在新加坡這樣人口稠密的國家建立核電站，會出現獨特的挑戰和風險。盡管如此，由于核能的高容量因數和可靠的發電能力，被認為是新加坡的凈零選擇。那么該如何管理其中的風險?

1、風險與解決方案

在新加坡這樣人口稠密的國家建立核電站帶來了獨特的挑戰和風險

新加坡制定了宏偉的目標，到2050年實現凈零排放，這促使該國努力探索低碳替代品，以減少對化石燃料的依賴，并使其能源結構多樣化。

新加坡目前86%的能源消耗來自石油和其他燃料，其中天然氣占13%。

同時，新加坡必須進口三分之二的原油，主要通過管道和液化天然氣進口天然氣。大量的能源進口不僅導致新加坡損失了大量外匯儲備，還對該國的能源安全構成了風險。

核能不依賴天氣，所需燃料也相對較少。與此同時，儲存用于核能的鈾是加強新加坡長期能源安全的可行解決方案。

因此，新加坡能源2050委員會已將小型模塊化反應堆(SMR)確定為電力行業脫碳和提高能源安全的可行選擇。

盡管核能對新加坡有潛在的好處，但在這樣一個人口稠密的國家建立核電站帶來了一定的挑戰和風險。

與核能相關的風險，不僅僅是技術風險，也是社會學和環境風險。

許多自然資源保護主義者仍然反對使用核能，因為他們擔心核能可能對人口、環境和鄰國構成高風險——包括放射性暴露造成的人員傷亡和健康風險、恐怖襲擊等安全威脅以及環境污染。

