1渡尽劫波,修成正果当孪生兄弟再次相遇时,谁都没有料到,中间竟然隔了一个世纪。这对孪生兄弟,是沃茨巴(WattsBar)核电厂的1号和2号机组。它们可谓名副其实的难兄难弟,从开建之日起,就一路坎坷,而且一个比一个惨。虽然同生不同命,欣慰的是,它们最终都修成了正果。故事,还得从上世纪30年代讲起

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核史丨花了43年才建成的反应堆 远不是最糟糕的……

2018-06-25 09:49 来源:核史钩沉 作者: 另类核史

1 渡尽劫波,修成正果

当“孪生兄弟”再次相遇时,谁都没有料到,中间竟然隔了一个世纪。

这对“孪生兄弟”,是沃茨巴(Watts Bar)核电厂的1号和2号机组。它们可谓名副其实的“难兄难弟”,从开建之日起,就一路坎坷,而且一个比一个惨。虽然同生不同命,欣慰的是,它们最终都修成了正果。

故事,还得从上世纪30年代讲起。

大萧条时期,美国新任总统罗斯福为了摆脱经济危机的困境,作为新政试点方案之一,在1933年力推通过了《田纳西河流域管理局法案》,并于同年成立田纳西河流域管理局,负责对美国东南部田纳西河流域内的自然资源进行综合开发和利用。田纳西河流域管理局既享有一定的政府权力,又具有高度的经营自主权,并在一些经济领域受到垄断保护,是一个非常特殊的联邦机构。发展到今天,已经成为美国最大的国有企业,也是最大的电力生产商。

田纳西河流域管理局依靠水电起家,为了防洪目的,在流域内建造了一系列水电大坝。随后,又大举进入火电市场。随着民众日益高涨的环保呼声,在1960年代末开始进军核电市场,正好赶上了美国核电发展的黄金时期。

进入70年代,田纳西河流域管理局在斯普林城附近规划了沃茨巴核电厂,准备建造两台由西屋公司设计的百万千瓦级压水堆机组。1973年,沃茨巴核电厂获得了原委会的建造许可证,1号、2号机组分别于当年7月和9月开工建设。

1977年正在建造中的沃茨巴1号机组

不幸的是,沃茨巴核电厂的建设,正好赶上了1979年的三里岛核事故。随后,政府监管日益严苛,核电建造和运营成本急剧升高,核电项目上马速度放缓。雪上加霜的是,进入1980年代后,由于项目管理不善,田纳西河流域管理局拥有的几个核电厂(包括沃茨巴1、2号机组)在建造过程中出现了大量质量问题。

到1985年的时候,沃茨巴1号机组建造已接近尾声,2号机组建造工程量也完成了60%。当年9月17日,核管会致函田纳西河流域管理局,要求其制定系统的整改方案,只有在彻底解决存在的质量缺陷后,才能获得运行许可证。

为此,田纳西河流域管理局实施了一个庞大的整改计划,以系统地解决整个企业和具体核电项目中存在大量的材料、设计和管理缺陷。在此过程中,由于建造成本严重超支,再加上美国民众反核声持续高涨,无奈之下田纳西河流域管理局在1985年暂停了沃茨巴核电厂的建设。否则的话,摆在他们面前的,只有破产一条路了。

经过持续几年的整改,田纳西河流域管理局最终解决了这些难题,可以腾出手来继续推进沃茨巴核电厂的建设了。1号机组建设在1992年重新启动,最终于1996年2月7日获得了运行许可证,成为美国在20世纪投运的最后一台商用机组。这时,1号机组总共花费超过68亿美元,比当初预计的3.7亿美元翻了十几倍。

沃茨巴核电厂

2号机组的命运更惨,继续处于“冷冻”状态。直到2007年10月,田纳西河流域管理局决定重新启动2号机组的建设。由于年深久远,之前安装好的很多系统和设备不得不被拆除,重新装上新的。在此过程中,又不幸赶上了2011年的福岛核事故。为了汲取事故教训,核管会陆续颁布了一系列安全改进命令,2号机组又不得不继续实施安全整改。

终于,2号机组在2015年10月获得了运行许可证,并于2016年10月投入商运,成为田纳西河流域管理局拥有的第7台机组,也是美国在21世纪投运的第一台核电机组。这时,机组建造费用已超过61亿美元,距离开工建造之日已过去了43年,堪称世界上建造时间最长的核电机组。

