Columbia核电站推进功率提升

Columbia Generating Station是华盛顿州（Washington）第三大发电资源，也是该地区唯一在运的核电站。

长期以来，该电站一直为Bonneville Power Administration（BPA）的公共电力客户提供全天候、非营利性的基荷电力，作为水电的补充，在枯水月份提供运行灵活性，并在可再生能源规模扩大、以波动方式供电的情况下支持电网稳定。根据BPA的净计费框架，Columbia Generating Station的电力按成本销售，将清洁、稳定的容量纳入一个以水电为主、日益面临波动和负荷增长的系统。

目前，该电站正在推进一项大型扩展功率提升（EPU）工程，到2031年将为美国西北部电网增加约162 MWe。为这次功率提升做准备，从现在起至2031年将安装新设备并升级现有设备，同时通过在计划换料停堆期间实施的一系列效率改进，再增加24 MWe。

Columbia Generating Station此前已实施两次规模较小的功率提升，使其输出功率达到原许可热功率的106.7％，其中包括1999年获批的裕量功率提升，以及2017年获批的测量不确定性回收功率提升。这些工作为目前正在进行的更大规模EPU积累了基础经验。

在区域需求上升并需要可靠无碳能源供应的背景下，对现有核电机组实施功率提升可作为近期过渡方案。与新建绿地项目相比，这种方式能以更低成本和更小的进度风险增加稳定容量。自20世纪70年代以来，美国核管会已批准170多项功率提升。EPU是指电站输出功率提高超过7％，需要进行重大设备升级和严格的许可分析，以证明仍能保持安全裕度。

Columbia Generating Station目前获核运行至2043年。Energy Northwest计划申请后续许可证续期，以再延长20年运行期，并为充分实现功率提升投资的价值提供较长的时间跨度。

EPU项目标志着Energy Northwest与BPA持续合作关系中的一个重要里程碑，体现了双方推进可靠能源解决方案的共同承诺。

Energy Northwest于2020年启动EPU可行性工作，并于2023年7月正式开展研究。2023年至2025年，Energy Northwest与BPA进行了详细的商业论证评估，确定实施EPU需要约30个资本项目，其中近一半与Columbia Generating Station计划开展的全寿期管理工作重叠。这种协同将新增功率提升成本从约12亿美元降至7亿美元（按2025年币值计算）。

模型分析表明，在多种运行和税收抵免情景下，该项目很可能实现正净现值；BPA的《2024年资源计划》补充文件认定，EPU被纳入所有经过评估的最低成本资源组合。

Energy Northwest执行董事会于2025年4月批准商业论证，BPA于2025年5月批准实施，从而推动功率提升工作进入执行规划阶段。

“从评估转向承诺，是在对安全裕度、停堆工作整合和全寿期时间安排进行严格审视后作出的决定。”Energy Northwest首席项目官Alex Javorik表示。自EPU构想形成之初，他便一直负责监督相关工作。“在BPA的支持下，我们能够将功率提升工作范围纳入既定的停堆工作序列，这对于管理技术风险和确保执行可预测性至关重要。”

在监管方面，Energy Northwest计划于2028年向NRC提交功率提升许可证修改申请。该申请将符合NRC针对EPU的RS-001审查标准，以及行业和NRC不断发展的分级方法效率改进措施；这些措施旨在保持审查严谨性的同时简化技术审查。

Columbia Generating Station的EPU值得关注之处在于，其实施工作将分三个换料停堆期分阶段进行，分别为2027年、2029年和2031年。项目将在两次停堆之间保持卓越运行表现的同时，完成约30项独立改造。具体而言，该计划优先开展汽轮发电机和换热器升级、泵和电机升级以及配电系统改进，并对实施顺序进行安排，使其既符合停堆窗口要求，又能与已在开展的设备全寿期更换工作保持一致。

