為了在分布式、脫碳的能源行業(yè)中贏得一席之地并降低成本，SMR必須讓投資者和消費(fèi)者從心里接納。

1、新能源發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

玲瓏1號(hào)SMR已經(jīng)在中國(guó)建設(shè)中

核工業(yè)界希望小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)能夠成為能源系統(tǒng)的主力軍，生產(chǎn)制造時(shí)可以直接打包，以模塊形式交付，這些模塊可以在現(xiàn)場(chǎng)快速方便地組裝，并為鄰近客戶或整個(gè)電網(wǎng)提供熱量或電力。

理論上，使用一種快速大量推出的小型模塊化技術(shù)，可以提高供應(yīng)鏈效率，為業(yè)主和投資者建立運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，并推動(dòng)技術(shù)沿著“成本曲線”下降。

風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽能光伏發(fā)電和各種電池的不斷推出，在不到20年的時(shí)間里，這些新的能源形式從幾百臺(tái)上升到能源行業(yè)的支柱，這一過程在能源行業(yè)已經(jīng)變得很普遍。

事實(shí)上，政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在其3月份的報(bào)告中指出，2010年至2019年間，太陽能光伏的單位成本“持續(xù)下降”了85%，風(fēng)能下降了55%，鋰離子電池下降了85%。

這一階段部署是太陽能光伏開始發(fā)展時(shí)的10倍。

核能SMR能走同樣的路線嗎?還是該行業(yè)目前的設(shè)計(jì)方法限制了其在成本曲線上追隨其他清潔能源技術(shù)的機(jī)會(huì)?

成功通過成本曲線的技術(shù)有幾個(gè)相同的特點(diǎn)。

它們(最初)很小;使用了一種熟悉的技術(shù);已經(jīng)大量推出;他們可以被安置在各種各樣的地點(diǎn);第一批項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)很快被吸收;這些數(shù)據(jù)讓第三方金融家有信心投資后續(xù)項(xiàng)目。

例如，鋰離子電池正在以千兆瓦的規(guī)模推出，但最大的裝置，安裝在非常像集裝箱的設(shè)施中，包含熟悉的小型電池陣列。

在將其作為一個(gè)大陣列進(jìn)行運(yùn)營(yíng)、將其與電網(wǎng)集成、開發(fā)其所能提供的服務(wù)市場(chǎng)(作為電網(wǎng)響應(yīng)形式，而不是基本負(fù)荷電力)以及建模和管理最佳運(yùn)營(yíng)機(jī)制方面，都需要?jiǎng)?chuàng)新。

現(xiàn)在，隨著電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商重視他們所能提供的服務(wù)，出現(xiàn)了“市場(chǎng)吸引力”。

2、設(shè)計(jì)種類繁多

Holtec SMR-160設(shè)計(jì)效果圖

SMR仍處于“市場(chǎng)推動(dòng)”階段。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)表示，目前全球已經(jīng)有80多個(gè)SMR設(shè)計(jì)，但其先進(jìn)反應(yīng)堆信息系統(tǒng)(ARIS)列出了48個(gè)處于設(shè)計(jì)階段的SMR類反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。

事實(shí)上，其中近十幾個(gè)實(shí)際上不在IAEA自己的SMR定義范圍內(nèi)，該定義將反應(yīng)堆額定功率的上限定為300 MWe，而300 MWe的設(shè)置，也意味著一些更古老的常規(guī)設(shè)計(jì)，如印度的PHWR，被列入IAEA的SMR清單。

IAEA的ARIS清單在設(shè)計(jì)的早期或后期有七種不同類型的技術(shù)，每一類的設(shè)計(jì)都有所不同。

有十幾種是輕水反應(yīng)堆，可能被認(rèn)為最接近目前構(gòu)成大多數(shù)工作反應(yīng)堆的壓水堆和沸水堆。七種基于鉛冷卻劑，九種基于鈉冷卻劑，五種基于鉛鉍冷卻劑，六種氦氣冷卻劑，五種以氟化物和石墨為基礎(chǔ)的。二者將石墨慢化劑與熔鹽冷卻劑結(jié)合在一起。

