今天，世界 10% 的電力(以及 26% 的低碳電力)由核電站產(chǎn)生。許多國(guó)家的政府已記錄并承認(rèn)核電對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化的當(dāng)前和未來(lái)潛在貢獻(xiàn)。

盡管格拉斯哥 COP26 的最終公報(bào)沒(méi)有提及核電——與所有早期的 COP 會(huì)議一樣——大多數(shù)展望低碳或凈零碳未來(lái)的情景都包括重要的核能貢獻(xiàn)。然而，在現(xiàn)有的核電國(guó)家和許多潛在的新加入者中，公眾對(duì)更多的核電站表示懷疑甚至反對(duì)。哪些新的發(fā)展可能會(huì)提高公眾對(duì)該技術(shù)的接受度?

今天，超過(guò) 60 種新的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)正在開(kāi)發(fā)中，它們的共同特點(diǎn)是體積小。

這些小型模塊化反應(yīng)堆 (SMR) 的每個(gè)模塊的容量通常低于 300MWe，它們基于廣泛的技術(shù)，其中一些從未商業(yè)化部署。一些 SMR 設(shè)計(jì)處于高級(jí)開(kāi)發(fā)階段，前幾個(gè)正在部署中。

然而，SMR 是否會(huì)成為全球能源供應(yīng)的重要組成部分尚不清楚。

如果 SMR 要成為全球核能改變游戲規(guī)則的場(chǎng)景，則必須解決的挑戰(zhàn)是：

• 清楚地展示了 SMR 所提供的安全改進(jìn)和其他好處
• 具有競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)性的令人信服的案例——每千瓦時(shí)安裝和每千瓦時(shí)生產(chǎn)
• 完善的國(guó)際監(jiān)管體系，加強(qiáng)許可和監(jiān)督，同時(shí)建立公眾和政治支持
• 可靠的乏燃料管理戰(zhàn)略，包括國(guó)家深層地質(zhì)處置庫(kù)、多國(guó)處置方案和供應(yīng)商“收回”乏核燃料 (SNF) 的方案
• 對(duì)足以支持“生產(chǎn)線”工廠制造的 SMR(生產(chǎn)電力、工藝熱或氫氣)的需求
• 政府為首個(gè) SMR 提供政治、財(cái)務(wù)、監(jiān)管和組織支持。

SMR 提供的改進(jìn)

任何核動(dòng)力反應(yīng)堆的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的安全性能，以便事故發(fā)生的可能性很小并且事故后果可以得到管理。新的 SMR 反應(yīng)堆概念旨在通過(guò)一種設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該設(shè)計(jì)基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)、分析、測(cè)試性能和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與足夠相似的系統(tǒng)的組合以提供保證。

有證據(jù)表明，基于運(yùn)行大型反應(yīng)堆的廣泛經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù) SMR 將比現(xiàn)有反應(yīng)堆安全得多。

提高安全性的一般廣泛特征是明確的。SMR 較小的尺寸意味著在事故條件下需要去除的廢熱和管理的放射性要少得多。系統(tǒng)配置和控制系統(tǒng)的進(jìn)步使 SMR 更易于控制。

控制所需的操作員操作更少(在某些情況下不需要)。SMR 設(shè)計(jì)通常使用被動(dòng)功能來(lái)完成安全功能，因此可能發(fā)生故障的主動(dòng)系統(tǒng)較少(并且在某些設(shè)計(jì)中沒(méi)有主動(dòng)系統(tǒng))。在一些 SMR 中，無(wú)源系統(tǒng)允許反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)安全關(guān)閉狀態(tài)，而無(wú)需硬件或操作員的主動(dòng)干預(yù)。SMR 設(shè)計(jì)利用了先進(jìn)技術(shù)(更好的材料、更可靠的設(shè)備、用于監(jiān)測(cè)工廠狀態(tài)的先進(jìn)傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù))。

最后，SMR 將更容易檢查和維修，因?yàn)榉奖銠z查和維修通常是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一;工廠制造將提供更好的質(zhì)量控制，模塊之間的可變性更小，因此更可預(yù)測(cè)的操作參數(shù)。

