美國核能發展現狀及趨勢

2023年12月，美國在《聯合國氣候變化框架公約》第28 次締約方（COP28）大會上聯合二十多個國家共同承諾，放棄使用化石燃料，并在2050 年將全球核能裝機容量較2020 年增加兩倍。美國近兩屆政府均出臺政策法案，推動核能發展。促進核科學與技術發展、提升本國核工業實力、強化核能技術出口已成為美未來主要發展趨勢。

1 國內積極支持核能發展

美國兩黨已對推動核能發展形成共識。共和黨重視傳統能源，對核能表現出積極態度，黨綱曾呼吁擴大核能規模。特朗普政府也將核能發展作為國家戰略，堅決保持領先。民主黨重視氣候問題和可再生能源，2020 年發布的黨綱首次改變立場，表示支持包括核能在內的所有零碳技術。拜登政府也重返巴黎協定，將核能作為實現氣候目標的重要手段，基于現有的核能戰略，頒布一系列政策法案，為核能發展等提供財政支持。此外，美民眾對核能發展的支持力度也達到了新的高度。根據美國核學會2023 年6 月公布的信息，美國民眾中超75%支持核能，約70%支持在國內新建更多核電廠。在美政府、公眾逐漸對支持核能達成事實上共識的背景下，核能進入發展機遇期和加速期。

2 能源部加大核能技術開發經費投入

美持續加大對國內核電廠可持續性、先進反應堆部署和核燃料循環發展等領域的資金投入，為核能振興提供有力支持。2017—2023 財年美國會為能源部核能辦公室的撥款逐年上升，從2017 財年10.3 億提高至2023 財年17.73 億。其中，2022 財年起新增“小企業創新研究”（SBIR）計劃、“中小企業技術轉移”（STTR）計劃和“技術商業化基金”（FCF）計劃的撥款，三項計劃聯同“大學核領導力”計劃在2023 財年撥款達到1.3億美元；用于小型模塊化反應堆的研究、開發和應用的經費逐漸增加，從2019 財年10 億美元增加到2023 財年16.5 億美元；2020 財年起為“先進反應堆示范”計劃撥款，從2020 財年2.3 億美元增加到2023 財年2.85 億美元；核燃料循環研發和開發方面的經費也大幅增加，從2017財年2 億美元增加至2023 財年4.22 億美元。其中，2020 財年起新增鈾開采、轉化和運輸方面的撥款，2022 財年起新增高豐度低濃鈾可用性方面的撥款。此外，核能賦能技術領域也得到持續投入，國會在2017—2023 財年為能源部的交叉技術開發領域年均撥款3443萬美元、為核科學用戶設施領域年均撥款3690 萬美元。

3 全面推動本國核工業的振興

在美恢復核能競爭優勢戰略的共識下，美政府多領域推動國內核技術、能力及產業發展。

3.1 提升現有機組的可持續性

美國現有93 臺在運核電機組，平均壽期約為42 年。美能源部實施輕水堆可持續發展計劃，目標是從科學和技術層面為勞動密集型的商業模式和相關實踐提供解決方案，同時對現有機組系統、結構和部件等進行老化管理使其能夠安全經濟地運行。為實現相關目標，美重點關注運營成本、產品多樣化、機組延壽三項領域，通過數字技術研發推動現有機組現代化升級，開展評估以提高工廠運行和發電的靈活性，基于風險指引系統分析提高安全性和經濟效率，并推動材料和實物安全技術的研發

3.2 提升先進反應堆技術成熟度

美重點關注降低技術風險和減少示范時間、研發能夠拓展核能市場機會的反應堆技術、支持能夠提高資源利用率的多樣化設計，對下一代核電廠、先進反應堆相關的研究、開發和部署活動提供資金支持。其中，下一代核電廠主要是示范高溫氣冷堆技術的可行性，探索電力、高溫工藝熱等核能綜合利用的實用性和適用性；“先進反應堆概念”計劃聚焦先進反應堆子系統研發，解決使用液態金屬冷卻、氟化鹽和氣體等冷卻劑的先進核能系統面臨的技術障礙；“先進小型模塊化反應堆示范”計劃重點集中在四個關鍵領域，包括開發先進小堆技術和特征的評估方法，開發和測試材料、燃料等技術，解決核管會和工業界確定的關鍵監管問題，開發先進的儀控和人機系統。先進反應堆，尤其是小型模塊化反應堆成為美近期關注的重點，能源部和企業以成本共擔的模式推動10 種先進反應堆研發和商業化示范。

