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日本正为下一代核技术做准备,关于新核电站我们需要知道这4件事

日本正准备开启一个新的核时代,而本国的一些工业巨头也想加入。

据日经新闻报道,作为日本首相岸田文雄宣布的重大能源政策转变的一部分,日本计划自2011年3月地震和随后的海啸导致福岛核电站灾难以来,首次批准建造核电站。

IAEA Imagebank, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

日本经济产业省(METI)本周透露了计划的细节,称还将为一些反应堆保持60年以上的运行寿命创造途径。

为了准备新的建设项目,三菱重工(MHI)在10月详细介绍了下一代核电站的计划,日立也开始解释其方法。竞争对手们都在期待获得新的订单。

但是,新的核电站会有什么不同,它们如何实现更安全,以及它们将如何帮助日本的能源组合?这里有四件事需要了解。

正在开发什么样的核电站,以及何时开发?

这两家公司正在竞争开发所谓的创新轻水反应堆,即在现有大型轻水反应堆的基础上加强安全功能的核电站,两家公司都希望在2030年代中期将新核电站商业化。

MHI核电部门负责人加藤显彦称,基本设计已“完成80%”。日立表示已经在通过其通用电气(GE)的合资企业日立GE核能公司开发相应的产品。

两家公司还在开发其他类型,包括所谓的小型模块化反应堆,每台设备的功率输出高达300兆瓦。

MHI还在研究高温气冷堆(HTGR),它是可以大规模生产氢气和电力的反应堆。

日立公司与美国通用电气公司合作,正在开发可重复使用核燃料的快速反应堆,MHI打算将高温气体反应堆技术授权给美国初创公司TerraPower,其中包括更换燃料或检测受损燃料的设备。

这些新的反应堆预计至少要到2030年代才能投入商业使用,也将要求履行新的安全标准。

新核电站会安全吗?

福岛核事故发生时,海啸破坏了核电站的控制系统,使本应安全停止运行并防止放射性物质释放的冷却功能失效。

轻水反应堆的关键特征是日立公司所谓的被动反应堆冷却系统,在发生灾难的情况下,它可以在没有外部电源的情况下运行。

这一系统利用自然过程来冷却和消除有毒物质。例如,如果堆芯熔毁,核燃料泄漏到反应堆容器中,堆芯捕捉器将被安装在容器下,这样燃料就不会泄漏到建筑物外。

即使反应堆中的放射性气体不得不作为防止容器损坏的最后手段而释放,排气过滤器也能将有毒物质分解成更安全的成分。

内閣官房内閣広報室, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

MHI计划中的1200兆瓦核电站将部分建在地下,以尽量减少地震、飞机失事或其他灾难的破坏。核电站将建得足够高,以避免海啸的破坏。外墙将比以前厚一倍,通信网络将被设计为防止网络攻击。

东京工业大学的奈良林直教授将新型反应堆描述为“核技术汇编”,其中整合了从福岛核事故中吸取的教训。

但这些计划将耗资巨大,可能还需要政府资助,MHI的加藤显彦表示:“我希望政府能给予我们更多支持,特别是在资金方面。”

新的政府政策将如何改变日本的能源供应?

核电从可持续发展的角度来看被认为是最清洁的电力来源之一,它可能在日本的能源结构中占越来越大的份额。日本经济产业省数据显示,在2019财年,核电仅占日本约1亿千瓦时的电力需求的6%。预计到2030财年,这一比例将增加到20%至22%之间。可再生能源的份额将从2019年的18%增加到2030年的36%至38%。

新一代核电站的特点是更容易在短时间内或在低产量下运行,这将使它们更容易与风能和太阳能等可再生能源结合使用,这些能源受天气和一天不同时段的影响。

日本开发可再生能源的能力受相对较小的可用土地和深近海水域的限制,依靠煤炭来提供稳定的电力来源与减少碳排放的目标相冲突。

这就是为什么兼具稳定的供应、低发电成本和脱碳的核能,正再次成为可行的替代能源。

在日本建造新的核电站前,需要重新启动一些现有设施,同时消除自福岛事故以来对其安全性的疑虑,获得最终承担事故风险的地方当局的批准也是至关重要的。

Tomari_Nuclear_Power_Plant_01-02_retouched.jpg: Mugu-shisaiderivative work: PM3, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

关于下一代核电站,世界上正在发生什么?

7月,欧盟在其投资“分类”中将核电站定为绿色项目。如果核电站在2045年前获得建设许可,则被归类为可持续发展,前提是不会对包括对生物多样性和水的影响在内的环境造成重大损害,欧盟此举可能会刺激下一代核电站的发展。

英国已经宣布了到2050年新建多达八个大型反应堆的计划。政府将为劳斯莱斯公司提供2.1亿英镑,用于开发小型模块化反应堆,此外还计划在2030年代建造HTGR,并打算采用日本技术。

在法国,政府将投资10亿欧元用于小型模块化反应堆的研究和开发活动。东欧对低成本核电站也有兴趣,由于俄罗斯减少对欧洲的天然气供应,天然气价格的上涨尤其构成了威胁。

美国初创公司NuScale Power将于2029年在爱达荷州西北部开始运营首个发电厂。每台机组的输出功率将低于100兆瓦,根据当地需求,几台机组将被合并。日本的IHI是世界领先的核反应堆安全壳制造商,IHI与电站建造商日挥建设股份公司(JGC Holdings)和国际协力银行一起对NuScale Powe进行了投资。

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