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花了43年才建成的反應堆,遠不是最糟糕的……

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渡盡劫波,修成正果

當「孿生兄弟」再次相遇時,誰都沒有料到,中間竟然隔了一個世紀。

這對「孿生兄弟」,是沃茨巴(Watts Bar)核電廠的1號和2號機組。它們可謂名副其實的「難兄難弟」,從開建之日起,就一路坎坷,而且一個比一個慘。雖然同生不同命,欣慰的是,它們最終都修成了正果。

故事,還得從上世紀30年代講起。

大蕭條時期,美國新任總統羅斯福為了擺脫經濟危機的困境,作為新政試點方案之一,在1933年力推通過了《田納西河流域管理局法案》,並於同年成立田納西河流域管理局,負責對美國東南部田納西河流域內的自然資源進行綜合開發和利用。田納西河流域管理局既享有一定的政府權力,又具有高度的經營自主權,並在一些經濟領域受到壟斷保護,是一個非常特殊的聯邦機構。發展到今天,已經成為美國最大的國有企業,也是最大的電力生產商。

田納西河流域管理局依靠水電起家,為了防洪目的,在流域內建造了一系列水電大壩。隨後,又大舉進入火電市場。隨著民眾日益高漲的環保呼聲,在1960年代末開始進軍核電市場,正好趕上了美國核電發展的黃金時期。

進入70年代,田納西河流域管理局在斯普林城附近規划了沃茨巴核電廠,準備建造兩台由西屋公司設計的百萬千瓦級壓水堆機組。1973年,沃茨巴核電廠獲得了原委會的建造許可證,1號、2號機組分別於當年7月和9月開工建設。

1977年正在建造中的沃茨巴1號機組

不幸的是,沃茨巴核電廠的建設,正好趕上了1979年的三里島核事故。隨後,政府監管日益嚴苛,核電建造和運營成本急劇升高,核電項目上馬速度放緩。雪上加霜的是,進入1980年代後,由於項目管理不善,田納西河流域管理局擁有的幾個核電廠(包括沃茨巴1、2號機組)在建造過程中出現了大量質量問題。

到1985年的時候,沃茨巴1號機組建造已接近尾聲,2號機組建造工程量也完成了60%。當年9月17日,核管會致函田納西河流域管理局,要求其制定系統的整改方案,只有在徹底解決存在的質量缺陷後,才能獲得運行許可證。

為此,田納西河流域管理局實施了一個龐大的整改計劃,以系統地解決整個企業和具體核電項目中存在大量的材料、設計和管理缺陷。在此過程中,由於建造成本嚴重超支,再加上美國民眾反核聲持續高漲,無奈之下田納西河流域管理局在1985年暫停了沃茨巴核電廠的建設。否則的話,擺在他們面前的,只有破產一條路了。

經過持續幾年的整改,田納西河流域管理局最終解決了這些難題,可以騰出手來繼續推進沃茨巴核電廠的建設了。1號機組建設在1992年重新啟動,最終於1996年2月7日獲得了運行許可證,成為美國在20世紀投運的最後一台商用機組。這時,1號機組總共花費超過68億美元,比當初預計的3.7億美元翻了十幾倍。

沃茨巴核電廠

2號機組的命運更慘,繼續處於「冷凍」狀態。直到2007年10月,田納西河流域管理局決定重新啟動2號機組的建設。由於年深久遠,之前安裝好的很多系統和設備不得不被拆除,重新裝上新的。在此過程中,又不幸趕上了2011年的福島核事故。為了汲取事故教訓,核管會陸續頒布了一系列安全改進命令,2號機組又不得不繼續實施安全整改。

終於,2號機組在2015年10月獲得了運行許可證,並於2016年10月投入商運,成為田納西河流域管理局擁有的第7台機組,也是美國在21世紀投運的第一台核電機組。這時,機組建造費用已超過61億美元,距離開工建造之日已過去了43年,堪稱世界上建造時間最長的核電機組。