通過復(fù)制來降低成本需要“邊做邊學(xué)”，即建造反應(yīng)堆。

這需要解決幾個(gè)問題：一個(gè)理解良好的設(shè)計(jì)，最好是有運(yùn)營(yíng)記錄，以及一個(gè)讓供應(yīng)鏈有信心投資的電廠。

SMR行業(yè)在這一過程中取得了哪些進(jìn)展?

3、許可

六模塊VOYGR-6工廠圖(圖源：UAMPS)

許多其他類型的發(fā)電都沒有遇到，而SMR遇到的障礙，就是核許可證。

這既需要技術(shù)許可證，也需要場(chǎng)地許可證，這是每項(xiàng)技術(shù)都必須通過的瓶頸。

NuScale的VOYGR SMR設(shè)計(jì)的核心剖面圖

第一個(gè)這樣做的是NuScale，該公司于今年1月獲得了美國(guó)核管理委員會(huì)(NRC)對(duì)六模塊VOYGR變體的設(shè)計(jì)批準(zhǔn)。

然而，該技術(shù)的設(shè)計(jì)批準(zhǔn)并不一定意味著它可以安裝在選定的地點(diǎn)。

NRC會(huì)對(duì)NuScale的批準(zhǔn)，允許公用事業(yè)公司或其他運(yùn)營(yíng)商參考該設(shè)計(jì)，但運(yùn)營(yíng)商仍需申請(qǐng)聯(lián)合許可證，才能在美國(guó)任何地方將其作為核電站進(jìn)行建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

BWRX-300電廠圖(圖源：GE日立)

下一個(gè)獲得設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的可能是GE日立的BWRX-300，它“利用了GE日立美國(guó)NRC認(rèn)證的ESBWR的設(shè)計(jì)和許可基礎(chǔ)”，于2020年進(jìn)入美國(guó)NRC許可程序。

BWRX-300已經(jīng)完成了加拿大核安全委員會(huì)(CNSC)供應(yīng)商設(shè)計(jì)審查程序的第一階段和第二階段，并于2022年12月GE日立宣布已將其提交給英國(guó)通用設(shè)計(jì)評(píng)估(GDA)。

英國(guó)核監(jiān)管辦公室(ONR)去年也接受了英國(guó)勞斯萊斯(Rolls Royce)SMR公司的一個(gè)新反應(yīng)堆的GDA。

該公司將該反應(yīng)堆描述為SMR，盡管在440 MWe，大大高于IAEA滿足該定義的上限。

這三種設(shè)計(jì)都是基于已經(jīng)部署，并有運(yùn)行記錄的眾所周知的核技術(shù)。

盡管SMR版本有許多不同之處，但這些設(shè)計(jì)可能具有大規(guī)模推出所需要求。

4、處于領(lǐng)先地位

在為潛在SMR選址方面取得了哪些進(jìn)展?

大型核裝置必然更受場(chǎng)地特征的影響，SMR的關(guān)鍵要求是“復(fù)制”。

這意味著該電廠場(chǎng)地應(yīng)該能夠承載多個(gè)機(jī)組，或者應(yīng)該有大量潛在的站點(diǎn)可用。

NuScale

NuScale在許可過程中取得的進(jìn)展，使其在提高潛在買家興趣方面處于有利地位。

該公司正在出售其77MWe NuScale工廠，有3個(gè)、6個(gè)或12個(gè)機(jī)組版本，品牌為“VOYGRTM”，并正在與猶他州聯(lián)合市政電力系統(tǒng)公司(UAMPS)合作，為位于愛達(dá)荷州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的六模塊工廠申請(qǐng)聯(lián)合許可證。

