LTO
——核電經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)選擇

世界核協(xié)會(huì)(WNA)2020年6月發(fā)布《核能資產(chǎn)的持久價(jià)值》報(bào)告。報(bào)告介紹了核電廠長期運(yùn)行(LTO)的優(yōu)勢，指出LTO是能源經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)選擇，分析當(dāng)前核電機(jī)組提前關(guān)閉原因，并提出確保核電廠LTO需要開展的工作。

1 在運(yùn)核電機(jī)組具備長期運(yùn)行能力

LTO的目的是將核電廠運(yùn)行壽期延長至超過原許可證運(yùn)行壽期或設(shè)計(jì)壽期，使其能夠在更長時(shí)間內(nèi)以可靠、低成本且低碳排放的方式生產(chǎn)電力，從而實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。大多數(shù)在運(yùn)機(jī)組的設(shè)計(jì)壽期為30至40年，但這并非由于技術(shù)限制。如今，在滿足法規(guī)、安全性和經(jīng)濟(jì)性要求后，核電機(jī)組延壽已成為一種常見做法。

圖1 在運(yùn)核電機(jī)組的役齡組成(截至2020年1月)

如圖1所示，全球大部分在運(yùn)機(jī)組的役齡均已超過30年。2019年，5臺(tái)核電機(jī)組運(yùn)行期滿50年，這是一個(gè)重要的里程碑。印度塔拉普爾1號機(jī)組率先實(shí)現(xiàn)，其次是塔拉普爾2號機(jī)組、瑞士貝茲瑙1號機(jī)組、美國九英里峰1號機(jī)組和京納機(jī)組。這些機(jī)組將在比最初預(yù)期更長的時(shí)間里，繼續(xù)以清潔可靠的方式生產(chǎn)電力。

核電廠LTO已有許多成功先例。美國大部分機(jī)組已運(yùn)行超過30年，但運(yùn)行實(shí)績十分卓越，近年來的負(fù)荷因子超過90%。幾乎所有機(jī)組均獲得了在40年設(shè)計(jì)壽期的基礎(chǔ)上延壽20年的許可。許多運(yùn)營商希望能二次延壽，將機(jī)組運(yùn)行壽期延長至80年。2019年12月，佛羅里達(dá)州土耳其角廠成為全球第一座獲準(zhǔn)延壽至80年的核電廠。

談到核電廠老化問題，各國面臨諸多挑戰(zhàn)，并非所有核電機(jī)組都能實(shí)現(xiàn)延壽。例如，由于石墨組件壽期有限且無法替換，英國先進(jìn)氣冷堆(AGR)機(jī)組將在未來10年內(nèi)全部關(guān)閉，平均運(yùn)行壽期為40至50年。俄羅斯大功率沸騰管式堆(RBMK)也面臨類似問題，日益老化的石墨裝置降低了機(jī)組運(yùn)行性能，并將其運(yùn)行壽期限制在45年左右。但這類技術(shù)只占世界核電廠的小部分。大部分核電機(jī)組采用的是壓水堆(PWR)、沸水堆(BWR)和加壓重水堆(PHWR)技術(shù)，沒有運(yùn)行壽期方面的特殊限制。此外，關(guān)于老化問題的技術(shù)研究也在不斷推進(jìn)，甚至有望找到石墨堆延壽的解決方案。

1.1 部分核電機(jī)組提前關(guān)閉原因

在2011年福島核事故發(fā)生后，許多核電機(jī)組在許可壽期期滿之前關(guān)閉。其中大部分機(jī)組的關(guān)閉并非由于設(shè)備老化等技術(shù)問題，而是受市場、經(jīng)濟(jì)條件或政府法令影響的結(jié)果。在許多國家，何時(shí)關(guān)閉機(jī)組的決定權(quán)由政府掌握。即使運(yùn)營商有選擇權(quán)，政府也可通過引入新的稅收政策及市場改革，或者推動(dòng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定新的投資標(biāo)準(zhǔn)，迫使核電廠提前關(guān)閉。美國自2013年以來已有約10臺(tái)機(jī)組在許可壽期期滿前關(guān)閉。若及時(shí)獲得政府支持，其中的大部分機(jī)組應(yīng)能避免提前關(guān)閉。事實(shí)上，關(guān)于是否建設(shè)以及如何維持并監(jiān)管核電廠，從根本上講仍是一個(gè)政治問題。