美國核電投運機組數量統計

挑戰,似乎並未完結。僅僅在運行5個多月後,2號機組的冷凝器便出現泄漏,被迫在2017年3月23日停堆檢修。經過4個多月的維修,才得以重新投入運行。

即使經過了如此艱難的歷程,沃茨巴核電廠仍然成為了反核人士眼中的「靶子」。原因之一,是1號機組從2002年開始在發電的同時,利用輻照孔道為能源部生產核武器材料氚。另一個更讓人詬病的地方,是2台機組都是採用了冰凝式安全殼設計。

冰凝式安全殼為西屋公司在1960年代的設計,遵循一種抑壓式的設計理念,即在安全殼的上、下隔室之間,布置有一圈環形的冰床,在設計基準事故情況下,比如由於一迴路管道破裂產生的蒸汽,從安全殼下部隔室進入冰床,使得大部分蒸汽在其中冷卻凝結,防止安全殼超壓失效。

冰凝式安全殼示意圖

由於採用了低溫冰作為熱阱,因此冰凝式安全殼的設計容積,比現在普遍採用的大型乾式安全殼小許多,具有較好的經濟性。但是,正是由於較小的空間,使得冰凝式安全殼抵禦爆炸或燃燒事故的能力大大減弱。據估算,若三里島2號機組也採用冰凝式安全殼的話,那麼事故中產生的氫氣爆炸,很可能導致安全殼破壞。

無奈之下,田納西河流域管理局不得不在沃茨巴和其他類似設計的核電廠上實施了安全殼內氫氣控制強化措施,才得以通過核管會的審查。

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折戟沉沙,一地雞毛

細數起來,讓田納西河流域管理局在核電開發上栽了大跟頭的,沃茨巴項目不是第一個,更不是最慘的一個。

從1960年代末期到1970年代,田納西河流域管理局先後開建了17台核電機組,最終建成投運的只有7台機組,其餘10台機組均中途夭折,留下的是殘垣斷壁、荒草萋萋,以及數十億美元的債務。項目夭折的原因,混雜著成本超支、電力需求下滑、監管趨嚴、民眾反對等多種因素。

不過,在這些夭折的項目中,田納西河流域管理局對其中一個始終不死心,每年花費幾百萬美元的維持費,只為了保住核管會頒發的建造許可證延期狀態,希冀著有一天像沃茨巴2號機組那樣重啟。這個項目,就是貝爾豐特(Bellefonte)核電廠。

1975年1月,在阿拉巴馬州的好萊塢小鎮旁(可不是洛杉磯的電影之都好萊塢),由巴威公司設計的2台百萬千瓦級壓水堆機組的貝爾豐特核電廠開建。後來由於種種原因,田納西河流域管理局在1988年中止了建造進程,當時1號、2號機組建造工程量分別完成88%和58%,已花了25億美元。

貝爾豐特核電廠

一晃將近20年過去了,就在1號、2號機組仍處於「殭屍」階段時,田納西河流域管理局竟然在2005年考慮採用西屋公司的非能動先進壓水堆AP1000設計,在貝爾豐特核電廠擴建3號、4號機組。2007年,正式向核管會提交了建造和運行聯合許可證申請,最後由於成本居高不下和電價下跌等因素,在2016年被迫取消了申請,留下一地雞毛。

當然,時至今日,也不能說貝爾豐特核電廠毫無用處,至少在核管會負責技術培訓的專家眼中,這個封存完好的核電廠,是一個理想的現場教學點。核管會在田納西州的查塔努加設有一個技術培訓中心,負責對監管人員進行系統的專業培訓。在與田納西河流域管理局達成協議後,培訓中心的教員便經常領著學員們前往貝爾豐特核電廠,進行實地參觀和現場教學。

儘管核電廠的很多設備沒有安裝到位或者移走為其他項目所用,但是仍足以讓學員們實地感受一個真實的核電廠是如何運轉的。因為核電廠從來沒有裝料運行過,學員們甚至可以不用做任何防護措施,鑽進安全殼裡去觸摸反應堆壓力容器、蒸汽發生器等關鍵設備。

核管會專家帶領阿拉巴馬州應急管理局的代表實地參觀貝爾豐特電廠

原初豐滿的理想,抵擋不過殘酷的現實。眼見貝爾豐特核電廠重啟無望後,為了彌補前期投入的經濟損失,田納西河流域管理局在2016年11月將整個核電廠連帶周邊的土地,最終以1.1億美元的價格賣給了核發展有限公司。

至於項目易主之後,貝爾豐特核電廠能否迎來生機,仍是一個未知數。

3

功敗垂成,南柯一夢

俗話說,家家有本難念的經。折戟沉沙的故事,又何止發生在田納西河流域管理局一家?

