为什么美国的核电建设成本如此之高

核心提示目前,核电占美国生产的总电量的20%,这主要来自70年代和80年代建造的植物。人们通常会对更多地利用核电作为脱碳产量的潜在策略以及其能够极为便宜的电力的理论潜力。 不同类型的发电厂的成本分数不同。例如,对于天然气厂,其电力成本的最多70%来

目前,核电占美国生产的总电量的20%,这主要来自70年代和80年代建造的植物。人们通常会对更多地利用核电作为脱碳产量的潜在策略以及其能够极为便宜的电力的理论潜力。 不同类型的发电厂的成本分数不同。例如,对于天然气厂,其电力成本的最多70%来自燃料成本。电力成本来自资本成本 - 建造工厂本身的成本。因此,核电站的建设成本对其电力成本产生了很大的影响。

来自Dawson 2017

因为核电站很昂贵,并且需要很长时间才能建造,因此建设的融资也可能是其成本的很大一部分,通常约占工厂成本的15-20%。对于具有严重建筑延误和/或具有高融资成本的植物,这可能是成本的50%或更多。

才能完成与其他类型的发电厂相比,这会使比较偏向于核电厂。)

不同类型发电厂的成本比例会影响它们的使用方式。由于电力无法廉价存储,因此在任何特定时刻,发电量都必须与消耗量保持平衡。由于电力消耗随时间而变化,因此发电厂会随着需求的变化而开启和关闭调度工厂的订单通常是其可变生产成本的函数 ,以及他们提高或降低产量的难易程度。

因为核电的成本主要是由于资本成本,而且由于美国的工厂通常没有设计成可以轻松地增加和减少,所以它们往往可以连续运行。核能有时因燃料成本较低而受到称赞,但在其他条件相同的情况下,最好让大部分电力成本可变,这样如果需求下降,生产成本就会下降出色地。

来完成,这是电厂在其生命周期内生产的电力的净当前成本。但是在不同的时间,一个工厂产生的电力价值是不同的。例如,核电站一半的时间将在夜间运行,此时电价可能较低。相比之下,天然气当需求出乎意料地高并且电价高得多时,将使用调峰电站。风能和太阳能等间歇性能源有时会产生比预期或需要的更多的电力,这可以压低价格,在某些情况下足以使价格实际上是负的。因此,核能、风能和太阳能的销售价值往往低于其他类型的发电厂。)

核电基础知识

了解核电站的工作原理也很有用。核电站是一种火力发电厂,其中热源用于将水转化为蒸汽,然后驱动涡轮机。对于核能,热源是产生核链式反应的放射性核燃料。

美国几乎所有的核反应堆都是轻水反应堆,反应堆加热轻水,然后将热量转移到第二个水源,然后驱动涡轮机在轻水反应堆中,水也被用作中子慢化剂,这种材料可以减慢发射的中子,从而引发更多的裂变事件。

,蒸汽直接在压力容器中产生。)

这不是建造反应堆的唯一方法,许多专家认为其他反应堆技术更适合电站建设。轻水反应堆之所以占据主导地位,是因为它是美国海军正在使用的技术,而美国海军又选择了它,因为它对舰载反应堆具有有用的特性由于历史原因,迅速发展美国的民用核电部门被认为很重要,因此使用了现有的轻水反应堆技术。

这类反应堆的一个主要风险是“失冷事故”。如果管道爆裂,或者冷却水的供应中断并且无法冷却核燃料,则燃料会加热到熔化的程度,可能会损坏反应堆并暴露放射性物质。 使其成为通往中国的路。)福岛和切尔诺贝利核电站都经历了堆芯熔毁,三哩岛经历了部分堆芯熔毁

即使在反应堆关闭后,反应堆中的放射性物质仍会在很长一段时间内继续产生热量。因此,即使在导致反应堆关闭的灾难中,仍然需要冷却系统来保持核燃料的冷却。这意味着冷却系统必须能够处理各种潜在的故障模式和环境条件——无论反应堆或工厂发生什么情况,冷却系统都必须保持工作。

核电成本

美国核电站的故事是建造它们的成本迅速上升。在 1960 年代后期开始建设的商业电厂的成本为 1000 美元/KWe 或更低,仅在 10 年后才开始建设的电厂的成本上升到 9000 美元/KWe当前成本大致符合有了这个 - Vogtle 3 和 4 反应堆,尽管成本几乎是估计的两倍,但隔夜成本可能约为 8000 美元/KWe,即 6000 美元/KWe隔夜费用以 2010 美元计。

通过 Lovering 2016

美国似乎在这方面做得特别糟糕,但大多数其他国家的成本都在稳步上升。这是法国的成本:

这是德国和日本的费用:

进入 80 年代,大多数国家似乎都显示出类似的成本增加模式,之后成本趋于平稳

唯一一个核电站建设成本似乎稳步下降的国家是韩国:

韩国是唯一表现出这一趋势的国家,这一事实导致一些专家推测成本数据已被操纵,我们不应该从中得出结论.