該申請(qǐng)將于明年提交給NRC，目標(biāo)是在2029年和2030年啟動(dòng)機(jī)組。

盡管成本增加，UAMPS聯(lián)合體最近重新批準(zhǔn)了該項(xiàng)目。

UAMPS表示，一項(xiàng)新的預(yù)算計(jì)劃“將把SMR項(xiàng)目納入一項(xiàng)積極的2023年工作計(jì)劃，重點(diǎn)是完成2024年1月提交給NRC的建造和運(yùn)營(yíng)申請(qǐng)的準(zhǔn)備工作”。

新簽署的協(xié)議，斗山能源公司將開始為NuScale SMR 制造主要設(shè)備。

今年，它還將采購長(zhǎng)周期材料——NuScale Power已經(jīng)向斗山能源公司下了上部反應(yīng)堆壓力容器訂單——并將制定更詳細(xì)的施工估算。

NuScale已經(jīng)與另外兩家公用事業(yè)公司簽署了協(xié)議，這可能會(huì)為更多的部署打開大門。

此外，NuScale Power還與其他國(guó)家的潛在業(yè)主留有大量諒解備忘錄。

羅馬尼亞的RoPower核電公司，于12月與NuScale Power簽署了前端工程和設(shè)計(jì)(FEED)工作合同。

RoPower授予NuScale的FEED工作的第一階段，確定將部署在Doicesti發(fā)電站的VOYGR-6的具體投入。重要的是，Doicesti以前不是一個(gè)核電站，而是擁有小型燃煤發(fā)電機(jī)組。

NuScale Power和波蘭KGHM 簽署了一項(xiàng)最終協(xié)議，最早將于2029年在波蘭部署第一座NuScale VOYGR SMR 電廠。

同樣，在波蘭，NuScale簽訂了協(xié)議，在過去沒有核設(shè)施的地點(diǎn)部署VOYGR時(shí)，NuScale將提供“支持”。

KGHM已經(jīng)開始與國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)(NAEA)進(jìn)行討論，并與NuScale簽署了早期工作協(xié)議。

NuScale還有歐洲與保加利亞、烏克蘭和捷克的諒解備忘錄。

在歐洲以外，NuScale在約旦和哈薩克斯坦也有類似的協(xié)議。當(dāng)然，所有這些都要求反應(yīng)堆獲得許可。

GE日立

GE日立BWRX-300工廠圖(圖源：GE日立)

GE日立核能公司的BWRX-300 SMR也確保了潛在客戶的安全。

去年，當(dāng)安大略省發(fā)電公司(OPG)選擇其在達(dá)林頓部署時(shí)，該公司獲得了第一個(gè)站點(diǎn)。

OPG的目標(biāo)是在2028年完成該場(chǎng)地的第一個(gè)商業(yè)建設(shè)。

值得注意的是，GE日立已與SNC-Lavalin和Aecon就該項(xiàng)目簽署了項(xiàng)目交付協(xié)議。

CNSC的設(shè)計(jì)驗(yàn)收將為薩斯喀徹溫省選擇BWRX-300進(jìn)行潛在部署的SaskPower的第二次部署提供領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，盡管這是在20世紀(jì)30年代中期。

今年，GE日立還宣布，田納西河谷管理局(TVA)已開始規(guī)劃并初步許可在其位于田納西州的Clinch River現(xiàn)場(chǎng)部署B(yǎng)WRX-300。

將在安大略省達(dá)林頓核電站建造BWRX-300核電站

波蘭啟動(dòng)了監(jiān)管審批程序，奧倫合成綠色能源公司(OSGE)及其合作伙伴已向波蘭國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)提交了對(duì)BWRX-300進(jìn)行評(píng)估的申請(qǐng)。

OSGE表示，它希望在本世紀(jì)末部署“至少10座”BWRX-300，其中第一座投入使用。此外，費(fèi)米能源公司宣布已選擇BWRX-300在愛沙尼亞進(jìn)行潛在部署。

