年1月发布的最终报告没有明确具体研究的电厂。X-energy表示,这是因为电厂所有者要求保密。在许多社区仍然担心核能是一个太大的安全和财务风险的时候,这一地点的缺失突显了这项技术的支持者行事非常谨慎。

    一些地方已经在重新考虑这项技术是否符合人们的要求。Colorado州Pueblo县委员会最初全力以赴,告诉州监管机构,模块化核电站是替代Comanche发电站创造的电力和经济活动的唯一零排放选择,Comanche电厂是一座大型电厂,计划于2030年关闭。在公众强烈反对后,监管方放弃了该计划。

    能源经济与金融分析研究所资源规划分析主任David Schlissel表示:“大量这些社区都面临着压力,因为他们现在需要做些什么来为关闭燃煤电厂做准备。”。“小型模块化反应堆的营销人员,虽然甚至小堆还没有获得认证,当然会说其他替代方案是糟糕的。他们说,你不能依赖可再生能源,你不能依赖电池储能,所以他们可以出售产品。风险是这些地方最终对核能项目作出巨大的财政承诺,其中一些项目现在只不过还在纸面演示阶段。

    Idaho国家实验室正在进行的示范模块化核能项目让核能爱好者们有所清醒。开发商NuScale公司正在计划建设一座电站,旨在为西部27家当地电力公司服务的数万户家庭供电。签署协议的社区希望以每兆瓦时58美元(约400人民币)的价格购买电力,这也是最初协议规定的价格。

    但当美国核管会上个月批准电厂的最终设计时(这是美国首次批准小堆设计),预计能源成本已经上涨了50%以上。一些社区退出了,另一些社区担心到电厂计划的2029年12月投运时,成本可能会进一步上涨。如果电厂不能得到联邦政府的大力补贴,电力成本将更高。联邦政府已经承诺投资14亿美元(约96亿人民币)开发该电站,并将以每兆瓦时30美元(约207人民币)左右的价格抵消该工厂的发电成本,这可能会使美国纳税人再花费20亿美元(约138亿人民币)。

    NuScale也在罗马尼亚、波兰和加纳推广其小堆电站,该公司在一份声明中表示,成本上涨反映了“通货膨胀压力以及钢铁、电气设备和其他建筑商品价格上涨等外部因素,这些都是40多年来未见的。”

    代表寻求从Idaho项目购买电力发电公司的犹他州联合市政电力系统公司发言人LaVarr Webb表示:“希望价格不会再上涨。”。“但这还没有得到证实。”

    Gates支持的Wyoming州Kemmerer市的项目面临着自己的挑战。该电站以高浓缩铀为燃料,TerraPower计划最初从俄罗斯采购,该计划因国际形势变化而无法实现。该公司于2022年12月宣布,将电站投运的目标日期推迟两年到2030年。目前,该公司正在游说国会拨款21亿美元,资助能在美国生产此类铀的设施。在提出这一请求之前,联邦政府已经承诺为该公司的Wyoming州电站建设提供16亿美元。

    在Houston外一小时车程的工业园,一家规模小得多的模块化核能公司正在尝试一种完全不同的方法,一种不依赖任何政府补贴的方法。Last Energy公司计划使用传统核电站所采用的技术,以与天然气电厂一样的成本来发电。反应堆和大部分核心设备都安装在一个整洁的30英尺(约9.14米)长、30英尺(约9.14米)宽、30英尺(约9.14米)高的钢制盒状容器中,这个盒状容器大部分是在厂址外组装的,可以通过九辆卡车运输。Last Energy只向欧洲的工业客户销售其模块,在欧洲,对新反应堆设计的监管流程相对简单。

    通过Michigan大学的"通向零的最快路径 "的联盟协调,正在开展一项复杂的活动,以寻找可能愿意接纳核电站的社区。它已经建立了广泛的数据库,不仅衡量技术上是否适合建厂和输电,而且还衡量政治上是否适合。根据调查结果和其他数据,对社区进行评估,评估他们对在自家后院建设核电厂的接受程度。该组织的首席数据科学家Gabrielle Hoelzle表示,在寻找电站厂址时,“我们正在尝试用一种新的方式开展,并在第一次就把事情做好。我们不能陷入以前的做法,即决定它将建在哪里,宣布它,然后尝试捍卫它。”