如果您将建造早期小型示范和试验反应堆的成本包括在内,大多数国家确实显示出早期成本下降,尽管目前尚不清楚这种比较与全面商业运营工厂的相关性我们将看看美国能源部在 1980 年对假设的 1100 兆瓦电厂所做的细分,它应该反映在大多数工厂正在建造的时代,美国工厂的成本。

绿色是间接成本,蓝色是直接成本

大约 1/3 的成本是“间接成本”——工程服务、施工管理、行政管理费用等。对于直接成本,反应堆、涡轮机设备和工厂结构各占相似的部分,其余部分由额外的植物系统组成。另请注意,工厂的工程设计成本几乎与反应堆本身一样多。

这清楚地表明,核电站的建造是非常劳动密集型的,这表明各国之间的建造成本比较可能需要以工资为标准。调整为相关

劳动力成本上升

因此,成本,尤其是在美国,在相对较短的时间内急剧增加。核电站建设通常被描述为表现出“消极学习”——随着时间的推移,我们在建设核电站方面并没有变得更好,而是在变得更糟。我们对成本增加的原因了解多少

在 70 年代和 80 年代,成本增加的大部分可归因于劳动力成本的增加——United Engineers and Constructors 的一项估计发现,在 1976 年至 1988 年间,建造工厂的劳动力成本每年上升 18.7%,而材料成本上升每年 7.7%。在这些劳动力成本中,超过一半是由于昂贵的专业人员——工程师、主管、质量控制检查员等。

其他估计似乎与此大致相符。橡树岭 1980 年的估计表明,在 1970 年代初期和 1980 年之间,材料量的增长通常在 25-50% 之间:

Eash-Gates 等人最近的一篇论文研究了在 1976 年至 1988 年间建造的核电站样本的成本增加。他们发现 72% 的成本增加是由于间接成本成本,增加的一部分将来自劳动力),这也表明工程师和管理人员等昂贵的专业人员大幅增加:

成本增加的一个重要原因似乎是建造工厂所需的时间增加 - 建造工厂的估计时间从 60 年代后期的 5 年多一点增加到 1980 年的 12 年。这增加了融资和劳动力成本,以及增加对结果产生负面影响的可能性。 Calvert Cliffs 法院案件的结果,该案件要求必须对每个建成的工厂进行环境影响审查。

监管增加和项目中断

为什么人工成本增加了?这里的典型故事之一是越来越多的监管使工厂的建造负担越来越重。在 60 年代末和 70 年代初,核需求稳步增加:

正如核管理委员会的审查彻底性一样:

1980 年的一项研究发现,在 1960 年代后期和 1970 年代中期之间加强监管导致工厂成本增加了 176%:

之前的 Eash-Gates 研究发现,1976 年至 1988 年间至少 30% 的成本增加可归因于监管的加强

Charles Komonoff 在其 1981 年的“电厂成本升级”中概述了加强监管的影响:

监管标准的一个关键指标是原子能委员会 和核监管委员会 规定反应堆系统和设备可接受的设计和建造实践的“监管指南”的数量从年底的 21 个增长了近 7 倍从 1971 年到 1978 年底的 143 个。专业工程协会以更快的速度制定了新的核标准。这些导致结构材料的制造、测试和性能标准更加严格例如混凝土和钢材,以及阀门、泵和电缆等基本部件。

在 1970 年代,诸如此类的要求对核电站产生了深远的影响。加强了主要结构并增加了管道限制,以吸收地震冲击和事故分析中确定的其他假定“载荷”。安装了屏障并增加了距离,以防止火灾、洪水和其他“共模”事故导致重要设备的主要和备用组无法工作。采取了类似的措施来保护设备免受高速导弹碎片的影响,这些碎片可能从旋转机械上脱落,或者管道破裂的压力和流体影响。扩展了仪表、控制和电力系统,以在更广泛的运行情况下监测更多的工厂因素,并提高安全系统的可靠性。被认为对安全很重要的组件“有资格”在更苛刻的条件下运行,需要更严格的制造、测试和制造历史记录。

据原子工业论坛称,在 1970 年代期间,这些变化使材料、设备和劳动力的数量大约增加了一倍,并使每单位核容量所需的设计工程工作量增加了三倍。

这些增加通常会产生特别大的影响,因为它们需要对正在进行的核电站进行更改:

...因为随着与安全相关的新信息的出现,在施工过程中要求进行许多更改——许多施工缺乏固定的范围,必须根据成本加成的合同进行,这削弱了节约努力。完成的工作有时会被修改或删除,通常会对相关系统产生“涟漪效应”。施工顺序经常改变,设备交付时间表被打乱,导致劳动生产率低下,阻碍了提高施工效率的管理工作。一般来说。 1970 年代的反应堆越来越多地在“不断变化的环境”中建造,这种环境排除了对成本的控制甚至估计,并放大了新法规和设计变更对成本的直接影响。

法规变更需要对在建工厂进行设计变更,在某些情况下需要移除现有工作 Eash-Gates 研究是一致的因此,发现即使对于“标准”反应堆设计,成本也在稳步增加。原子工业论坛成员在 1978 年的一次演讲中指出,“实现稳定的许可要求是获得更短和更可预测的项目持续时间的任何努力的明确目标。”

这种不断变化的环境有助于解释劳动力成本的大幅增加——即使设计变更不会导致材料或设备使用量大幅增加,改变正在进行的工厂也会增加成本并减慢建设速度。

大型建设项目的普遍原则是,您应该避免在施工期间进行设计更改。项目进行中的更改可能需要移除现有工作,或在困难条件下完成新工作。它通常需要大量的协调工作才能弄清楚已经完成了哪些工作,以及在这种情况下可以做什么和不可以做什么。如果管道需要穿过横梁,很容易设计横梁以提前适应。但是,如果这是最后一分钟的更改,并且梁已经制造好,您可能需要在现场挖一个洞,或添加钢筋。或者梁可能根本无法容纳孔,您需要重新设计整个管道系统虽然这种昂贵的重新设计正在进行,但其他人可能需要停止他们的工作。

在一个可以同时雇用多达 5,000 名建筑工人的核电站上,我们可能预计此类中断会特别严重。 1980 年对核电站工艺工人的一项研究发现,由于缺乏材料和工具可用性,每周损失 11 小时,与其他工作人员协调或工作区域过度拥挤导致每周损失 8 小时,每周损失 5.75 小时重做工作。总共有近 75% 的工作时间被浪费或无效率地使用。

 
友情链接