在南卡羅來納州費爾菲爾德縣的傑金斯維爾,有一座由南卡羅來納州電力與瓦斯公司和南卡羅來納州公用事業管理局共同擁有的核電廠,以南卡羅來納州電力與瓦斯公司前首席執行官薩默(Virgil Clifton Summer)的名字命名。薩默核電廠的1號機組,採用西屋公司的百萬千瓦級壓水堆技術,於1973年興建、1984年1月正式投運。

薩默核電廠1號機組

進入21世紀後,美國核工業界曾一度掀起一股「核能復興」運動。在此背景下,南卡羅來納州電力與瓦斯公司在2008年向核管會提出申請,採用西屋公司推出的AP1000設計方案,在薩默核電廠擴建2號、3號機組,在2012年3月30日取得了建造和運行聯合許可證,並於2013年3月9月先後開工建造。

薩默核電廠2號機組反應堆壓力容器吊裝作業

幾乎在同一時期,美國南方電力公司所有的位於喬治亞州的沃格特勒(Vogtle)核電廠,在2012年2月10日取得了3號和4號機組的建造和運行聯合許可證,採用的也是西屋公司的AP1000技術。它們成為美國在21世紀僅有的4台新建核電機組,承載了美國核能復興的夢想。

沃格特勒核電廠3、4號機組建造現場

然而,美國的核能復興夢想,由於2011年的日本福島核事故而遭受重創。加上美國頁岩氣革命的強勢擠壓,以及風電成本的快速下降和天然氣價格的下調,核能的經濟性遭受到嚴重的質疑。

屋漏偏逢連夜雨 ,由於採用了未經實踐驗證的先進技術,全球範圍內的AP1000核電機組在建造過程中,均遭受了設計變更頻繁、關鍵設備研製困難、建造工期拖延、成本難以控制的重大挑戰。薩默核電廠的擴建項目,變成了一個燒錢的無底洞,工期一再延長,預算一再追加。

讓人唏噓不已的是,作為世界核電的鼻祖,有著130年歷史的西屋公司,竟然在2017年3月向紐約聯邦破產法院申請破產保護。這個「噩耗」,讓不堪重負的薩默核電廠再也撐不下去了,兩家業主為了止損,只好「斷臂求生」,在當年7月底宣布停建2號、3號機組。此時,2台機組的建造工程量已完成了將近64%,整個項目已經花掉90億美元了。

薩默核電廠項目停建時的建造現場

好在西方不亮東方亮,中國的AP1000自主化依託項目在克服重重困難和嚴峻挑戰後,終於苦盡甘來,三門核電廠1號機組和海陽核電廠1號機組分別在2018年4月和6月獲得了國家核安全局頒發的《首次裝料批准書》,總算為AP1000的「悲壯歷程」增添了一抹亮色。

三門核電廠

回顧世界核電60多年來的發展之路,像貝爾豐特核電廠和薩默核電廠這樣的「悲劇」,還有許多,在德國、西班牙、義大利、瑞典、奧地利、保加利亞、波蘭等國家也都發生過。毫無懸念的是,美國是當今核電運行機組最多的國家,也是項目夭折最多的國家。

在2009年出版的環保著作《我們的選擇:氣候危機的解決方案》中,美國前副總統戈爾(AI Gore)說:「從1953年到2008年,在美國的電力市場,一共訂購過253台核電機組,最後有48%的項目被取消了,包括很多開工建設並付出巨量經濟投入的項目。」某種意義上而言,在世界核電的可持續發展道路上,高昂的「學費」似乎必不可少。或許,這也是核能特殊性的另一種體現吧。

在貝爾豐特核電廠,巨大的安全殼,高聳入雲的冷卻塔,銹跡斑斑的金屬廠房,從未曾感受過原子裂變的溫暖,年復一年地在風中繼續等待。只是,它們不能確定,是否還能等來未來。

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