核能如何应对电力需求激增挑战

电力行业面临着一个日益不容忽视的时序问题。数据中心、人工智能(AI)部署、工业回流以及更广泛的电气化正在推动负荷增长，其速度是几十年来所未见的——而且这些新增需求中的大部分都要求零碳排放、稳定的电力。核能符合这些要求。但行业能否足够快地提供产能？

POWER 杂志采访了美国电力研究院的两位副总裁，以获取更清晰的图景：核能副总裁兼首席核能官 Steve Swilley，以及能源供应、核能开发和核聚变副总裁 Steve Chengelis。他们的信息很直接：可选择性并非一个选项。满足需求需要在多个战线同时采取行动——从现有电站中挖掘更多潜力，推进新项目建设，并解决历史上困扰核能项目的执行挑战。

现有机组：相当于九座反应堆的未开发产能

获得新核电容量的最快途径并非破土动工，而是从已运行的电站中获取更多电力。

“即使加快许可进程，大型新反应堆和同类首创小堆的建设也主要会延续到2030年代早中期，” Swilley 说。这个时间线与近期负荷增长不匹配。与之匹配的是：功率提升、停堆优化、长期运行策略以及近期停运电站的重新启动。“美国电力研究院的研究表明，这些措施可以在几年内提供相当于大约九座大型反应堆的额外美国产能，” Swilley 补充道。

Swilley 解释说，从历史上看，美国的功率提升使每台提升机组实现了约15%的增量，总计增加了约8吉瓦的产能。美国电力研究院目前的评估表明，整个机群仍有5吉瓦至8吉瓦的潜力，数十台机组具有厂址特定的机会。最有希望的候选者是那些作为长期运行策略一部分进行现代化的电站——特别是那些升级数字化仪表、改进汽轮机或通过更好的分析技术恢复裕度的电站。

“要达到该范围的上限，需要协调投资于电站现代化、监管接洽和供应链成熟度，” Swilley 指出。

实现80年电站寿命

许可证延寿使电站能够运行得比最初设想的更久，其中一些现在的目标是80年寿命。Swilley 说，美国电力研究院的研究表明，达到这个目标没有通用的技术障碍，但延长运行需要更深入地理解材料在数十年应力下的老化情况。

“关键关注领域包括高中子注量下的反应堆压力容器脆化、堆内构件中的辐照辅助应力腐蚀开裂、长期混凝土性能以及电缆老化，”他解释道。美国电力研究院正在推进无损检测技术、改进的监督数据和更好的老化管理模型方面的工作。

“目标不仅仅是许可证更新，而是在延长的寿命期内保持或提高可靠性和安全性，” Swilley 说。

小堆：变化的经济性论证

小堆的经济性论证与五年前不同——尽管不一定是因为行业曾经预期的原因。

“小堆的商业论证已经发生了显著变化，这更多地是由对稳定、可靠容量需求的急剧上升驱动的，而不是成本降低，” Chengelis 说。早期关于小堆的讨论集中在学习曲线和标准化推动成本下降。如今，需求信号本身已成为决定性因素。

成本通胀依然存在，但 Chengelis 指出，真正的差异化因素是另一个变量：执行确定性。美国电力研究院的研究——通过项目开发和执行指南、其先进反应堆路线图以及支持工程和建设创新的工作——明确聚焦于改善交付。“能够展示按时、按预算执行的项目将最终决定小堆的可扩展性和竞争力，” Chengelis 预测道。

高浓度低富集度铀问题

先进反应堆的部署部分取决于燃料可用性，特别是高浓度低富集度铀。“进展是真实的，但时间仍然紧迫，” Chengelis 报告说。

联邦投资帮助重启了美国的铀浓缩和还原转化活动，但需要持续的需求信号才能使高浓度低富集度铀生产在商业上具有持久性。美国电力研究院与行业和美国能源部合作的工作表明，早期的小堆部署很可能得到支持，但要超越先行者进行规模化推广，则需要坚定的项目承诺。

“燃料准备与其说是一个技术问题，不如说是一个协调市场时机的问题，” Chengelis 说。

供应链深度剖析：锂-7挑战

一个受到关注的供应链脆弱性涉及锂-7，这是核能行业以外许多人可能从未听说过的材料。Swilley 解释说，锂-7用于压水堆以控制冷却剂化学性质并减少腐蚀。它也出现在第四代熔盐堆设计中，作为冷却剂或燃料溶剂，并在核聚变中用于氚增殖。

“随着全球对锂的需求在多个行业增长，供应集中度和成本波动性成为关注点，” Swilley 说。“美国电力研究院正在评估替代化学方案，例如基于钾的选项，这些方案可以在不影响材料性能的情况下减少对锂-7的依赖。”

数字化工具获得关注

数字孪生和人工智能驱动的预测性维护正从试点项目转向在核电机群中有选择地部署，Swilley 表示。“公用事业公司正在价值主张最强的领域部署数字化表示，”他说。这些领域包括资产健康监测、停堆计划、化学控制和操作员支持。对于新反应堆项目，数字孪生正在支持设计、建造和材料分析。“美国电力研究院的作用包括帮助标准化数据实践、验证模型以及确保网络和监管方面的考虑得到解决，” Swilley 解释道。