    Wise县社区学院几年前因招生人数少而放弃了其地下采矿专业,现在正在计划如何修改课程设置,以培养核能方面的人员。学院校长Kris Westover表示:“我们正在研究,如果我们真的拿到小堆,将需要哪些工作岗位。”。“我们正在努力确保我们做好了准备。”。

  • 原文来源:http://www.nengyuanjie.net/article/70072.html
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    • 自俄乌冲突发生以来,欧洲遭遇能源危机,而严重依赖俄罗斯能源供应的德国更是受到强烈冲击。目前,欧洲多国政府采取紧急行动补充天然气储备,为未来几个月的寒冬做准备。在德国煤炭电厂装机量稳定的情况下,德国只有通过提高煤电装置发电小时数以弥补天然气发电损失量。   A 德国电力系统的改革初见成效 德国电力系统的供给侧改革以《2050德国气候环境行动法案》的基本原则来展开,其中,最主要的特点就是可再生能源从装机量和发电量来看已经明显超过化石能源。 从装机量来看,2020年德国发电装机量达到233.8吉瓦,较2014年的196.40吉瓦增加37.40吉瓦,年均增长2.52%。其中,2020年可再生能源装机量130.60吉瓦,较2014年的90.3吉瓦增加40.3吉瓦,年均增长5.41%,可再生能源装机量占发电装机总量的比例也从2014年的46%提升至2020年的56%。与此同时,核能发电和煤炭发电装机量显著下降。核能发电装机量从2014年的12.1吉瓦下降至2020年的8.1吉瓦,同时自日本福岛核电站事故后,德国政府计划在2022年淘汰全部核能发电厂,但目前来看仍然没有结束对核能发电的依赖。煤炭电厂发电装机量占总发电量的比例从2014年的24.08%下降至2020年的19%;煤炭发电装机量从2014年的47.30吉瓦下降至2020年的44.4吉瓦。2020年,无烟煤发电装机量较2019年增加1.1吉瓦,这主要是因为德国Datteln 4发电机组上线运行,其装机量达到1052兆瓦。 从发电量来看,2021年德国总发电量582.90亿千瓦时,与2014年的583.3亿千瓦时基本持平,2016年和2017年发电量最高值达到601.3亿千瓦时和601.30亿千瓦时。2021年可再生能源发电量233.60亿千瓦时,较2014年的154.8亿千瓦时增加78.80亿千瓦时,年均增长20.85%,可再生能源发电量占总发电量的比例也从2014年的26.53%提升至2021年的39.70%。煤炭发电装机量显著下降,从2014年的256.1亿千瓦时下降至2021年的165亿千瓦时,煤炭电厂发电量占总发电量的比例从2014年的43.91%下降至2020年的28.10%。 2021年年底欧洲可再生能源发电量不足叠加2022年俄乌冲突引发的能源供需博弈,加剧了欧洲天然气供给短缺,德国天然气发电也陷入尴尬处境。 2014年到2020年,德国天然气发电装机量仅仅从29吉瓦增长至31.70吉瓦,但发电量已经从50亿千瓦时增长至81亿千瓦时。装机量和发电量数据变化的迥异反映出德国在这7年间对天然气能源的依赖程度大幅提高,天然气发电量占总量发电的比例也从2014年的8.51%提高到2021年的15.20%。 在2018年计划淘汰全部煤炭发电机组前,德国已经开始根据法律文件关闭相对应的发电机组。2015年到2020年,德国关闭的发电电厂主要由根据《德国能源法案》、《德国核能退出法案》以及安全备用状态煤炭电厂组成,5年共计关闭21749兆瓦。