全面的風險分析可以深入了解人口稠密國家核能的風險和收益，可用于就核能的使用做出明智的決定。

新加坡各領域能源消耗情況

在開始核項目之前，徹底考慮、評估和評估所有潛在危險至關重要。

為此，應組建一支訓練有素的專家團隊，包括來自各個領域的科學家、工程師和專家，深入了解核能技術、程序、計劃、控制措施和風險，并在核安全問題上擔任政府顧問。

確保核能安全運行的關鍵因素——嚴格的治理、健全的安全程序和有效的措施。通過將這些元素與核技術和核電站設計的最新進展相結合，可以顯著降低核事故的概率。

2、運行SMR的“領結”分析

像BWRX-300這樣的SMR是低碳能源生產的一個有吸引力的選擇。

核電站的運行存在多種潛在危害，這些危害可能對公眾健康和環境造成嚴重后果。

自然災害，如地震、惡劣天氣、野火和洪水，這些都有充分的歷史記錄。

核電站設計、維護和運行中的人為錯誤也會導致關鍵設備的故障。

此外，核電站也容易受到蓄意破壞、恐怖主義和網絡攻擊造成的蓄意傷害。

核災難的經濟影響可能超出當地地區，對財產、企業和投資造成損害，并可能對鄰近社區的健康和福祉產生影響。

建造核電站對新加坡的鄰國馬來西亞和印度尼西亞等也是同樣重要。

考慮到這些后果，如果輿論與公共關系管理不當，對核災難的恐懼可能會導致對核能的廣泛懷疑，可能會產生進一步的社會和心理影響。

圖1. 對反應堆故障模式的分析表明，設計缺陷是最常見的，并揭示了SMR在新加坡等人口稠密地區的部署。

基于已識別的危險和潛在后果，定性領結圖(圖1)直觀地顯示了核電站的潛在處理、潛在后果以及預防或減輕這些后果的建議障礙。

3、反應堆類型比較分析

為了進一步加強領結圖中描述的廣泛的控制措施，收集和徹底分析過去事件的數據至關重要。

這一過程能夠識別此類事件的原因，檢測模式和趨勢，并制定有效的解決方案來減輕風險。

這項研究旨在確定對核事故影響最大的反應堆類型，以及安全系統故障的常見原因。

然而，委員會指出，此類事件主要涉及大型常規反應堆，可能無法準確反映新加坡正在考慮的SMR相關的安全風險。

SMR作為能源市場的首選，由于其提供靈活、負擔得起和低碳能源的潛力，越來越受歡迎。

然而，鑒于SMR核事故的出現和獨特的設計，目前關于SMR核事件的可用數據有限。

為了解決這一差距，這項研究依靠核事件數據庫來擴大可用信息，并為新加坡政府制定合理的建議。

切爾諾貝利核電站和福島核電站均為沸水堆。

根據分析，壓水反應堆(PWR)是核事件中最常見的反應堆類型，在1256起事件中占784起(62%)，其次是沸水反應堆(BWR)，共382起(30%)。

進一步的分析表明，核事件的原因各不相同。

根據這些數據，設計殘差是PWR和BWR核事件的主要原因。

因此，在新加坡設立SMR時，考慮本質上更安全的設計是很重要的，在設計階段必須解決可預見的運營風險。

為了防止操作員錯誤，可以進行設計驗證和測試，以確保操作是穩健的，并且系統可以保護操作不受操作員錯誤的影響。

雖然新加坡不太可能經歷地震或海嘯等可能引發核事故的自然災害，但島上偶爾會感受到鄰國地震帶來的震動。

因此，仍然建議設計和建造能夠承受地震和其他自然災害的SMR，以增加安全裕度。

根據2011年福島第一核電站事故的教訓，這也是美國核管理委員會對所有核電站的要求。

4、新加坡SMR改造

就像中國正在建設的SMR一樣，未來可能為新加坡供電。

為了確保核設施的持續安全和可靠性，以及獲得寶貴經驗和測試新技術，建議在建造全面核設施之前實施一個改造SMR的試點項目。

通過用先進的安全功能和監控系統改造SMR，我們可以在受控環境中評估其性能，并在擴大到更大的設施之前進行任何必要的改進。

SMR需要一個半徑小于0.3公里的應急規劃區(EPZ)。

新加坡現有的三個發電站位于遠離人口稠密居民區的工業區。發電站和人口稠密地區之間的大致距離表明，三個發電站中的任何一個，都可以在與人口稠密地區保持安全距離的同時進行SMR改造。

通過分層聚類分析，圣諾哥發電站已被確定為最適合初始轉換的候選電站，未來有可能對其他兩個發電站進行改造。

選擇圣諾哥發電站作為SMR改造的候選電站是基于幾個因素，包括其超過30年的使用年限和對排放高二氧化碳的石油的依賴。

在對電站的各個電廠進行徹底評估后，日立1983蒸汽熱電廠，特別是G7-243MW或G8-250MW，被確定為最適合使用SMR進行改造的選擇。

為了確保改造后的核電站安全高效運行，建議在該項目中使用集成壓水反應堆(iPWR)。這種陸基水冷SMR的功率范圍為151 MWe至250 MWe，可與G7-243MW或G8-250MW油基工廠相匹配，實現一對一的改造能力。

NUWARD的SMR工廠(圖片：Nuward)