美国核电投运机组数量统计

挑战,似乎并未完结。仅仅在运行5个多月后,2号机组的冷凝器便出现泄漏,被迫在2017年3月23日停堆检修。经过4个多月的维修,才得以重新投入运行。

即使经过了如此艰难的历程,沃茨巴核电厂仍然成为了反核人士眼中的“靶子”。原因之一,是1号机组从2002年开始在发电的同时,利用辐照孔道为能源部生产核武器材料氚。另一个更让人诟病的地方,是2台机组都是采用了冰凝式安全壳设计。

冰凝式安全壳为西屋公司在1960年代的设计,遵循一种抑压式的设计理念,即在安全壳的上、下隔室之间,布置有一圈环形的冰床,在设计基准事故情况下,比如由于一回路管道破裂产生的蒸汽,从安全壳下部隔室进入冰床,使得大部分蒸汽在其中冷却凝结,防止安全壳超压失效。

冰凝式安全壳示意图

由于采用了低温冰作为热阱,因此冰凝式安全壳的设计容积,比现在普遍采用的大型干式安全壳小许多,具有较好的经济性。但是,正是由于较小的空间,使得冰凝式安全壳抵御爆炸或燃烧事故的能力大大减弱。据估算,若三里岛2号机组也采用冰凝式安全壳的话,那么事故中产生的氢气爆炸,很可能导致安全壳破坏。

无奈之下,田纳西河流域管理局不得不在沃茨巴和其他类似设计的核电厂上实施了安全壳内氢气控制强化措施,才得以通过核管会的审查。

折戟沉沙,一地鸡毛

细数起来,让田纳西河流域管理局在核电开发上栽了大跟头的,沃茨巴项目不是第一个,更不是最惨的一个。

从1960年代末期到1970年代,田纳西河流域管理局先后开建了17台核电机组,最终建成投运的只有7台机组,其余10台机组均中途夭折,留下的是残垣断壁、荒草萋萋,以及数十亿美元的债务。项目夭折的原因,混杂着成本超支、电力需求下滑、监管趋严、民众反对等多种因素。

不过,在这些夭折的项目中,田纳西河流域管理局对其中一个始终不死心,每年花费几百万美元的维持费,只为了保住核管会颁发的建造许可证延期状态,希冀着有一天像沃茨巴2号机组那样重启。这个项目,就是贝尔丰特(Bellefonte)核电厂。

1975年1月,在阿拉巴马州的好莱坞小镇旁(可不是洛杉矶的电影之都好莱坞),由巴威公司设计的2台百万千瓦级压水堆机组的贝尔丰特核电厂开建。后来由于种种原因,田纳西河流域管理局在1988年中止了建造进程,当时1号、2号机组建造工程量分别完成88%和58%,已花了25亿美元。

贝尔丰特核电厂

一晃将近20年过去了,就在1号、2号机组仍处于“僵尸”阶段时,田纳西河流域管理局竟然在2005年考虑采用西屋公司的非能动先进压水堆AP1000设计,在贝尔丰特核电厂扩建3号、4号机组。2007年,正式向核管会提交了建造和运行联合许可证申请,最后由于成本居高不下和电价下跌等因素,在2016年被迫取消了申请,留下一地鸡毛。

当然,时至今日,也不能说贝尔丰特核电厂毫无用处,至少在核管会负责技术培训的专家眼中,这个封存完好的核电厂,是一个理想的现场教学点。核管会在田纳西州的查塔努加设有一个技术培训中心,负责对监管人员进行系统的专业培训。在与田纳西河流域管理局达成协议后,培训中心的教员便经常领着学员们前往贝尔丰特核电厂,进行实地参观和现场教学。

尽管核电厂的很多设备没有安装到位或者移走为其他项目所用,但是仍足以让学员们实地感受一个真实的核电厂是如何运转的。因为核电厂从来没有装料运行过,学员们甚至可以不用做任何防护措施,钻进安全壳里去触摸反应堆压力容器、蒸汽发生器等关键设备。

核管会专家带领阿拉巴马州应急管理局的代表实地参观贝尔丰特电厂

原初丰满的理想,抵挡不过残酷的现实。眼见贝尔丰特核电厂重启无望后,为了弥补前期投入的经济损失,田纳西河流域管理局在2016年11月将整个核电厂连带周边的土地,最终以1.1亿美元的价格卖给了核发展有限公司。

至于项目易主之后,贝尔丰特核电厂能否迎来生机,仍是一个未知数。

功败垂成,南柯一梦

俗话说,家家有本难念的经。折戟沉沙的故事,又何止发生在田纳西河流域管理局一家?