在此期间,德国根据《德国可再生能源法案》大力发展可再生能源,德国能源部门结构性优化效果显著。 B 德国煤炭发电厂走上谢幕之路 煤炭退出委员会的成立 2018年6月6日,德国民主联盟党和社会民主党就德国淘汰全部煤炭发电厂达成初步协议;德国联邦议会批准成立煤炭退出委员会,即产业成长、结构变革与就业委员会。德国煤炭电厂的关闭是德国和欧盟实现“碳中和”目标的重要组成部分。 煤炭退出委员会以德国《2050年气候行动计划》为纲要,其主要任务包括以下几点:为德国制定短期、中期和长期的煤电退出的日期、目标和程序;在德国电厂淘汰过程中促进对应区域内经济可持续增长、解决煤电产业工人就业问题;降低能源部门碳排放总量以实现德国2020年碳排放目标(温室气体排放量较1990年的水平下降40%);实现2030年能源部门减排目标的措施(温室气体排放量较1990年水平下降61%至62%)。 正式立法和实施阶段 在煤炭退出委员会经过2年时间的调查和计划后,2020年8月14日,德国联邦议会通过两项法案,即《德国燃煤电厂淘汰法案》和《矿区结构调整法案》,由此宣告德国煤炭电厂退出程序正式启动。 根据《德国煤炭电厂退出法案》和德国联邦环境、自然保护及核能安全部披露的详细内容,德国煤炭电厂退出路径如下: 一是2020年12月,首批4千兆瓦无烟煤发电机组已经关闭。 二是截至2022年,德国计划将关闭40千兆瓦的煤炭总电力中的10千兆瓦的煤炭发电装置(共计7座电厂),剩余的30千兆瓦煤炭电力装置中无烟煤机组和褐煤机组各占15千兆瓦。此举将为每年的温室气体减排量带来200万到250万吨的贡献量。 三是截至2030年,德国计划关闭13千兆瓦的煤炭发电装置(共计10座电厂),保存8千兆瓦无烟煤电力机组和9千兆瓦褐煤电力机组。此项煤炭电厂退出计划将使得德国能源部门能够在2030年实现温室气体减排目标。 四是2038年,德国煤炭电厂将全部关闭。剩余11座无烟煤电厂计划于2034年全部关闭。根据要求,煤炭电厂退出委员会将分别在2026年、2029年和2032年三次评估是否能够将2030年之后计划关闭的电厂提前3年(2035年)关闭。 五是德国Uniper公司投资建造的Datteln IV发电厂将持有该煤炭发电厂正式运行的有效许可证。煤炭退出委员会暂未与Uniper公司就是否运行和关闭日期的问题达成一致。 针对上述关闭煤炭发电厂,德国联邦政府计划对2030年前关闭的褐煤发电厂补贴435亿欧元;以公开拍卖配额的形式对自愿减少或关闭煤炭发电机进行补贴。截至2022年9月底,德国已经完成4轮拍卖。前四轮拍卖配额量分别为4787.67兆瓦、1514兆瓦、2480.82兆瓦和433.01兆瓦。拍卖价格从5000欧元/兆瓦到16500欧元/兆瓦不等。根据要求,中标的电厂自中标日起拥有6个月的缓冲期,缓冲期结束后对应电厂将停止运营。 从2015年开始,德国部分煤炭发电厂转为安全备用状态并保持4年时间。在此期间,除在可再生能源不能供应充足电力外,相关机组不允许运行发电,而在结束安全备用状态后的电厂则必须永久关闭。2021年10月,德国弗里姆默斯多夫的F号和Q号发电机组完成安全备用状态已经关闭,共计562兆瓦。2018年进入安全备用状态的5台的褐煤发电机组已经转为安全备用状态,共计1816兆瓦,且按计划将分别于2022年10月1日和2023年10月1日关闭。 整体来看,德国联邦政府计划从2021年到2024年关闭12487兆瓦的总发电机组。然而,从计算的预估数额上看上述总量为16120兆瓦。其中,包括《德国燃煤电厂淘汰法案》规定到期关闭的电厂和4轮在公开拍卖中中标的自愿关停电厂,共涉及6182兆瓦,结束安全备用转态的煤电机组共1816兆瓦。 