更重要的是，場(chǎng)外應(yīng)急準(zhǔn)備的難度會(huì)降低，因?yàn)闈撛谑鹿实膱?chǎng)外影響會(huì)更小、更本地化。

可以減輕選址要求的其他優(yōu)勢(shì)是更小的設(shè)施占地面積和更低的放射性庫(kù)存。對(duì)于一些 SMR，乏燃料和放射性廢物的儲(chǔ)存負(fù)擔(dān)將不那么復(fù)雜，成本也更低。SMR 的一個(gè)重要的額外積極特征是，由于它們的模塊化和多功能性，它們可能更容易集成到主要基于可再生能源的能源系統(tǒng)中。

綜合考慮，眾多不同的安全改進(jìn)和優(yōu)勢(shì)應(yīng)該會(huì)減輕許多地方公眾對(duì)這些新 SMR 的接受度。

SMR的經(jīng)濟(jì)學(xué)

與目前主導(dǎo)市場(chǎng)的大型反應(yīng)堆相比，預(yù)計(jì) SMR 的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)敞口更低，發(fā)電成本可能更低。

單位規(guī)模約為當(dāng)今反應(yīng)堆規(guī)模的十分之一到四分之一——在某些情況下甚至更小——意味著每個(gè)反應(yīng)堆的前期資本承諾較低。但他們需要 SMR 特有的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)導(dǎo)致反應(yīng)堆增加到 1600MWe 的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

SMR 將主要在工廠制造并交付到發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)，這將使按時(shí)和按成本完成工廠成為常態(tài)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性還應(yīng)控制施工成本和交付時(shí)間表。

SMR 可以逐步添加到大型電網(wǎng)中，以靈活地匹配電力需求的增長(zhǎng)，或者在需求不確定的情況下，取代退役的核電和非核電容量。它們也可以部署在電網(wǎng)較小或不太穩(wěn)定的市場(chǎng)中，這可以提高它們的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

一些 SMR 概念還旨在提供電力以外的能源服務(wù)，包括過(guò)程和區(qū)域供熱、海水淡化或氫氣，從而擴(kuò)大 SMR 市場(chǎng)潛力。SMR 的經(jīng)濟(jì)性在很大程度上受這些因素的影響。

SMR 要成為改變游戲規(guī)則的人，他們必須能夠充分利用模塊化和工廠中批量生產(chǎn)的大量工廠提供的技術(shù)學(xué)習(xí)。只有這樣，投資成本“買入”的動(dòng)態(tài)才能使 SMR 具有競(jìng)爭(zhēng)力。這是“先有雞還是先有蛋”的問(wèn)題，因?yàn)榇蠖鄶?shù) SMR 設(shè)計(jì)都是“首創(chuàng)”。

迄今為止，不存在可作為技術(shù)學(xué)習(xí)評(píng)估起點(diǎn)的可靠隔夜投資成本。隔夜投資成本(每千瓦時(shí))和發(fā)電成本(每千瓦時(shí))最初預(yù)計(jì)將高于大型反應(yīng)堆——這會(huì)阻礙快速市場(chǎng)滲透和部署。對(duì)于第一批 SMR，每個(gè)模塊較低的前期資本要求和更容易的融資計(jì)劃不太可能彌補(bǔ)這一劣勢(shì)。

獲得前期資金以及為新能源設(shè)施籌集資金的成本受到技術(shù)鏈?zhǔn)欠癖徽J(rèn)為在其整個(gè)生命周期內(nèi)可持續(xù)的影響。那些被判斷為滿足此標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將包含在可接受能源的正式清單或分類中。太陽(yáng)能和風(fēng)能就是例子，但關(guān)于核能的爭(zhēng)論一直存在。

SMR 的經(jīng)濟(jì)性還取決于市場(chǎng)規(guī)模和試圖進(jìn)入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)者數(shù)量。雖然開(kāi)發(fā)人員之間的設(shè)計(jì)多樣化和競(jìng)爭(zhēng)有其優(yōu)點(diǎn)(帶來(lái)最好的技術(shù))，但它是技術(shù)學(xué)習(xí)、降低成本和市場(chǎng)采用的障礙。如果沒(méi)有大量市場(chǎng)采用特定設(shè)計(jì)，生產(chǎn)量可能不足以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)并導(dǎo)致學(xué)習(xí)減少。

