美国核能管理委员会仅允许核反应堆运行40年但已有人探索延长到100年
衰老很可怕。随年纪的增长,有很多事情你可能再也没办法做到,也很难跟上时代的变化。核反应堆也不例外。
世界各地核电站反应堆的平均使用的时间正在攀升。在美国,正在运行的反应堆比任何其他几个国家都多,截至 2023 年,平均反应堆寿命为 42 年。欧洲近 90% 的反应堆已经运行了 30 年或更长时间。
出于经济压力,较旧的反应堆尤其是较小的反应堆,已经被大量关闭,尤其是在拥有廉价天然气等其他廉价电力来源的地区。但旧的核反应堆仍旧能继续运行很久。
美国密歇根州一家核电厂于 2022 年关闭,但它的新老板现在正努力重启它。如果重启成功,该工厂或许可以运行 80 年(总年限)。
还有一些其他反应堆的运行许可延长了 20 年。延长现有核电站的常规使用的寿命有助于减少排放,而且通常比建造新核电站更便宜。那么,我们期望核电站能运行多久呢?
在美国,核能管理委员会(NRC,Nuclear Regulatory Commission)允许核反应堆运行 40 年。但核反应堆的运行时间肯定比这更长,很多发电站都是这样。
非营利智库核创新联盟的研究主任帕特里克·怀特(Patrick White)说,40 年的使用许可并不是为了给核电站的寿命设定终点。
相反,他说这是为了确认和保证电厂能够运行足够长的时间,以收回建设它们所用的投资。
美国核能管理委员会已授予大部分现有核电厂 20 年的许可证延期,使其能够运行 60 年。现在,一些电厂运营者正在申请延期更久。
少数几个反应堆已经被批准运行 80 年,这中间还包括美国佛罗里达州土耳其角核电站的两个机组。不过,像这样的延期并不容易拿到。
此后,美国核能管理委员会撤回了一些批准,并要求之前批准的几个地点使用更近期的数据来进行额外的环境审查。
怀特说,虽然目前世界上运行最久的反应堆只有 54 年,但已经有早期研究在探索如何将寿命延长到 100 年。
事实是,核电站的组件基本上没有真正的使用的时间。水冷却系统和支持基础设施中的泵、阀门和热交换器等设备都能够直接进行维护、维修或更换。
麻省理工学院核工程教授雅各布·布翁吉奥诺(Jacobo Buongiorno)说,两个主要部件决定了核电站的寿命:反应堆能承受压力的容器和安全壳。
反应堆能承受压力的容器是核电站的核心,包含反应堆堆芯和相关的冷却系统。该结构必须使反应堆堆芯在高温度高压力下保持运行而不泄漏。
安全壳是环绕着核反应堆的一个外壳。它是气密的,并且会在紧急状况下阻止放射性物质溢出。
这两个部件对核电站的安全运行至关重要,而且通常过于昂贵或难以更换。布翁吉奥诺说,因此当监管人员审查延长发电厂寿命的申请时,他们最关心的是这些部件的状况和寿命。
目前,研究人员正在寻找新方法来解决可能使一些发电厂(暂时)关停的问题,比如美国俄亥俄州一家发电站的反应堆部件被腐蚀,导致工厂关停了两年。
监测核电站内材料的新方法,以及抗降解的新材料,能够在一定程度上帮助反应堆更安全、更长时间地运行。
在一些地方,关闭核电站有几率会使更多的碳污染,因为填补这一缺口要重新使用化石燃料。
2021 年,当纽约关闭其印第安角核电站时,天然气的使用量激增,导致温室气体排放量上升。
德国在 2023 年关闭了最后一座核反应堆,该国的排放量已降至历史新低,尽管一些专家这样认为,这一下降主要与经济放缓有关,而不是与风能和太阳能等可再次生产的能源的普及有关。
根据国际原子能机构的一份报告,将全球核电站的寿命延长 10 年,将在未来几十年为电网增加 26000 太瓦时的低碳电力。
这加起来大约相当于当前全球一年的电力需求,或许有助于在世界扩大低碳发电能力的同时减少排放。
因此,当我们清理电网时,或许要更重视那些运行了很久的发电站,也包括核反应堆。
作者简介:凯茜·克龙哈特(Casey Crownhart),是《麻省理工科技评论》的气候记者,专注于可再次生产的能源、交通和技术怎么样应对气候平均状态随时间的变化。她还曾是一名自由科学和环境记者,为 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒体撰稿。在从事新闻工作之前,她是一名材料科学的研究员。
01/ 集成11种越狱攻击方法,复旦团队开发越狱攻击框架,揭示大模型参数量和安全性的新规律
02/ 港城大团队打造聚合物单晶,兼具低压工作性能和光敏性能,可用于低功耗人工视觉器件
03/ 将量子比特数提升1个数量级,科学家用中性原子制备量子处理器,实现6100个量子比特
04/ 麻省大学团队研发网格生物电子系统,能长期监测心肌组织机电信号,为心脏组织工程提供新工具
05/ 首次揭示海水中纳米塑料的形态,科学家研发气泡沉积技术,可捕获海水中极微量的纳米塑料