勞斯萊斯

勞斯萊斯SMR工廠及剖面圖(圖源：勞斯萊斯)

勞斯萊斯尚未在其本土市場(chǎng)為其SMR找到一個(gè)場(chǎng)地。

它認(rèn)為，該反應(yīng)堆將引起所謂“工業(yè)集群”的興趣，英國(guó)特別關(guān)注這些領(lǐng)域的脫碳。

政府為工業(yè)集群提供的資金已用于發(fā)展碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)或氫氣生產(chǎn)，而不是開放新的核設(shè)施。

新的核選項(xiàng)目前僅限于英格蘭和威爾士的特定地點(diǎn)(蘇格蘭暫停新的核項(xiàng)目)，這是20年前政府決定重啟核建設(shè)時(shí)確定的。

最終確定的地點(diǎn)是以前的核設(shè)施。目前正在進(jìn)行的規(guī)劃法改革，應(yīng)該會(huì)擴(kuò)大這一范圍，但目前，工業(yè)用地需要政府的特別許可。

然而，勞斯萊斯也在波蘭找到了愿意合作的伙伴。國(guó)有工業(yè)企業(yè)是工業(yè)發(fā)展署股份公司的子公司，已選擇勞斯萊斯SMR作為中央氫能集群，計(jì)劃每年生產(chǎn)50000噸低碳?xì)錃狻?/p>

它想要最多三臺(tái)機(jī)組，勞斯萊斯SMR表示，這可能為“在整個(gè)2030年代用SMR取代波蘭南部超過8 GW的燃煤發(fā)電廠的機(jī)會(huì)”打開大門。

5、用戶優(yōu)先

X-Energy的Xe-100高溫氣冷反應(yīng)堆可能部署在陶氏化學(xué)工廠

NuScale、GE日立和勞斯萊斯已首先尋求設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，并隨著反應(yīng)堆的進(jìn)展建立了客戶數(shù)量。但X-Energy可能會(huì)合作進(jìn)行這一過程。

X-Energy是美國(guó)能源部(DOE)先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃(ARDP)的一部分，在ARDP工作的整個(gè)生命周期內(nèi)，將從DOE獲得12億美元的成本分?jǐn)傎Y金。

現(xiàn)在，該公司已與美國(guó)化工集團(tuán)陶氏公司簽署了一項(xiàng)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議(JDA)，將X-Energy的Xe-100高溫氣冷反應(yīng)堆用于工藝熱和電力。

X-energy的Xe-100 (圖源: X-energy)

JDA的范圍包括準(zhǔn)備和向NRC提交施工許可證申請(qǐng)。據(jù)說X-energy正準(zhǔn)備向NRC提交許可證申請(qǐng)。

他們計(jì)劃在陶氏工業(yè)基地建造X-Energy的第一個(gè)機(jī)組，這是該公司在路易斯安那州和得克薩斯州墨西哥灣沿岸擁有的幾個(gè)機(jī)組之一。預(yù)計(jì)今年年底將選定一個(gè)地點(diǎn)。

陶氏化學(xué)本身就代表著一個(gè)部署機(jī)會(huì)——在31個(gè)國(guó)家運(yùn)營(yíng)制造基地，Xe-100可用于脫碳運(yùn)營(yíng)。

它可能會(huì)與X-Energy聯(lián)手，將該技術(shù)許可給其他工業(yè)客戶以及電力公司。

X-Energy此前曾與華盛頓州西北能源公司和格蘭特縣進(jìn)行過討論，這兩家現(xiàn)在將進(jìn)行后續(xù)機(jī)組建設(shè)。

6、能否做到?