水力壓裂技術(shù)的成熟，使低價(jià)頁巖氣大批出現(xiàn)，導(dǎo)致電力價(jià)格下降，間接促使美國多臺(tái)核電機(jī)組因經(jīng)濟(jì)因素提前關(guān)閉。但起決定性作用的仍然是市場結(jié)構(gòu)。由于政府對核電廠征稅，瑞典和西班牙最近也有部分核電廠關(guān)閉。

圖2 核電機(jī)組關(guān)閉原因(2000年1月—2020年1月)

此外，還有政治因素導(dǎo)致的關(guān)閉。例如德國和韓國的部分機(jī)組因政府的棄核政策而提前關(guān)閉。斯洛伐克等中東歐國家因歐盟入盟要求而關(guān)閉老舊機(jī)組。

政策、法規(guī)、維護(hù)成本和市場等因素的共同作用是導(dǎo)致核電機(jī)組關(guān)閉的主要原因。2011年3月福島核事故只涉及4臺(tái)機(jī)組，但之后日本電力公司一直無法從地方政府獲得重啟核電機(jī)組的許可。新安全標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，多家公司因成本原因放棄對舊機(jī)組升級改造，導(dǎo)致10余臺(tái)機(jī)組選擇關(guān)閉。

1.2 LTO的價(jià)值

作為低碳戰(zhàn)略的一部分，核電廠LTO不僅能夠降低消費(fèi)者的能源支出，還有助于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。由于電廠層面的經(jīng)濟(jì)、政治原因，核電機(jī)組提前關(guān)閉的趨勢已引發(fā)社會(huì)各界關(guān)注。越來越多的社會(huì)團(tuán)體和國際組織呼吁將核能視為改善氣候變化的優(yōu)先選擇，并向各國政府施壓，要求設(shè)法避免核電廠過早關(guān)閉。

在大多數(shù)能源市場，如果以平準(zhǔn)化成本(LCOE)計(jì)算，LTO是最經(jīng)濟(jì)的選擇，這種狀態(tài)預(yù)計(jì)將保持幾十年。在大多數(shù)發(fā)展中國家，新建核能仍然是最便宜的低碳技術(shù)之一。在美國等發(fā)達(dá)國家，建造一臺(tái)同類型核電機(jī)組的成本是現(xiàn)有機(jī)組延壽的兩倍之多(詳見圖3)。此外，核電廠LCOE包含了包括廢物管理在內(nèi)的所有成本。相比之下，化石燃料電廠LCOE未包含相關(guān)碳成本，可再生能源LCOE未包含電網(wǎng)調(diào)頻等成本。這些成本最終均需由消費(fèi)者承擔(dān)。

圖3 中國和美國多種發(fā)電技術(shù)的平準(zhǔn)化成本(LCOE)* 核電廠長期運(yùn)行

此外，核能遠(yuǎn)不止發(fā)電這一種能力。政府在確定市場框架時(shí)是否承認(rèn)并鼓勵(lì)以下優(yōu)勢，是影響核電未來前景的關(guān)鍵因素之一：

· 零碳排放；

· 與其他能源技術(shù)相比，土地和資源占用量較小；

· 可有效避免氮氧化物、硫氧化物、重金屬和顆粒物等污染物排放；

· 可持續(xù)供電，并可根據(jù)用電需求調(diào)峰運(yùn)行；

· 提高能源彈性，加強(qiáng)在極端氣候條件和外部威脅情況下的電力供應(yīng)能力；

· 提供有助于穩(wěn)定電網(wǎng)和調(diào)節(jié)頻率的運(yùn)行慣量；

· 燃料便于貯存，有助于加強(qiáng)能源供應(yīng)安全性；

· 主要位于非城市地區(qū)，可為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造高薪工作崗位；

· 可為研究、醫(yī)學(xué)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)提供同位素和支持；

· 有助于供熱、工業(yè)和運(yùn)輸部門的脫碳。

在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)2018年10月發(fā)布《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》后，社會(huì)團(tuán)體和國際組織的緊迫感與日俱增，核能逐漸被認(rèn)為是應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)。國際能源署(IEA)署長法提赫·比羅爾表示：“核電延壽不僅是一種經(jīng)濟(jì)有效的解決方案，還能讓我們的氣候目標(biāo)保持活力。這是當(dāng)今最緊迫的政策挑戰(zhàn)。”