SMR 項(xiàng)目的成本還將取決于許可和實(shí)施所需的時(shí)間。雖然從工廠訂單到電網(wǎng)連接的預(yù)計(jì)交貨時(shí)間通常約為三年(大型反應(yīng)堆幾乎減半)，但與監(jiān)管批準(zhǔn)、許可和利益相關(guān)者參與管理政治和公眾反對(duì)相關(guān)的不確定時(shí)間框架不太可能改變，直到加強(qiáng)了解 SMR 在能源安全方面的安全特性、系統(tǒng)環(huán)境中的性能和環(huán)境效益。標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)管和許可可以顯著縮短施工前的交貨時(shí)間。

不確定性仍然是私營(yíng)部門贊助的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。承認(rèn)和支持 SMR 作為“氣候友好”技術(shù)的公共氣候政策可以減輕這些私人投資者的風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)憂，無(wú)論支持是直接的(政府擁有所有權(quán))還是間接的(積極的政策)。

統(tǒng)一的監(jiān)管體系

SMR 面臨的主要挑戰(zhàn)之一是需要在合理的時(shí)間內(nèi)以可接受的成本在供應(yīng)商和用戶國(guó)家/地區(qū)獲得設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)許可。

新反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的許可過(guò)程通常很慢，新 SMR 設(shè)計(jì)的許可過(guò)程可能會(huì)更慢，因?yàn)楸O(jiān)管機(jī)構(gòu)缺乏這些設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而且一些新功能可能需要耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

由于 SMR 的功率容量較小，商業(yè)化的門檻將要求獲得許多反應(yīng)堆的訂單，因此 SMR 供應(yīng)商必須獲得許多國(guó)家的國(guó)家監(jiān)管機(jī)構(gòu)的許可。國(guó)家核監(jiān)管機(jī)構(gòu)有不同的國(guó)家法律和許可方法，導(dǎo)致一個(gè)耗時(shí)且成本高昂的過(guò)程，即使是最有前途的設(shè)計(jì)也將延遲部署，并可能構(gòu)成不可逾越的障礙。

各種國(guó)際組織以及政府和行業(yè)團(tuán)體就如何克服 SMR 許可障礙提出了許多建議。加強(qiáng)國(guó)家法規(guī)的統(tǒng)一甚至標(biāo)準(zhǔn)化可能是有益的。

一種沒(méi)有得到足夠重視的方法是建立一個(gè)由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)牽頭并得到世界各地主要國(guó)家核監(jiān)管機(jī)構(gòu)支持和積極參與的協(xié)調(diào)一致的國(guó)際監(jiān)管體系，特別是針對(duì)中小型反應(yīng)堆的監(jiān)管體系。這將加快供應(yīng)商和用戶國(guó)家的許可。這樣的舉措沒(méi)有最終的許可授權(quán)，但會(huì)受到新 SMR 設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)商和供應(yīng)商的歡迎，因?yàn)樗梢詼p少在全球范圍內(nèi)獲得許可所需的時(shí)間和資源。

該方法將涉及由原子能機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)制來(lái)審查和批準(zhǔn)新設(shè)計(jì)。一旦新的 SMR 設(shè)計(jì)獲得此類國(guó)際監(jiān)管機(jī)制的批準(zhǔn)或認(rèn)可并獲得國(guó)家監(jiān)管機(jī)構(gòu)的許可，它就更容易在其他國(guó)家獲得許可。

該倡議可能是邁向更強(qiáng)大和更有能力的國(guó)際監(jiān)管和安全制度的第一步。它可以為強(qiáng)制性國(guó)際檢查制度鋪平道路，有責(zé)任和權(quán)力審查和批準(zhǔn)所有新的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，對(duì)所有運(yùn)行中的反應(yīng)堆進(jìn)行定期檢查，并公布調(diào)查結(jié)果，以向運(yùn)營(yíng)商、政府和廣大公眾保證核安全全世界的動(dòng)力反應(yīng)堆。

這種更強(qiáng)有力的國(guó)際監(jiān)管制度將補(bǔ)充而不是替代將繼續(xù)承擔(dān)主要責(zé)任的國(guó)家安全和監(jiān)管制度。但它可以就本國(guó)和鄰國(guó)核設(shè)施的安全性向任何國(guó)家或國(guó)家集團(tuán)的公眾提供獨(dú)立保證。

乏燃料管理

為了讓政治家、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和公眾接受任何核能系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)人員必須能夠證明有一個(gè)可靠的策略可以安全地處理放射性廢物。