在南卡罗来纳州费尔菲尔德县的杰金斯维尔,有一座由南卡罗来纳州电力与瓦斯公司和南卡罗来纳州公用事业管理局共同拥有的核电厂,以南卡罗来纳州电力与瓦斯公司前首席执行官萨默(Virgil Clifton Summer)的名字命名。萨默核电厂的1号机组,采用西屋公司的百万千瓦级压水堆技术,于1973年兴建、1984年1月正式投运。

萨默核电厂1号机组

进入21世纪后,美国核工业界曾一度掀起一股“核能复兴”运动。在此背景下,南卡罗来纳州电力与瓦斯公司在2008年向核管会提出申请,采用西屋公司推出的AP1000设计方案,在萨默核电厂扩建2号、3号机组,在2012年3月30日取得了建造和运行联合许可证,并于2013年3月9月先后开工建造。

萨默核电厂2号机组反应堆压力容器吊装作业

几乎在同一时期,美国南方电力公司所有的位于佐治亚州的沃格特勒(Vogtle)核电厂,在2012年2月10日取得了3号和4号机组的建造和运行联合许可证,采用的也是西屋公司的AP1000技术。它们成为美国在21世纪仅有的4台新建核电机组,承载了美国核能复兴的梦想。

沃格特勒核电厂3、4号机组建造现场

然而,美国的核能复兴梦想,由于2011年的日本福岛核事故而遭受重创。加上美国页岩气革命的强势挤压,以及风电成本的快速下降和天然气价格的下调,核能的经济性遭受到严重的质疑。

屋漏偏逢连夜雨 ,由于采用了未经实践验证的先进技术,全球范围内的AP1000核电机组在建造过程中,均遭受了设计变更频繁、关键设备研制困难、建造工期拖延、成本难以控制的重大挑战。萨默核电厂的扩建项目,变成了一个烧钱的无底洞,工期一再延长,预算一再追加。

让人唏嘘不已的是,作为世界核电的鼻祖,有着130年历史的西屋公司,竟然在2017年3月向纽约联邦破产法院申请破产保护。这个“噩耗”,让不堪重负的萨默核电厂再也撑不下去了,两家业主为了止损,只好“断臂求生”,在当年7月底宣布停建2号、3号机组。此时,2台机组的建造工程量已完成了将近64%,整个项目已经花掉90亿美元了。

萨默核电厂项目停建时的建造现场

好在西方不亮东方亮,中国的AP1000自主化依托项目在克服重重困难和严峻挑战后,终于苦尽甘来,三门核电厂1号机组和海阳核电厂1号机组分别在2018年4月和6月获得了国家核安全局颁发的《首次装料批准书》,总算为AP1000的“悲壮历程”增添了一抹亮色。

三门核电厂

回顾世界核电60多年来的发展之路,像贝尔丰特核电厂和萨默核电厂这样的“悲剧”,还有许多,在德国、西班牙、意大利、瑞典、奥地利、保加利亚、波兰等国家也都发生过。毫无悬念的是,美国是当今核电运行机组最多的国家,也是项目夭折最多的国家。

在2009年出版的环保著作《我们的选择:气候危机的解决方案》中,美国前副总统戈尔(AI Gore)说:“从1953年到2008年,在美国的电力市场,一共订购过253台核电机组,最后有48%的项目被取消了,包括很多开工建设并付出巨量经济投入的项目。”某种意义上而言,在世界核电的可持续发展道路上,高昂的“学费”似乎必不可少。或许,这也是核能特殊性的另一种体现吧。

在贝尔丰特核电厂,巨大的安全壳,高耸入云的冷却塔,锈迹斑斑的金属厂房,从未曾感受过原子裂变的温暖,年复一年地在风中继续等待。只是,它们不能确定,是否还能等来未来。

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