放棄核電這種可靠的低碳排放電廠而不是化石燃料電廠，無助于各國實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。例如，盡管許多人認(rèn)為德國是環(huán)境保護(hù)的倡導(dǎo)者，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，從絕對值來看，德國的二氧化碳排放量位于所有歐洲國家之首。鑒于其棄核政策，德國未來似乎將主要依賴于化石燃料。最近發(fā)布的燃煤電廠關(guān)閉時(shí)間表證實(shí)了這一情況。根據(jù)該時(shí)間表，德國將于2038年關(guān)閉所有燃煤電廠，并在之后保持對天然氣的依賴。

從運(yùn)營商的角度來看，核電廠LTO也具有重要意義。運(yùn)營商擁有技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、必要的人力資源以及基礎(chǔ)設(shè)施，LTO取證過程將比建設(shè)核電機(jī)組更低價(jià)、更容易，而且還延長了建設(shè)廢物管理設(shè)施和充實(shí)退役資金的時(shí)間。當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)也將受益于此。關(guān)閉一座核電廠將在一定程度上造成社會(huì)動(dòng)蕩，美國佛蒙特州佛揚(yáng)基核電廠2014年關(guān)閉時(shí)，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)損失達(dá)6000多萬美元，稅收至少損失1200萬美元，大量人員失業(yè)。

美國和歐洲核電建設(shè)項(xiàng)目近期在時(shí)間和預(yù)算上都出現(xiàn)了巨大超支，間接提升了LTO的吸引力。然而，由于現(xiàn)有核電廠終將關(guān)閉，不能將LTO視為新建核電廠的替代方案。LTO從根本上說只是一種投資較低的權(quán)宜之計(jì)，建設(shè)核電廠對于核工業(yè)的長期發(fā)展和實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)都不可或缺。LTO應(yīng)為新建項(xiàng)目起到橋梁的作用，并幫助在積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)保持核心行業(yè)競爭力，進(jìn)一步降低未來新建項(xiàng)目成本。

2 確保LTO順利實(shí)施的關(guān)鍵要素

LTO的順利實(shí)施需要包括運(yùn)營商、供應(yīng)鏈企業(yè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和政策制定者在內(nèi)的多方開展密切合作。

2.1 運(yùn)營商

對于核電運(yùn)營商而言，應(yīng)在項(xiàng)目初期就將LTO方案考慮在內(nèi)。LTO的準(zhǔn)備工作受監(jiān)管完善情況、裝機(jī)規(guī)模以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)水平等因素的影響，若不及早開展準(zhǔn)備工作，項(xiàng)目成本及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)增加。

建立核電機(jī)組壽期管理體系(PLiM)同樣重要。PLiM的目的是確定核電機(jī)組整個(gè)運(yùn)行壽期內(nèi)所有需求和影響因素，保持高安全性并優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行實(shí)績。PLiM將綜合考慮老化監(jiān)測與經(jīng)濟(jì)規(guī)劃，從而解決設(shè)備老化、維修排序、定期安全審查、教育培訓(xùn)等一系列延壽問題。

作為PLiM的一部分，運(yùn)營商應(yīng)盡可能采用狀態(tài)檢修方法，即根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)測設(shè)備的故障，并根據(jù)預(yù)知的故障信息合理安排檢修項(xiàng)目和檢修周期。LTO的成功實(shí)施還取決于是否有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變更和知識(shí)管理方案。這對于機(jī)組的維護(hù)尤為重要。改造升級缺乏完整記錄，將使得后續(xù)升級改造過程更具挑戰(zhàn)性。

LTO升級和取證活動(dòng)開始前，運(yùn)營商還應(yīng)對未來幾十年中可能出現(xiàn)的機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析預(yù)測。這意味著需要將新興技術(shù)考慮在內(nèi)，例如可再生能源、智能儀表和電動(dòng)汽車等。同時(shí)還應(yīng)考慮是否需要引入負(fù)荷跟蹤或熱電聯(lián)產(chǎn)(如氫氣生產(chǎn)、區(qū)域供熱等)等運(yùn)行模式，確保經(jīng)濟(jì)可行性。

在LTO取證之前，還需解決部分經(jīng)濟(jì)和法律層面的問題，包括下述四方面：

· 一是所有權(quán)問題。部分在運(yùn)核電廠的所有權(quán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多個(gè)業(yè)主可能無法就LTO達(dá)成統(tǒng)一意見。若電廠想要在原壽期基礎(chǔ)上繼續(xù)運(yùn)營，可能需要改變所有權(quán)結(jié)構(gòu)。