對(duì)于基于當(dāng)前 LWR 技術(shù)的 SMR 設(shè)計(jì)，乏燃料的細(xì)節(jié)可能不同(濃縮度、尺寸等)，但可以像現(xiàn)有大型 LWR 一樣進(jìn)行管理。

對(duì)于基于液態(tài)金屬或氣冷反應(yīng)堆、球床反應(yīng)堆或熔鹽反應(yīng)堆的其他 SMR 概念，沒(méi)有工業(yè)規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化方法將乏燃料調(diào)節(jié)或包裝成適合在地質(zhì)處置庫(kù)中處置的形式。一些 SMR 乏燃料具有良好的特性，例如錒系元素濃度較低或熱密度低。在某些情況下，對(duì)于球床燃料，低熱密度被每單位能量輸出的高比廢物體積所抵消。

所有這些技術(shù)挑戰(zhàn)當(dāng)然都可以解決，盡管在通常建議的樂(lè)觀時(shí)間尺度上這是否總是可行還不清楚。

地質(zhì)處置庫(kù)對(duì)乏燃料安全處置的適用性已被廣泛接受，最近在歐盟研究范圍內(nèi)進(jìn)行的分析也證實(shí)了這一點(diǎn)。

如果要廣泛引入 SMR，則必須解決更廣泛的戰(zhàn)略乏燃料管理問(wèn)題。必須多久進(jìn)行一次加油?這將在現(xiàn)場(chǎng)完成，還是將核心運(yùn)送到中央設(shè)施?如果工廠生產(chǎn)的反應(yīng)堆模塊被退回供應(yīng)商，乏燃料在那里進(jìn)行調(diào)節(jié)，供應(yīng)商是否能夠安排在其本國(guó)或其他地方的跨國(guó)設(shè)施中進(jìn)行處置?

今天，唯一同意接受從國(guó)外反應(yīng)堆返回的乏燃料的國(guó)家是俄羅斯。其他一些潛在的 SMR 供應(yīng)國(guó)的政策或法律目前會(huì)阻止他們接受退回的乏燃料。然而，如果核反應(yīng)堆的用戶可以免除乏燃料處理的責(zé)任，那么新的核國(guó)家選擇 SMR 的動(dòng)力將大大增加。

潛在市場(chǎng)需求

SMR 的多功能性最終可能成為其廣泛采用的主要驅(qū)動(dòng)力。與大型核電站一樣，它們可以提供區(qū)域供熱和電力。這對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的小型 SMR 特別有價(jià)值，因?yàn)榛剂鲜腔呻娏Φ奈ㄒ惶娲鷣?lái)源。一些 SMR 設(shè)計(jì)可以在比大型 LWR 更高的溫度下提供熱量，這些設(shè)計(jì)可用于特定行業(yè)，例如煉鋼、煤氣化、制氫和石油精煉。另一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用可能是海水淡化。

如果采用基于可返回工廠的制造單元的模塊化設(shè)計(jì)，使用 SMR 為任何這些關(guān)鍵工業(yè)活動(dòng)提供動(dòng)力，尤其是在遠(yuǎn)程站點(diǎn)，將面臨更少的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)這種分布式、本地化實(shí)施的愿景，它們必須具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，并且必須有足夠多的站點(diǎn)獲得本地認(rèn)可。

最適合 SMR 的國(guó)家是現(xiàn)有的或新的核電國(guó)家，它們：

• 被新 SMR 設(shè)計(jì)的被動(dòng)安全特性所說(shuō)服
• 被逐步增加能力的可能性所吸引，這可能會(huì)緩解資金需求
• 需要為離網(wǎng)社區(qū)供電。

SMR 也可能對(duì)以下新進(jìn)入國(guó)家特別感興趣：

• 希望從一個(gè)小型核能計(jì)劃開(kāi)始
• 無(wú)法承擔(dān)大型反應(yīng)堆的前期投資
• 有一個(gè)不太強(qiáng)大或較小的國(guó)家電網(wǎng)。

許多國(guó)家已經(jīng)表達(dá)了對(duì)實(shí)施 SMR 的公眾興趣。有些是潛在的供應(yīng)商;其他人是潛在的新用戶或有他們有興趣擴(kuò)大的核電計(jì)劃。

懸而未決的問(wèn)題是，在相對(duì)不遠(yuǎn)的將來(lái)，這一總市場(chǎng)量是否足以填補(bǔ)一條 SMR 生產(chǎn)線的訂單。

