SMR开发中的关键点

目前的能源领域对SMR市场非常感兴趣，但至今还没有任何SMR设计可供商业使用。要实现这项技术的巨大飞跃，需要哪些关键点?

1、能源发展趋势是核能

虽然从整体上看，阀门的功能相对较小，但对于SMR按照设计运行来说至关重要。

如今的核能已不再有形象上的问题。自20世纪90年代以来，拖累核能发展的负面情绪正在逐渐转变，据国际原子能机构(IAEA)总干事拉斐尔·马里亚诺·格罗西表示，许多国家现在都在寻求引进或扩大产能。

1996年，核能占全球能源生产的17%。如今，这一数字约为10%，但发展方向是明确的。

全球有50多个反应堆正在建设中，其中大部分在中国和印度，其他国家已经取消了核淘汰计划。例如，日本正在恢复9座反应堆运行，其中30座将于2030年重启。

日本共同社当地时间2月19日报道，日本东北电力公司当天称，女川核电站2号机组将于今年9月重新启动。

这些变化反映了当下的能源不稳定时期，能源获取和供应安全已成为主要问题，一些国家不得不重新考虑能源发展的中长期战略。

随着世界经济体从化石燃料向低碳或零碳能源转型，稳定性的能源供应是必要的，尤其是那些引入自身间歇性能源，如风能和太阳能。

考虑到这种情况，人们的注意力重新转向核能也就不足为奇了。

核能具有各种优势——安全、“可控制”、正确部署时具有成本效益，最重要的是零碳。

诚然，利用这个上世纪开创的技术有一定的讽刺意味，当时许多人似乎都专注于“未来”的电力。小型模块化反应堆(SMR)——业界最有前途的概念——所带来的优势也是令人信服的。

降低资本成本、电网平衡和深度碳减排只是SMR的一部分优势。但就是这些优点，刺激了巨大的SMR需求和来自政府、投资者和一些行业最知名研发部门的投资流入。

在风险投资公司和财团的支持下，也有大量新进入SMR市场的公司，这反映了全商业规模设计的变革力量和可观的利润潜力。

然而，如果核工业界没有一系列配合的改变，实现SMR的优点也将是困难的。

这些变化包括，对监管格局的改革，也包括与拥有核工程和关键服务的制造商进行更密切的合作。

2、标准化推进

接受工厂组装零件的前提，是建立一套商定的制造原则，建立一个全球生产网络。

SMR之所以意义重大，是因为它们建立在经过验证的科学基础上。

SMR还与实现净零排放所需的绝大多数技术一致，尽管这些技术的成熟程度各不相同。成熟度可以说是当今SMR市场最明显的问题。

目前有80多种设计处于不同的完成阶段，使用不同的冷却剂和反应堆类型。

不可否认，这些发展方向是积极的，尽管这也暗示着标准化的缺乏，而标准化对于SMR实现经济效益至关重要。

一种有吸引力的商业模式，对SMR和更广泛的核工业来说很重要，尤其是在可再生能源“综合”成本持续下降的情况下。

虽然目前人们的兴趣很高，但如果投资者遭遇美国沃格特勒(Vogtle)核电站、法国弗拉芒维尔(Flamanville)核电站3号机组和英国欣克利角核电站等大型电站建设的延误和预算超支问题，那么他们会放弃SMR也不无道理。

但标准化不仅仅是资产负债表负责人的问题。它还切入了最初提出SMR的原因：便利性和可及性。

模块化反应堆使核能能够到部署在传统数百兆瓦电厂不易建设的地区，甚至有可能在相对较短的时间内提供临时电力，作为应急响应的一部分或支持地区经济发展。

如果没有安全可靠的设计，这些优点的实现是不切实际的。

虽然没有严格意义上的标准化，但有一些真正进步的迹象。

ESBWR是GWRX-300 SMR的设计前身(来源：GEH)