· 二是土地租賃問題。可能需重新協(xié)商土地使用權(quán)。

· 三是投資回報(bào)問題，即是否有機(jī)制能夠保障更長壽期內(nèi)的投資回報(bào)，例如長期購電協(xié)議。

· 四是退役和廢物管理資金問題。因運(yùn)行壽期延長及未來廢物量變化的影響，用于退役和廢物管理的資金數(shù)額也應(yīng)調(diào)整。

在LTO全過程中，還應(yīng)注意人力資源保障。60年的運(yùn)行壽期，已超過人均工作年限，這就意味著在電廠運(yùn)行期間，需要注入數(shù)輪新鮮血液。員工的期望在不斷變化，包括更加偏向于靈活的工作條件、數(shù)字化工作模式、以及“自下而上”的管理體系。因此，運(yùn)營商應(yīng)及時(shí)采取措施調(diào)整企業(yè)文化和就業(yè)福利，確保能夠繼續(xù)吸引高素質(zhì)勞動(dòng)力。

2.2 供應(yīng)鏈

維持健康的供應(yīng)鏈?zhǔn)荓TO面臨的更棘手挑戰(zhàn)。核電機(jī)組運(yùn)行壽期長，設(shè)備和部件更換頻率低，訂單數(shù)量相對較少，使得供應(yīng)商不得不權(quán)衡是否有必要保持昂貴的核電設(shè)備供應(yīng)商資質(zhì)，這將導(dǎo)致合格供應(yīng)商較少，設(shè)備更換成本高。因此，運(yùn)營商和供應(yīng)商需共同努力，保障消耗性設(shè)備和部件在整個(gè)運(yùn)行壽期內(nèi)的有效供應(yīng)。

為不斷提升運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)競爭力，核工業(yè)具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新動(dòng)力。但對于LTO而言，創(chuàng)新往往意味著淘汰，技術(shù)革新可能使得核電廠無法從供應(yīng)鏈中獲得老舊設(shè)備。而且，核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通常禁止直接使用行業(yè)外的現(xiàn)成產(chǎn)品(OTS)，同時(shí)要求將多種冗余系統(tǒng)作為縱深防御的組成部分，這意味著必須將舊系統(tǒng)作為新系統(tǒng)的備份或替代品，一個(gè)經(jīng)典的例子就是很多核電廠目前仍在使用手搖電話。此外，從LTO的角度來看，創(chuàng)新還包含著協(xié)調(diào)國際規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)施商品級物項(xiàng)適用性確認(rèn)(CGD)，使更多普通商品能夠供核電廠使用。

新技術(shù)也可發(fā)揮重要作用。可供在LTO中使用的關(guān)鍵技術(shù)包括下述六類：

· 一是數(shù)字化/數(shù)字孿生技術(shù)，有助于設(shè)計(jì)變更和知識(shí)管理；

· 二是增材制造技術(shù)，確保特殊設(shè)備和部件在供應(yīng)商停止生產(chǎn)后的可獲得性；

· 三是自動(dòng)化和傳感器技術(shù)，有助于加強(qiáng)對設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)測，有利于根據(jù)設(shè)備狀態(tài)開展檢修工作，從而延長關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行壽期；

· 四是人工智能技術(shù)，有助于改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)度規(guī)劃，降低停堆和改造期間的成本、時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)；

· 五是機(jī)器人技術(shù)，能夠在難以靠近和高輻射的環(huán)境中工作，并可遠(yuǎn)程執(zhí)行維修任務(wù)；

· 六是新型燃料設(shè)計(jì)，可提高安全性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)和影響，同時(shí)促進(jìn)運(yùn)行靈活性和功率的提升。

2.3 政府、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和利益相關(guān)方

政府應(yīng)繼續(xù)積極支持核能，確保政策連續(xù)性。對于政府來說，僅允許LTO是不夠的，還需要積極開展一系列工作，包括：

· 加大基礎(chǔ)教育投入，確保核工業(yè)能擁有熟練的員工隊(duì)伍；

· 制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，維持供應(yīng)鏈健康；

· 改革市場結(jié)構(gòu)，重視核能的非電力應(yīng)用；

· 在部分國家，LTO必須有公眾參與。因此政府應(yīng)確保這一過程的透明度，并向利益相關(guān)方提供基于事實(shí)的信息。除安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，還應(yīng)包含社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的內(nèi)容。