Columbia Generating Station的目标是将输出功率提高到原许可热功率的120％，这与General Electric开发并于20世纪90年代末获得NRC批准的标准化功率提升流程一致。在美国31座在运沸水堆中，已有12座达到这一基准（见图）。

随着第28次换料和维护停堆（R-28）将于明年春季进行，Columbia Generating Station将进入现场活动增多的阶段，为长期实施EPU做好准备。近期进展包括完成关键阀门升级的全部设计、签订蒸汽干燥器材料合同，以及与BPA建立针对115 kV变电站工程的定期协调机制。在R-28期间，项目团队将重点开展汽水分离再热器阀门和喷嘴升级、加热器疏水阀更换、部分管道支撑改进、堆内测量以及汽轮机检查。这些针对性工作既有助于设备准备，也有助于确保未来各功率提升停堆窗口期间的可靠性能。

Columbia Generating Station目前的铭牌容量为1,207 MWe，功率提升目标是将净电功率提高约162 MWe，相当于约12.5万户家庭的用电量。通过在同一批停堆期间纳入的能效项目，还将增加24 MWe；项目完成时，总增幅约为186 MWe。

规划与监管接洽Energy Northwest的规划路线图遵循NRC对EPU的要求，涵盖热工水力分析、事故和瞬态评价以及设备鉴定，同时采用行业和NRC的分级方法，优先配置工作人员资源并开展基于先例的审查。这种结构化方法有助于确保许可工作范围聚焦于电站的特定需求。与其他EPU一样，Columbia Generating Station的功率提升也需要增加燃料，以支持更高的热功率水平和更大的发电量。

EPU许可策略按顺序安排，以便与停堆执行工作保持一致，并通过前期预申请接洽、在适当情况下合并提交申请，以及制定符合RS-001和现行NRC／美国核能研究所审查时间安排的功率提升试验计划提供支持。

人员准备EPU执行团队由内部工程和维护团队，以及负责汽轮机、发电机和电站公用设施设备的专业承包商共同组成。由于Columbia Generating Station的EPU升级与其每两年一次的换料停堆同步进行，该项目将在不使停堆时间超过更换老化设备原本所需时间的情况下，产生额外的熟练技术工种需求。及早与原始设备制造商和关键设备供应商签订合同，可确保在停堆窗口开始前很长时间便落实设备和专业技术资源，从而降低进度与交付风险。

“我们的人员配置模型会有意识地评估并确定所需技能和资源，以最大限度利用EPU和长期资产管理改造所需的停堆窗口，同时不对电站持续运行造成不利影响。”Columbia Generating Station厂址副总裁Stephanie Banker表示，“严格管理、有效执行和可预测性，是我们履行停堆绩效和EPU交付承诺的关键。”

BPA的批准使项目能够开展长周期设备的多年采购，包括汽轮机转子和隔板、再热器、大型电机和泵以及发电机部件，并使交付时间与停堆窗口相匹配。从Energy Northwest的角度看，这项工作是Columbia Generating Station有史以来开展的最全面的电站公用设施现代化改造之一。工作范围包括适应更高蒸汽流量和水流量、改善总体热性能的升级，并使多项功率提升相关更换工作与现有全寿期管理承诺保持一致。这种整合对于控制停堆时长、保护关键路径，以及使Columbia Generating Station的系统做好在提升功率工况下可靠运行的准备至关重要。

为降低供应风险，Energy Northwest将工程工作前置，尽早确定最终技术规格，并与原始设备制造商开展渐进式设计审查，以确认可制造性和交付顺序。团队还与供应商密切合作，为大型锻件和铸件锁定原材料生产档期，在适当情况下建立替代采购渠道，并在停堆现场部署前很长时间便协调好供应商质量控制和现场吊装计划。这种主动方法对于在多个与功率提升相关的停堆窗口中保持进度确定性至关重要。