C 德国煤发电正在发挥替代效用 德国天然气供应短缺虽无近忧仍有远虑 在德国逐渐关闭煤炭发电机组的同时,能源安全的保障正在经受严重考验。在俄乌冲突升级之际,德国进口来自俄罗斯天然气的不利局面仍然没有改善(2020年俄罗斯天然气进口量占德国总进口量的37.10%)。德国官方数据显示,来自“北溪一号”和马尔诺站点的天然气进口量仍然为零。 不过,德国天然气供应严重短缺的局面得到明显改善。截至10月21日,德国天然气储存量已经接近库存的96.52%,同时德国天然气现货价格从350欧元/兆瓦时明显回落至60欧元/兆瓦时。上述情况主要得益于以下几个因素: 首先,德国加大从挪威、荷兰和比利时的进口力度。尽管德国天然气进口量从2022年4月的6000兆瓦时/日下降至9月初的2300兆瓦时/日,但是此后开始稳步回升。截至10月21日,德国天然气进口量维持在3200GWh/日的水平,目前进口量只占到“北溪一号”停止运行前的一半左右。 其次,德国大幅降低天然气出口量。德国天然气出口量从2022年5月的2500兆瓦时/日下降至9月初的500兆瓦时/日。 最后,德国大幅减少天然气消费量,自2022年5月以来,德国天然气消费量同比下降幅度保持在11%到22%,预计德国全年天然气消费量同比下降15%—20%。因为德国2022年10月平均气温较2019到2021年同期平均气温高1摄氏度,德国天然气消费量已经明显低于过去4年的平均水平。 德国仍然面临冬季能源供应稳定保障的严重挑战。根据德国政府披露的文件内容,目前德国暂未进入居民部门用气高峰,气温将随着时间的变化而逐渐降低,尽管德国天然气的储存量已经到达“供应安全”的保障库存,欧洲多处天然气供应设施检修已经结束,德国仍将天然气库存量维持在较高水平,天然气供应形势依然非常紧张并且仍然有进一步恶化的趋势。 德国煤炭发电机组提高发电小时数以保障电力供应 根据德国电力供需平衡表的数据,2020年,德国国内电力总消费量456亿千瓦时,其中,工商业非居民用电量达到318.5亿千瓦时,居民部门用电量125.70亿千瓦时,居民部门电力消费占总消费量的27.57%。目前,欧洲已经进入取暖季,根据德国大约1000家供暖供应商的数据,2020年德国通过179万个供暖点提供超过11.2千瓦时的供暖,这相当于每个供暖点的平均供电量为6256千瓦时,较2019年的6336千瓦时下降80千瓦时。 2022年8月29日,德国政府宣布重启Uniper公司所属的Heyden 4号煤炭发电机组,其发电装机量为875兆瓦,德国政府允许其运行至2023年4月1日。然而,根据上文分析的德国电力供应情况,我们认为德国已经不具备大规模重启煤炭发电厂的能力,但淘汰煤电和核电的步伐将会相应减缓。目前,德国处于安全备用状态和可运行的煤炭电厂装机量较小。 在德国煤炭电厂装机量稳定的情况下,德国只有通过提高煤电装置发电小时数以弥补天然气发电损失量。2020年,德国煤炭装机量和发电量分别为44.4吉瓦和123.6太瓦时,折算发电设备平均利用小时数为2783.78小时,同年我国火电设备平均利用小时数为4216小时,所以我们认为德国煤炭发电机组是在考虑碳排放和经济性的情况下非满负荷运行。2022年,德国面临严峻的电力保供危机,煤炭替代效用明显。1—9月无烟煤累计发电量189.5太瓦时,较2021年的137.16太瓦时和2020年的104.29太瓦时分别增长38.16%和81.70%。