如何克服小型模块堆部署障碍（上）

小型模块堆能否提高核能应对气候变化的贡献?本文对市场、部署障碍以及克服这些障碍所需措施进行了详细阐述。

1、SMR必须要面临的挑战

安大略电力公司选择GE-日立的BWR-X300作为其达林顿电厂堆型(图源：GE-日立)

如今，核电站供应世界10%的电力(以及26%的低碳电力)。许多国家政府已经确认了核能当下和未来对应对气候变化的潜在贡献。

尽管在格拉斯哥举行的COP26的最后公报中没有提及核能——就像之前所有COP大会一样——但大多数展望低碳或净零碳未来的情景都包括重要的核贡献。

然而，在现有的核电国家和许多潜在的新来者中，公众对建设更多的核电站表示怀疑，甚至反对。

哪些新的发展可能会提高公众对这项技术的接受度?

如今，有超过60种新反应堆正在开发设计中，它们的共同特点是体积小。

这些小型模块化反应堆(SMR)通常每个模块的容量小于300MWe，基于广泛的技术，其中一些技术从未商业化部署。

一些SMR设计处于开发的高级阶段，有几个正在部署中。

然而，SMR是否会成为全球能源供应的重要组成部分尚不清楚。

如果SMR要成为改变全球核能发展方向的堆型，必须要面临的挑战是：

清晰演示SMR能够提供的安全改进和其他优势;

一个令人信服的竞争经济案例——每千瓦装机和每千瓦时发电;

完善的国际监管体系，加强许可和监督，同时建立公众和政治支持;

可靠的乏燃料管理战略，包括国家深层地质存储库、多国处置方案和供应商“回收”乏核燃料(SNF)的方案;

对SMR(电力生产、热能或氢气工艺)的需求足够大，足以支持工厂“生产线”制造;

政府在政治、金融、监管和组织方面对第一批SMR的支持。

2、SMR的改进

SMR及其类似非电气应用温度(℃)(来源：改编自IAEA《小型模块堆技术发展进展》，2020年版)

任何核动力反应堆的主要技术挑战，都是需要实现非常强大的安全性能，以便降低事故发生的可能性，并且可以有效控制事故后果。

新的SMR反应堆概念旨在通过一种设计来实现这一点，该设计基于实验证据、分析、测试性能和运行经验的组合，与足以提供保证的系统相似。

有证据表明，基于运行大型反应堆的丰富经验，大多数SMR将比现有反应堆安全得多。

增强安全性的总体特征是明确的。

SMR的较小尺寸意味着在事故条件下，需要清除的废热要少得多，需要管理的放射性要少得多。

系统配置和控制系统的进步使SMR更易于控制。

控制所需的操作员操作更少(在某些情况下不需要)。

SMR设计通常使用被动功能来实现安全功能，因此可能出现故障的主动系统较少(在某些设计中，没有主动系统)。

在一些SMR中，被动系统允许反应堆实现安全停堆状态，而无需硬件或操作员的主动干预。

SMR设计利用了先进技术(更好的材料、更可靠的设备、用于监测工厂状态的先进传感器技术、人工智能技术)。

最后，SMR将更容易检查和维修，因为方便的检查和维修通常是设计标准之一;工厂制造将提供更好的质量控制，模块之间的可变性更小，因此操作参数更可预测。

更重要的是，场外应急准备将不那么困难，因为潜在的事故将产生更小、更本地化的场外影响。

可以简化选址要求的优势——设施占地面积较小，放射性库存较低。

对于一些SMR而言，乏燃料和放射性废物的储存负担将不那么复杂，成本也会更低。

SMR的另一个重要的积极特征是，由于其模块化和多功能性，它们可能更容易集成到主要基于可再生能源的能源系统中。

综合考虑，众多不同的安全改进和优势应该会让许多地方的公众更容易接受这些新SMR。

3、SMR的经济性

与目前主导市场的大型反应堆相比，SMR的财务风险敞口更低，发电成本可能更低。

机组尺寸约为当今反应堆尺寸的十分之一到四分之一——在某些情况下甚至更小——意味着每个反应堆的前期资本承诺更低。

但他们需要SMR特有的优势来弥补规模经济的不足，规模经济导致反应堆的容量增至1600MW。

SMR将主要在工厂制造，并交付至发电现场，这将使按时、按成本完成发电厂成为常态。

设计的简单性还应控制施工成本和交付进度。

SMR可以增量地添加到大型电网中，以灵活地适应电力需求的增长，或者在需求不确定的情况下，替代退役的核和非核容量。

它们还可以部署在电网较小或不太稳定的市场，这可以提高它们的经济价值。

一些SMR概念还旨在提供电力以外的能源服务，包括工艺和区域供热、海水淡化或氢气，从而扩大SMR市场潜力。

SMR的经济性在很大程度上受这些因素的影响。

为了让SMR成为核能发展的改变者，他们必须能够充分利用模块化和大量工厂串联生产所提供的技术学习。

只有这样，投资成本的动态“买断”才能使SMR具有竞争力。这是一个“鸡和蛋”的问题，因为大多数SMR设计都是“第一种”。

迄今为止，不存在可靠的投资隔夜成本，可以作为技术学习评估的出发点。

隔夜投资成本(每千瓦时装机)和发电成本(每千瓦时)最初预计将高于大型反应堆——这对快速市场渗透和部署构成了阻碍。

对于第一批SMR，每个模块较低的前期资本要求和较容易的融资计划不太可能弥补这一劣势。

能否获得前期资金，以及为新能源设施筹集资金的成本，取决于技术链是否在其整个生命周期内被认为是可持续的。

那些被判定符合这一标准的能源将被纳入可接受能源的正式清单或分类中。

太阳能和风能就是例子，但关于核能一直存在争议。

SMR的经济性还取决于市场规模和试图进入该市场的竞争对手数量。

虽然设计多样化和开发者之间的竞争有其优点(带来最好的技术)，但它阻碍了技术学习、成本降低和市场采用。

如果没有大规模市场采用特定设计，生产量可能不足以大规模生产，并导致学习减少。

SMR项目的成本也将取决于许可和实施所需的时间。

从发电厂订购到并网的预计交付周期通常为三年左右(几乎是大型反应堆的一半)，但在安全功能增强之前，监管批准、许可和公众反对相关的不确定性不太可能改变。

标准化监管和许可可以显著缩短施工前的交付周期。

不确定性仍然是私营部门赞助的主要风险因素。

承认并支持SMR为“气候良性”技术的公共气候政策可以缓解这些私人投资者的风险担忧，无论支持是直接的(政府拥有所有权股份)还是间接的(积极政策)。