协调这一工作范围，需要Columbia Generating Station的工程、维护、供应链和项目管理团队持续保持一致。超过24个技术专业参与改造的规划和排序；这些改造必须在多个停堆窗口中实施，而且通常需要与重大全寿期管理更换工作并行开展。各团队已应对供应商制造周期、将功率提升设备纳入现有停堆关键路径，以及确保在现场部署前充分制定质量和吊装计划等挑战。这种跨职能协调对于确保功率提升按计划推进，并在连续多次停堆期间保持执行的可预测性至关重要。

行业普遍关注的一个核心问题，是在推进核能新项目或其他重大项目时避免分散对当前运行工作的注意力。Columbia Generating Station将EPU视为以电站为中心的可靠性工作，将其纳入换料停堆和全寿期维护，而不是作为外加工作层。在两次停堆之间，该电站继续作为满功率基荷资源运行，同时保留BPA要求的负荷跟踪灵活性。

与此同时，Energy Northwest正与X-energy及其合作伙伴推进Cascade Advanced Energy Facility。该项目初期计划在Columbia Generating Station附近建设4个Xe-100模块，总容量为320 MWe，未来可能扩建至12个模块、总容量960 MWe。开发活动经过审慎的分阶段安排，预计于本十年末开始建设，目标在21世纪30年代投入运行。其时间安排旨在不妨碍EPU的实施，并作为长期容量规划的一部分与EPU形成互补。

“升级Columbia Generating Station可增强现有资源的可靠性，以满足本地区不断增长的需求，有助于维持较低电价，并与正在开展的先进反应堆长期工作形成互补。”Energy Northwest首席核能官Dawn Sileo表示。

基于Columbia Generating Station早期的功率提升规划和执行工作，自EPU启动以来一直提供战略监督的Javorik，与工程、运行、维护和供应链等团队共同总结了若干见解，可能有助于正在评估类似功率提升策略的公用事业企业。以下经验反映了集体实践形成的若干主题，可为刚开始开展自身功率提升评估的组织提供有益参考。

1. 决策时考虑与全寿期工作的协同。通过将功率提升工作范围与计划内资产更换同步，将风险和成本压缩到现有维护窗口内，从而增强了实施EPU决策的合理性。

2. 跨多个停堆期分阶段实施，并合并许可申请。在多个停堆期内按顺序安排工作，可避免任务过度集中；合并相关许可证修改申请，则可利用分析协同效应，并提高NRC分级审查的效率。

3. 尽早锁定长周期设备。汽轮机、发电机和换热器供应链紧张，因此尽早冻结技术方案并采取双源采购策略，可以保护与停堆相关的关键路径。

4. 始终将运行纪律置于核心位置。将EPU视为与换料周期相结合的可靠性和现代化改造工作。在两次停堆之间，继续关注运行天数、启动纪律和能力因子表现。

5. 与能源营销合作伙伴开展协调。BPA从分析到审批全程参与，对于控制成本和实现区域价值发挥了关键作用。

6. 利用行业先例和指导文件。NRC的RS-001以及美国核能研究所新出现的流程改进框架，可在不牺牲严谨性的情况下将审查时间缩短数月，特别是在编制高质量、基于先例的申请文件时。

随着Columbia Generating Station逐步完成各个停堆窗口的工作，EPU正在证明，严格规划、早期供应链协调以及与全寿期维护协同，可以将复杂的功率提升转变为可预测、管理有序的现代化改造工作。与此同时，在Energy Northwest通过Cascade项目推进未来核能开发之际，该电站继续作为可靠的基荷资源运行。这些工作共同表明，电站可以在提高当前运行表现的同时，为未来容量需求做好准备。对于正在权衡类似功率提升项目的其他公用事业企业而言，Columbia Generating Station的经验提供了一种实用、可复制的模式，其基础是严格管理、长期规划，以及对近期现代化改造如何支持行业更广泛无碳未来的清晰认识。

Angela Smith是Energy Northwest首席传播官。