由于企業(yè)和金融機(jī)構(gòu)需將政策風(fēng)險(xiǎn)考慮在內(nèi)，因此任何形式的棄核政策都會(huì)擾亂核電廠LTO進(jìn)程，并導(dǎo)致成本增加，使得國家氣候目標(biāo)更加難以實(shí)現(xiàn)。

在核電廠的整個(gè)運(yùn)行壽期中，監(jiān)管機(jī)構(gòu)的組織架構(gòu)和人員的變化都將影響LTO的實(shí)施，因此，監(jiān)管機(jī)構(gòu)也需要制定一個(gè)長期方案。同時(shí)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)具備足夠的法律權(quán)威、技術(shù)和管理能力以及人力和財(cái)政資源，確保現(xiàn)有的監(jiān)管框架與需要明確界定的LTO的要求相一致。此外，監(jiān)管機(jī)構(gòu)還應(yīng)加強(qiáng)國際合作，共享類似電廠的運(yùn)營歷史并汲取其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促進(jìn)LTO的順利實(shí)施。

除運(yùn)營商、政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)，其他利益相關(guān)方(如當(dāng)?shù)厣鐓^(qū))的認(rèn)同和參與也是LTO的重要組成部分。某些過去的參與和溝通方法現(xiàn)在可能已經(jīng)失效，因此需重新評價(jià)現(xiàn)有的參與和溝通機(jī)制，確定其在推進(jìn)LTO的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)對特定挑戰(zhàn)方面的有效性。

3 小結(jié)

核電廠LTO已得到成功示范，現(xiàn)已成為標(biāo)準(zhǔn)化的工作模式。當(dāng)今絕大多數(shù)機(jī)組將運(yùn)行壽期延長至60年甚至80年不存在技術(shù)障礙。LTO意味著現(xiàn)有核電廠能夠繼續(xù)以可靠且低碳的方式大量生產(chǎn)電力，大幅增加了這些發(fā)電資產(chǎn)的價(jià)值。

自2000年以來關(guān)閉的核電機(jī)組大部分是因政治和經(jīng)濟(jì)原因，而非技術(shù)原因。例如，在2011年3月福島事故后，日本電力公司無法滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出的昂貴重啟要求，決定關(guān)閉10多臺(tái)機(jī)組。如果各國認(rèn)真研判世界低碳發(fā)展形勢并決定繼續(xù)享受核電帶來的眾多益處，那么出于政治和經(jīng)濟(jì)因素關(guān)閉核電機(jī)組的情況將大幅減少。

雖然LTO是一個(gè)緊迫的全球優(yōu)先事項(xiàng)，但它不應(yīng)成為現(xiàn)有核電國家停止核電建設(shè)的借口。核電廠最終都將關(guān)閉，LTO可以通過保留關(guān)鍵技術(shù)能力，為未來核電建設(shè)項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。LTO和核電建設(shè)應(yīng)同時(shí)推進(jìn)，共同助力減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

業(yè)界、政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)迫切需要采取行動(dòng)，最大限度地提高現(xiàn)有核電廠的運(yùn)行壽期。運(yùn)營商應(yīng)在三方面開展工作：第一，在初期階段就引入電廠壽期管理和設(shè)計(jì)變更管理計(jì)劃； 第二，在取證及現(xiàn)代化改造之前，對政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、法律和環(huán)境方面可能存在的威脅和機(jī)會(huì)進(jìn)行評價(jià)； 第三，加強(qiáng)企業(yè)文化建設(shè)，包括重視電廠的現(xiàn)代化改造和人力資源培養(yǎng)。

此外，在核電廠長期運(yùn)行過程中，運(yùn)營商和供應(yīng)商還應(yīng)確保設(shè)備和相關(guān)部件的可獲得性。LTO意義上的創(chuàng)新應(yīng)包括協(xié)調(diào)國際規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)施商品級物項(xiàng)適用性確認(rèn)。數(shù)字化、增材制造、機(jī)器人、人工智能、自動(dòng)化和先進(jìn)核燃料等新技術(shù)也將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

各國政府不僅應(yīng)允許核電廠LTO，還應(yīng)積極支持核能，并確保相關(guān)政策的連續(xù)性。作為工業(yè)戰(zhàn)略的一部分，政府還應(yīng)為必要的基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)提供教育培訓(xùn)資源，并承認(rèn)核電的優(yōu)勢，重新規(guī)劃能源市場。