核電一直以來都被認為是減少對化石燃料依賴的重要途徑。核電具有巨大的潛力,同時也存在很大爭議。世界核協會(WNA)的數據顯示,全球目前有600多個反應堆在運行,分布在50多個國家,提供了約占世界十分之一的用電量。
但是,隨著世界能源需求的激增,人們擔心大型核電可能無法解決問題。例如英國Hinkley Point C的建造成本不斷攀升,相比于化石燃料發電設施,第三代核電技術尚未成熟。
小型模塊化反應堆(SMR)已經成為核工業的潛在解決方案。國際原子能機構(IAEA)將電功率小于300MW的反應堆定義為小型堆。
值得注意的是,SMR很少遇到大型核電在后勤方面的挑戰和螺旋式增長的費用,并且小而靈活,可以部署在多種環境中。然而,SMR在資金和技術方面仍存在很多挑戰。
勞斯萊斯將在英國建造16座微型核反應堆
近期由英國汽車巨頭勞斯萊斯(Rolls Royce)牽頭的財團在開展SMR項目,該財團計劃在英國建設16座微型核反應堆。
預計這些反應堆將提供高達400MW的電力,相當于約150臺陸上風力發電裝置,并將于2028年開始商運。目前英國在運的全部7臺核電機組都將于2035年前退役,屆時電力供應將減少五分之一。
勞斯萊斯還強調了SMR項目產生的其它經濟利益,例如SMR產業鏈將創造40,000個工作崗位。該項目還獲得了政府約2500萬美元的資助,將促進私人及公共資產的投資。
但是,該項目也面臨著挑戰。
該項目的大部分財務可行性依托于SMR將全球范圍出口。到2035年,全球SMR行業的產值將達到約5460億美元。然而,由于英國脫歐使得英國與其前貿易伙伴之間關系僵化,英國在全球核工業的地位受到了削弱。
此外,英國對其他傳統的清潔能源(例如可再生能源)的發展計劃可能會阻礙對核電的投資。Statista的數據顯示,到2035年,當英國的核電機組退役后,英國將利用可再生能源彌補70GW的發電空缺。
相比之下,新增核電的計劃發電量僅為13GW。這表明即使有相當多的財政支持,英國核電在能源結構中的作用仍受到限制。
Rosatom將建設50MW的SMR機組
俄羅斯核能公司Rosatom于2020年底宣布已就該國東部雅庫特地區SMR的能源價格達成協議。該SMR功率為50MW,可以幫助該地區每年減少10,000噸的碳排放。
該項目是雅庫特地區為減少對化石燃料依賴的最新舉措。由于該地區的極端天氣因素導致太陽能等可再生能源的可靠性很低,因此人們認為SMR可以為該地區提供持久的清潔能源。
Rosatom還強調了該項目的其它經濟利益,例如,由于核電的可靠性更高,該地區的電力成本將降低兩倍,并在SMR的建造和運營中創造了800個當地就業崗位。
美國通過首個SMR設計認證
2020年9月,在經過美國核管員會(NRC)對NuScale Power開發的SMR進行了為期四年的審查后,通過了首個SMR設計認證。
在獲得監管許可的情況下,NuScale希望該項目將對自身財務以及美國SMR行業都產生有利影響,事實上該項目的最新進展已經證明了其觀點。其SMR模塊最初的設計功率為60MW,但現在已提升至77MW。
NuScale的SMR設置了許多安全功能,將最大程度地減少災害對核設施的影響。由許多SMR組成的一個核電機組,每個SMR分別布置在直徑為4.6m的安全殼內,而不是像大堆一樣全部布置在直徑40m的安全殼內。
SMR的安全殼可以承受多達15倍的壓力,安全性更高。此外,壓力容器被淹沒在水池中,提供了額外的余熱導出措施,這在大堆中很難實現。
然而,該項目能否解決美國許多核設施面臨的主要挑戰(成本問題)還有待觀察。盡管美國是世界上最大的核能發電國,占全球核能發電量的30%以上,但美國的許多電站不能實現盈利,并且被迫提前退役。
在2013年至2020年,美國有10臺提前退役的機組,總發電量為9GW。NuScale 的SMR在美國尚未進行商業測試,因此尚不清楚能否帶來長期的經濟效益。
南非重啟球床模塊化反應堆
南非首次開發球床模塊化反應堆(PBMR)是在20世紀90年代。該SMR的功率為110MW,采用氦氣冷卻。因此該SMR可以部署在南非等水資源有限的國家。
南非的能源結構嚴重失衡,此類項目對于南非尤其重要。2016年,南非的一次能源69%來自煤炭,14%來自原油。
可再生能源,天然氣和核電是全球最受關注且投資最多的三種能源,分別僅占11%,3%和3%。
2019年南非的政府報告指出,南非在鈾儲量非常豐富,擁有世界已探明鈾礦的5.2%。這表明只要南非有意愿投資開發核相關技術,將有很大的發展前景。
南非電力公司Eskom一直致力于開發PBMR。Eskom一直在對這些反應堆進行維護和保養,在2020年1月表示正在尋找投資者介入該項目并發揮其潛力。因為南非的能源行業由國企主導,私人投資的影響力尚不清晰。因此該項目能否煥發新生尚存疑慮。
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