由 Simon 冬季电网为何离不开核能？99.6%超高运行率背后，是数十年经验积累的震撼突破！下一代技术能否延续这种可靠神话？
# 核电迎来冬季”旺季”，可靠运行背后是数十年经验积累
随着假日季临近，人们在忙着购物、烘焙和制定计划的同时，核电站也正迎来一年中最繁忙的时期之一。
在美国，核反应堆的运行遵循可预测的季节性规律。夏季和冬季往往是电力需求最高的时段，因此核电站运营商会将维护和换料工作安排在一年中的其他时间。
这种有计划的规律性看似平常，却是现有反应堆可靠性和可预测性的体现。对于未来几年有望加入电网的下一代核电技术而言，这无疑树立了高标准。
通常，核反应堆会以尽可能接近满负荷的稳定水平运行。2024年，全球商业反应堆的平均容量因子（实际发电量与理论最大值的比率）为83%，而北美地区的平均值约为90%。
（需要说明的是，仅凭容量因子比较不同类型的发电厂并不完全公平——天然气发电厂的容量因子可能较低，但这主要是因为它们更可能被有意启停以应对不均衡的电力需求。）
高容量因子还未能完全体现核电机组的真实可靠性——大量停机时间其实是计划内的。反应堆每18至24个月需要换料一次，运营商倾向于将停运安排在春季和秋季，此时电力需求不像空调或暖气全开时那么高。
看看美国能源信息署的核电机组停运图表：在某些日子，尤其是盛夏时节，停运率很低，美国几乎所有商业反应堆都接近满负荷运行。今年7月28日，全美核电机组以99.6%的容量运行。相比之下，10月18日因换料和维护，容量降至77.6%。如今我们正进入另一个繁忙季节，反应堆陆续恢复运行，停运将进入另一个低点。
当然，并非所有停运都是计划内的。2024年7月，田纳西州塞阔亚核电站因发电机故障导致两台反应堆中的一台停运，持续近一年。（运营方在此期间也进行了一些维护以延长电站寿命。）就在该反应堆重启几天后，整个电站又因水位过低而被迫关闭。
还有今年早些时候，水母在法国不止一座而是两座核电站造成严重破坏的事件。在第二次事件中，这些软体生物进入了帕吕埃尔核电站从英吉利海峡抽水冷却设备的过滤器中，迫使电站出力减少近半，不过几天内得以恢复。
排除水母灾害和偶发维护，全球核电机组的运行相当可靠。但情况并非一直如此。20世纪70年代，反应堆的平均容量因子仅为60%，停运时间几乎与运行时间相当。
如今的核电机组得益于数十年的经验积累。我们看到越来越多公司致力于为核电行业带来新技术。
使用新燃料或冷却材料的下一代反应堆可以从现有机组借鉴经验，但也将面临新的挑战。
这意味着早期示范堆可能最初不如现有商业机组可靠。麻省理工学院核科学与工程教授科鲁什·希尔万指出：”首堆核电技术，就像任何其他首创技术一样，极具挑战性。”
这意味着熔盐堆、小型模块化反应堆或其他新型设计可能需要时间克服技术障碍，形成自身的运行节奏。我们花了数十年时间才达到今天这种状态——核电机组能够根据电力需求遵循清晰的季节性曲线，并被视为理所当然。
飓风、电气故障和水母入侵等意外问题总会不时发生，迫使核电站（或任何发电厂）关闭。但总体而言，当今核电机组运行的一致性极高。下一代技术面临的主要挑战之一，将是证明自己也能达到同样的水平。
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延伸思考
1. 在应对气候变化和能源转型的背景下，核电的高可靠性与季节性调节能力如何平衡电网对稳定基荷与灵活调峰的双重需求？
2. 新一代核电技术（如小型模块化反应堆）在追求创新设计的同时，如何继承现有成熟核电体系的运维经验与安全文化，以缩短学习曲线、提升早期可靠性？
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*本文源自《麻省理工科技评论》每周气候通讯《火花》。每周三接收最新内容，[点击此处订阅](https://www.technologyreview.com/newsletters/the-spark/)。*
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