尽管德国可以通过提高煤炭发电小时数来弥补天然气损失量,但能源价格和电力价格将在四季度的寒潮中面临再度推高的风险,德国通货膨胀居高不下和经济进入衰退阶段都将演变为现实。 D 德国碳排放组成结构较为均衡 从碳排放的结构上来看,以电力和供暖为代表的能源使用部门是德国碳排放的主要来源,但德国碳排放的组成结构较为均衡。根据欧洲环境署(EEA)的数据,2020年,能源部门以2.19亿吨的碳排放量占到德国温室气体排放量的第一名,能源部门碳排放量占总碳排放量的30%,显著低于42%的全球平均水平和33%的欧盟平均水平。 尽管目前德国能源供应面临紧缺状态,但实现“碳中和”的目标和过程仍在继续。 从电力生产的原料来看,2020年德国褐煤发电部门碳排放量934万吨,较2019年降低236万吨,同比下降20.17%;无烟煤发电部门碳排放量331万吨,较2019年降低148万吨,同比下降30.90%;天然气发电部门碳排放量298万吨,较2019年增加35万吨,同比增加13.31%。碳排放的变化趋势符合煤炭电力逐渐淘汰和天然气发电逐步增加的整体趋势。
  • 《机构:短期煤市走向探索》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-06-21
    • 产地方面来看,国家发改委日前组织召开全国电视电话会议,对今年迎峰度夏能源保供各项工作进行再部署再安排。在政策端强力推动下,预计迎峰度夏期间,国内优质煤炭产能将持续释放,煤炭产量将维持高位运行。需要注意的是,6月15日,中煤集团山西华润联盛黄家沟煤业有限公司(产能120万吨/年)副斜井发生一起架空乘人装置运输事故,目前该矿已被责令停产整顿。国家矿山安全监察局领导高度重视,要求山西省所有正常生产、建设煤矿深刻吸取事故教训,举一反三,即日起至2023年7月16日对架空乘人装置开展安全检查。也就是说,未来一个月,山西省内煤矿安检力度将持续较大,但考虑到保供仍是当前用煤旺季的主旋律,预计安检趋严对煤矿产能释放的影响或有限。 港口方面来看,北港煤炭库存持续去化,但仍居高位。近期,大秦线发运量稳定在125万吨/日左右,北方九港锚地船增加至90艘以上,港口库存小幅去化至2800万吨左右。需要注意到,当前港口市场煤源结构性缺货矛盾依然存在,可售资源紧张使得煤价更具弹性。 需求端 一是,民用电方面来看,虽然最近几天国内多地正在经历短暂“退烧”,但随着大陆高压发展东移,后期华北、黄淮等地高温天气将再度发展增强,同时,由于副热带高压加强北抬,海南、广西、广东、福建的高温闷热天气也会增多。预计6月下旬,下游电厂日耗将持续盘桓在高位。 二是,水电方面来看,未来10天,江南、华南西部、云贵高原及四川西南部和西藏东南部等大部分地区降水量较常年同期偏多5成至1倍以上,水电出力或逐步好转,其对火电的替代作用有望增强,电厂日耗增幅将受限。 三是,工业用电方面来看,下半年,国民经济将延续恢复态势,转型升级持续推进,而“迎峰度夏”周期内,预计部分行业将进行错峰生产,短期内工业用电需求或难有亮眼表现。 后市研判 当前我国煤炭供需表现为阶段性错配。我国自2021年就开始加大煤炭产能释放,截止到目前,产能已经得到有序释放,据国家统计局消息,今年3月份,原煤产量达到4.2亿吨,较2021年同期增产幅度超过20%,而需求端恢复进程相对缓慢,据CCTD了解,今年3月份,原煤消费量仅增至4.0亿吨,较2021年同期增产幅度不到6%。预计在供需宽松格局背景下,未来相当长一段时间内,市场煤价将承压。 6月下旬,供应端仍将较为充足,需求端或有增量,市场煤价将有支撑,但考虑到当前各环节库存偏高,预计下游采购持续性不足,煤价上涨空间将受限。