除非供應(yīng)商基礎(chǔ)進(jìn)行重大整合，否則任何 SMR 開(kāi)發(fā)商都很難為工廠生產(chǎn)做準(zhǔn)備。供應(yīng)商數(shù)量將因 SMR 的技術(shù)特性以及開(kāi)發(fā)商獲得政府或私人融資的能力而減少。挑選贏家對(duì)這些投資者來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)危險(xiǎn)的工作，但如果 SMR 要及時(shí)和足夠數(shù)量地投入使用，從而為緩解氣候變化做出重大貢獻(xiàn)，這是不可避免的。

政府在核電政策中的作用

今天商業(yè)運(yùn)行的核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)很少，它們都得到了某種形式的政府支持，以幫助它們建立市場(chǎng)。

引入新設(shè)計(jì)的門檻一直很高，因此今天世界各地運(yùn)行的大多數(shù)反應(yīng)堆都是從用于潛艇推進(jìn)裝置的早期輕水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)演變而來(lái)的。SMR 的情況會(huì)有所不同嗎?有積極跡象表明，旨在成為 SMR 供應(yīng)商的國(guó)家的政府愿意提供幫助。在俄羅斯和中國(guó)，這是由政府為 SMR 設(shè)計(jì)提供所有資源來(lái)完成的。西方國(guó)家也提供了直接的財(cái)政支持，例如在美國(guó)和英國(guó)，但主要用于第一個(gè)同類設(shè)計(jì)所需的研究工作。

SMR 所需的相對(duì)較低的資金可能使所有初始資金都由私營(yíng)部門提供。美國(guó)、英國(guó)、加拿大、挪威、阿根廷等地有許多小型初創(chuàng)公司，其中一些正在吸引私人投資者。他們獲得融資的能力也可能取決于核能是否包含在清潔和可持續(xù)能源的分類中。

個(gè)別國(guó)家可以為國(guó)內(nèi)項(xiàng)目或在國(guó)外贊助的項(xiàng)目做出此決定(例如俄羅斯就是這種情況)。但為了進(jìn)入全球金融市場(chǎng)，需要在多國(guó)協(xié)議中明確承認(rèn)核能是可持續(xù)的。

在歐盟，這是一個(gè)非常有爭(zhēng)議的問(wèn)題，因?yàn)榉诸惙ㄒ笤谏芷诘幕A(chǔ)上進(jìn)行“無(wú)重大傷害”評(píng)估才能獲得資格。在歐盟聯(lián)合研究中心的廣泛積極報(bào)告之后，歐盟委員會(huì)于 2021 年底做出了將核能納入分類的決定，但這面臨著一些成員國(guó)的持續(xù)反對(duì)，而且它仍需得到歐洲議會(huì)的批準(zhǔn)。

廣泛采用小型模塊化反應(yīng)堆的障礙是什么?

廣泛采用 SMR 的最大障礙是：

• 證明正在開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)提供了更高的安全性，并且可以按時(shí)建造，并且每兆瓦的資本成本和每千瓦時(shí)的生產(chǎn)成本具有競(jìng)爭(zhēng)力。
• 簡(jiǎn)化和協(xié)調(diào)供應(yīng)商所在國(guó)家和潛在用戶所在國(guó)家/地區(qū)的監(jiān)管許可流程。
• 將潛在供應(yīng)商的范圍縮小到足以確保足夠的市場(chǎng)需求以允許采用工廠生產(chǎn)方法。

需要采取什么行動(dòng)來(lái)克服部署 SMR 的障礙?

• 為了克服這些障礙，政府，特別是世界領(lǐng)先經(jīng)濟(jì)體的政府有必要：
• 認(rèn)識(shí)到核能在公正、可靠和清潔能源轉(zhuǎn)型中的作用
• 支持 SMR 的加速、采用和商業(yè)化

支持建立一個(gè)由原子能機(jī)構(gòu)牽頭的協(xié)調(diào)一致的國(guó)際監(jiān)管體系，特別是針對(duì)中小型反應(yīng)堆的監(jiān)管體系，作為邁向建立健全和授權(quán)的國(guó)際監(jiān)管和安全制度的第一步。

如果所有挑戰(zhàn)都得到滿足，那么 SMR 就可以合理地被提出來(lái)作為核能的游戲規(guī)則改變者，從而提高公眾和政治的接受度。