包括NUWARD、W-SMR或mPower在內的幾種型號適用于該項目。

SMR的改造也可能帶來一些施工和運營風險，可以通過使用數字孿生軟件和機器學習來緩解。

實現數字孿生軟件和機器學習以模擬和評估SMR的性能，將是SMR改造過程的重要組成部分，從而在部署前對技術進行徹底測試和優化。

數字孿生模型可以通過提供虛擬環境進行測試和優化，幫助識別和預防潛在的安全隱患，如失控反應或安全殼損毀。

機器學習技術，如監督學習，可以通過檢測異常和預測潛在故障來確保SMR的安全運行。

另一方面，無監督學習可以通過分析模式和確定改進領域來優化所有設備的維護和生命周期成本。

將數字孿生軟件和機器學習納入SMR改造過程可以確保這些反應堆的安全高效運行。

這種方法將使我們能夠盡早發現和解決潛在問題，最大限度地降低風險，確保設施的長期可持續性。

5、SMR的固有安全設計

根據比較分析，設計錯誤已被確定為核事件的主要原因。

為了減輕這種風險，新加坡擬建的iPWR必須設計為固有安全，具有一系列先進功能，包括：

在正常和緊急情況下，能夠在沒有操作員干預的情況下運行三天以上，以應對任何設計基準事故和電力供應損失。

最先進的全數字核儀器和控制(I&C)，由內部電池供電，可在無內部或外部電源的情況下進行長達三天的安全狀態監測。

在維護儀控時，保持反應堆運行的過程儀控獨立于其他過程儀控，遠程記錄并實施基于預測的維護。系統數據由遠程控制室的一個專門團隊控制，以保護系統免受網絡攻擊。

堆芯熔毀事故的主動和被動安全管理。

核電站堆芯熔毀

核安全的另一種被動方法是使用堆芯熔毀的容器內滯留，它可以包含核電站內發生堆芯熔化事故，從而消除了對周圍環境地區采取疏散措施的必要性。這使得能夠在工廠邊界內建立一個較小的應急規劃區。

此外，半埋(25米)的地下核配置可以防止潛在的恐怖主義行為或惡意商業飛機墜毀，以及放射性物質的釋放。

該功能為防止事故和風險提供了額外的保護層，確保了工廠和周圍環境的安全。

6、應急準備

根據新加坡能源市場管理局一份新報告，核能可以幫助新加坡電力部門在2050年前實現凈零碳排放，核能可以滿足新加坡能源需求的10%左右。

盡管采取了安全措施，事故仍有可能發生。

因此，在新加坡這樣人口稠密的國家，制定一個全面的現場和場外應急響應計劃，以管理可信的核電站緊急情況，這一點至關重要。

該計劃必須考慮與核設施運行相關的挑戰、限制和風險。

在新加坡發生核事故時，場外應急計劃是確保人口和環境安全的一個特別重要的組成部分。

工廠運營商和當地政府必須共同努力，確保采取必要措施保護民眾免受與工廠運營相關的潛在威脅和危害。

為了確保在新加坡運行的核電站的場外應急響應計劃取得成功，與當地社區接觸并向他們提供有關核電站運行、安全措施和應急響應計劃的必要信息也是至關重要的。

管理新加坡的核緊急情況帶來了許多挑戰。

有限的陸地空間面積使尋找合適的疏散地點變得困難，而高人口密度使保護人口變得困難。

有限的資源和后勤問題，包括醫療和應急專家和專業人員、設備、空間、基礎設施和物資的短缺，使應對核緊急情況更加復雜。

與當地和鄰國的協調與合作也帶來了挑戰，各方的不同目標和優先事項可能導致在制定統一方法方面出現延誤，使決策過程變得困難。

因此，有必要進行進一步的研究，以應對這些挑戰，并制定有效的戰略來管理新加坡的核緊急情況。

建議新加坡政府制定與核安全、運營和緊急情況相關的法律要求，并推動國際核研究合作，以交流核安全領域的知識和經驗，并獲得核設施的使用權。

政府還應通過能力提升模式培養核能勞動力，以滿足該行業未來的需求，并通過提高認識運動讓公眾參與核能，尋求他們的反饋，以更好地合作，并了解能源管理的未來可持續性。

7、新加坡核能的下一步行動

新加坡勝科發電廠

為了在2050年前為全面的核設施做準備，這項研究建議進行一個試點項目，將SMR改造成現有的發電站。

強烈建議實施本質安全的集成壓水堆(iPWR)SMR，因為它能夠將緊急情況控制在現場邊界內，從而消除大規模緊急疏散問題。

雖然過去的大多數核事件與新加坡完全無關，但這些事件確實突出了制定與核安全、運營和緊急情況相關的法律要求的重要性。

這對于確保新加坡為應對潛在核事件做好充分準備和裝備是必要的。

此外，推動國際核研究合作可以促進核安全領域的知識和經驗交流，進一步提高國家的準備和應對能力。

還建議新加坡政府通過能力提升模式培養核能勞動力，以滿足該行業未來的需求，并通過提高認識運動和反饋機制讓公眾參與核能，以更好地合作和理解能源的可持續管理。

核工作隊可以與政府合作，制定法律要求，推動核研究合作，教育公眾，培養核工業勞動力。

通過實施這些建議，新加坡可以建造使用這種安全可靠的核動力源，邁向更可持續的能源未來。

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