顯然，波蘭市場(chǎng)將是該行業(yè)的一個(gè)開端。

這也帶來了自身的風(fēng)險(xiǎn)：由于波蘭的一些歐盟成員國(guó)反對(duì)任何類型的核能，并將對(duì)此表示反對(duì)，歐洲新的和現(xiàn)有的核能市場(chǎng)變得更加困難。

同樣，歐盟成員國(guó)希望看到波蘭能夠關(guān)閉其煤炭行業(yè)，清理其整個(gè)能源行業(yè)，這可能有利于SMR。

那么競(jìng)爭(zhēng)推出的大量其他技術(shù)呢?

他們的機(jī)會(huì)很可能是在大規(guī)模部署領(lǐng)先的期權(quán)創(chuàng)造了市場(chǎng)“吸引力”之后出現(xiàn)的。

如果投資者和公眾熟悉工業(yè)場(chǎng)地上使用的小型反應(yīng)堆模型，那么它可以降低部署的風(fēng)險(xiǎn)，并可以向愿意接受風(fēng)險(xiǎn)的投資者展示新技術(shù)。

同樣，對(duì)電池市場(chǎng)也具有指導(dǎo)意義。

鋰離子電池的大規(guī)模部署發(fā)展了交付和安裝的供應(yīng)鏈，以及為投資者創(chuàng)造回報(bào)的技能。

現(xiàn)在“市場(chǎng)吸引力”已經(jīng)存在，人們的注意力轉(zhuǎn)向了下一項(xiàng)技術(shù)。

彭博社新能源財(cái)經(jīng)最近的一項(xiàng)分析稱，“由于產(chǎn)量低和供應(yīng)鏈不發(fā)達(dá)，如今鈉離子電池比鋰離子電池更貴。

但BNEF看到了材料節(jié)約和能量密度提高的潛力，這將為鈉離子電池提供一條可行的途徑，使其成本達(dá)到目前磷酸鐵鋰的一半”。

核工業(yè)正在努力部署SMR，但有兩三個(gè)版本顯示出了其他資產(chǎn)類別成功的特點(diǎn)。

這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)熟悉，而小規(guī)模意味著他們每次將在10臺(tái)內(nèi)部署。問題將是，是否可以增加到數(shù)百或數(shù)千，以獲得復(fù)制的真正優(yōu)勢(shì)。

這可能會(huì)讓有前景的設(shè)計(jì)半途而廢，但這是所有資產(chǎn)類別都熟悉的經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)閺?fù)制導(dǎo)致的成本下降超過了紙面上看起來更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。

7、一次性部署?

CAREM-25建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)(圖源：CNEA)

世界各地在建的一些SMR基于熟悉的輕水型設(shè)計(jì)，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)之外的“系列建造”中顯然無法復(fù)制。

阿根廷的CAREM是一種小型壓水堆，額定功率為32 MW，旨在利用當(dāng)?shù)氐暮斯?yīng)鏈——約70%的組件將來自阿根廷公司。

2021，阿根廷政府宣布努力在三年內(nèi)完成該反應(yīng)堆，盡管該項(xiàng)目已經(jīng)醞釀多年，可以追溯到20世紀(jì)80年代中期。為福爾摩沙規(guī)劃的一個(gè)潛在的后續(xù)項(xiàng)目與100 MWe的額定功率不同。

昌江核電站安全殼廠房?jī)?nèi)的反應(yīng)堆坑(圖源：CNNC)

中國(guó)昌江玲瓏1號(hào)項(xiàng)目也是一個(gè)小型壓水堆，額定功率為152 MWe，2016年，它是第一個(gè)通過IAEA安全審查的SMR。第一批混凝土于2019年年中澆筑，據(jù)報(bào)道，去年年底設(shè)備安裝已經(jīng)開始。

中國(guó)和俄羅斯都為其SMR指定了后續(xù)電廠地點(diǎn)。中國(guó)計(jì)劃在白山建造兩臺(tái)200 MW的機(jī)組，俄羅斯將哈薩克斯坦的庫爾恰托夫確定為兩臺(tái)300 MWe機(jī)組的預(yù)期場(chǎng)地。

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