例如，通用电气日立公司的BWRX-300已经取得了进展，这是一种基于ESBWR设计的300 MW水冷反应堆，即经济简化沸水反应堆。

ESBWR已经获得了美国核管理委员会的许可，使用的设备和燃料，与目前世界各地使用的通用电气日立反应堆相同。

也进行了一些工程变更，包括安全泄压阀的减少和设计压力的增加。

如果获得批准，通用日立的SMR可能会在本十年末并网。这将领先于资深核能公司正在开发的SMR的大多数计划表，后者计划于本世纪30年代中期并网。

劳斯莱斯提供了一个最好的例子，说明了为什么在SMR开发过程中保持商业现实的重要性。

该公司目前正在参与一项部分由英国政府资助的项目，开发470 MWe的压水堆机组。

最初的5亿英镑(6.34亿美元)计划资金将在2024年底前用完，因此劳斯莱斯CEO公开要求在2023年底前起草政府部署计划。

这些SMR预计耗资约18亿英镑(23亿美元)，与塞兹韦尔C项目一个机组的耗资(90亿英镑(114亿美元))相比，节约了巨大的资金。在完成通用设计评估之前，这一成本是否可以实现尚不清楚。

3、统一监管的承诺

在SMR的发展中，很难忽视围绕SMR的监管问题以及对推广的影响。

设计和运营都需要许可证，既适用于正在开发SMR的供应商，也适用于最终用户。在大多数情况下，这两方在不同的国家，有不同的监管规定。

考虑到正在开发的拟议SMR设计的数量，通过许可证的进展已经成为一个缓慢而令人生畏的过程。

监管机构不熟悉许多SMR的设计，尤其是那些依赖创新反应堆和新型制造方法的设计。

一些更成熟的SMR使用已成熟的冷却剂技术，如加压水，而另一些则依赖于使用液态金属、氦气和熔盐的相对较新的方法。

任何与已知或批准技术存在的偏差或变化，都需要全面的测试证据来保证安全。

这是可以理解的，不应被视为商业成功的障碍。毕竟，随着地方当局将核能带到人群密集区，公众的信心是必不可少的考虑因素。

SMR受益于更小的反应堆堆芯，因此有更小的放射性问题，理论上可以减少屏蔽要求和应急规划区的规模。

一些SMR还具有一个整体式蒸汽供应系统，其中蒸汽发生器直接连接到反应堆。这些内置的被动安全系统为SMR提供了充足的事故应对时间，在某些情况下，在发生厂外电源故障时，提供了无限的应对时间。

尽管如此，该行业还是认识到跨境监管的复杂性。

例如，2022年，IAEA宣布了一项核协调和标准化倡议，旨在简化SMR准备在全球部署的过程。

这还包括一个接受工厂组装零件的框架，一旦通过，将根据每个参与国的监管机构共享的一套商定的制造原则，创建一个全球生产网络。

这一想法将遵循与目前全球航运和航空业公认最佳实践类似的监管格局。

这是向前迈出的重要一步，允许大量零部件在多个国家获得生产许可，从而建立降低成本所需的协调供应链。

然而，这种解决方案也带来了一系列挑战。根据一致的规范和标准建造的模块化结构和装配零件，将需要法律审查，尤其是在物流方面。

例如，可运输核电站的国际核责任制度仍然不明确，环境保护和公众参与立法的适用性也不明确。

4、关键服务

工厂生产是SMR的主要优势之一(来源：劳斯莱斯SMR)

考虑到漫长的监管审批过程——即使是对设计更先进的企业来说——选择符合现有标准的产品显然非常有效。

不仅是为了证明总体SMR概念，也是为了给经济体提供一种务实的方式，在不造成重大短缺的情况下，补充可再生能源的可变性质。

阀门提供了一个很好的例子。虽然从整体上看，阀门的功能相对较小，但对于SMR按照设计运行来说至关重要。

IMI关键工程部通过协助几个核心部件的应用和设计，包括所有类型的安全泄压阀，帮助加快该领域的进展。

这包括主蒸汽安全阀、主蒸汽和主给水隔离阀、涡轮机旁通阀以及应急堆芯冷却系统过滤器。

所有这些产品都已被批准用于大型反应堆。虽然它们不能在SMR中同类应用，但它们在关键服务中有数千小时的运行证明，这缓解了监管机构对定制工程部件的一些不熟悉问题。

考虑到许多SMR设计固有的被动安全系统，这一点尤为重要，因为它降低了新的、缺乏经验的操作员的进入门槛。

这并不是说在开发过程中可以忽略或快速跟踪组件。每一个零件，无论在哪里制造，都必须经过与几十年来核安全产品设计和工程相同的稳健测试程序。

如果部件简单和快速部署是实现SMR成功的必要方面，那么开发人员要谨慎地研究现有组件，与了解其在关键服务中表现的公司合作。

这只是一个更大难题的一方面，对于引入一种能够以快速合法实现电网和更广泛行业脱碳的技术同样重要。