3.3 加速完善本國核燃料循環產業

美燃料循環發展主要目標是消除國內核燃料供應鏈短板、填補與先進反應堆配套的核燃料循環技術空白、評估廢物綜合管理系統建設方案。為此，美能源部設立燃料循環技術研發計劃，開發耐事故、經濟性好的先進燃料，供輕水堆和下一代反應堆使用；開發乏燃料回收鈾等材料的工藝；開發乏燃料和高放廢物的貯存、運輸和永久處置技術；開發核材料保護、控制和問責等安保和保障技術。美還設立“高豐度低濃鈾供應”計劃，使用庫存濃縮鈾，并與國內企業簽訂高豐度低濃鈾購買合同來刺激國內高豐度低濃鈾供應鏈發展。此外，美能源部提出基于同意的選址，以公眾接受的、靈活的方法進行乏燃料貯存和處置設施的選址。

3.4 激勵科研院所、私營企業技術創新

美設立多個計劃，鼓勵企業和科研院所的核能技術創新，包括“核能賦能技術”計劃、“核能加速創新門戶”計劃和“核科學用戶設施”計劃等。這些計劃聚焦核工業界、高校和國家實驗室的核能技術創新，為核能技術創新和商業化提供所需的技術、能力、監管和財政等方面的支持。具體而言，包括為核工業界提供實驗測試能力、先進建模仿真能力、已驗證的信息和數據、示范設施所需的場址，促進先進反應堆等的許可審批和監管，資助小企業技術創新和技術轉讓，資助高校和國家實驗室基礎設施升級，支持和投資人才隊伍建設等。

4 政府高層主動出擊促進核能出口

美國政府近年來大力推動核能出口，振興國內核能產業。核能出口地圖延伸到歐洲和亞太地區的新興國家市場，與波蘭達成3 臺AP1000機組出口合同，與羅馬尼亞、波蘭、愛沙尼亞等國家達成小堆建設協議，深化與印尼、菲律賓、泰國等國家的核能合作。同時，美還打入保加利亞、烏克蘭、捷克、芬蘭等國家核燃料市場，并涉足德國、瑞典、斯洛伐克、立陶宛等國家的核設施退役項目。此外，美國務院還建立“負責任地使用小型模塊化反應堆技術的基礎架構”（FIRST）計劃，以向目標國提供資金支持的方式，促進核能出口。2023 年，美政府還在COP28 大會上與法國、經合組織核能機構等發布《加速模塊化小堆部署促進凈零排放》倡議，加快小堆的研發部署和運行。

美國還采用多種措施限制競爭對手核能發展。為贏得核電出口項目、壟斷地區市場，美政府拒絕韓企參與捷克共和國的核電項目競爭，西屋公司也針對韓國向波蘭、阿聯酋等國出口的APR1400 核電項目提起多起知識產權訴訟，形成持續干預和阻礙韓國核電出口的局面。

5 核能可持續發展挑戰

5.1 部分州仍處于“核暫停”狀態

美各州擁有高度的自制權，并擁有立法權。自上世紀70年代以來，美50個州中有16個頒布核能禁令。隨著美重視發展核能，2016—2023年有5個州重新選擇核能，但至今仍有11個州對核能仍實行不同程度的“暫停”政策，包括立法禁止新建反應堆、完全禁止核能和政策上限制核技術或設施的許可或測試。其中，多數州“核暫停”的主要原因是沒有對乏燃料永久處置的解決方案。據美能源部估算，國內需要新增200 吉瓦的核電才能達成凈零排放目標，而推動各州解除“核暫停”狀態則成為其實現目標的關鍵。

5.2 大堆建設拖期超概，小堆商業化存不確定性

美大型核電廠近年來發展節奏緩慢，本世紀國內僅啟動建設兩臺機組，原計劃最晚2017年全部投運，但截至2023 年底僅投運一臺機組，另一臺投運在即又因關鍵部件故障推遲投運。同時，兩臺機組的預計總造價也從140 億美元提高到超300 億美元。拖期超概現象降低美核工業界對大型輕水堆投資的信心。其次，美大力推動發展的小型模塊化反應堆等先進反應堆存在技術和監管的不確定性。目前，先進反應堆均處于研究設計階段，技術成熟度較低，尚未有一臺機組示范運行，國內尚未達成任何先進反應堆的訂單。此外，美正面臨大量核廢物處理難題，有研究顯示小型模塊化反應堆相比大型壓水堆將產生更多的放射性廢物。

6 結語

美各方正協力推動核能發展、恢復美核能領導地位，通過制定國家戰略對核能發展路線進行頂層設計，并持續增加財政投入為核能發展提供有力支持。為應對核工業振興過程中的各項挑戰，美聚焦支持本國現有機組的可持續性、大力提升先進反應堆技術成熟度、加速完善本國核燃料循環產業、激勵科研院所和私營企業的技術創新等領域，振興核工業自身力量。同時，美政府主動出擊促進核能出口，爭取國外核能訂單重振核能信心，限制競爭對手核能發展。但目前美核能發展仍面臨多項挑戰，自由市場競爭環境下核能振興步伐緩慢。