乔治亚电力公司沃格特尔核电站 3 号机组终于启动，比原计划晚了七年，而且超出预算 170 亿美元，这提醒人们核电站投资的风险。显然，按照目前的方法，核电存在建设成本和建设工期长的问题。然而，由于气候变化的挑战和对能源安全需求的重新认识，核电出于必要性重新回到能源议程。
例如，在英国，历届政府都试图通过国际招标来采购和资助大型新一次性发电站，如欣克利角 C 电站、穆尔赛德电站和威尔法电站，以解决成本/进度问题。供应商已投入数十亿美元开发独特的设计，准备报价，并与政府进行多年的谈判，以确定谁将承担施工延误和成本超支的风险。这些项目要么在资金谈判中失败，要么像欣克利角 C 电站一样，由外国政府资助，这些政府承担风险，以换取发电的保证价格。结果，消费者将在未来许多年为这些电力支付高价。
这不是一个可行的解决方案。只有采取新的计划方法，采用其他地方很常见但核工业尚未应用的现代生产方法，并创建生产系统或优化现有系统，从系列建设中获益，而不是一次性项目，并提高整个供应链的效率，才能解决成本/进度问题。
降低反应堆成本
牛津大学赛德商学院教授本特·弗莱夫比耶格在其著作《如何完成大事》中指出，英国并不是唯一一个难以建设新核电站的国家。他通过一个包含全球 1,000 多个基础设施项目的数据库计算出，核电站是最难预测的项目之一，平均成本超支 120%，平均比原计划推迟 65%。他总结说，这是因为核电站大多是按照独特设计建造的大型复杂项目。这些项目需要很多年才能完成，因此团队几乎没有机会从一个项目中学习，而项目很容易受到不可预见事件的影响。
这些结论得到了 20 世纪 80 年代美国和法国核电站建设数据的支持。美国建造了大约 50 座反应堆，采用了许多不同的供应商、建造商和设计。大约在同一时间，法国建造了大约相同数量的反应堆，这些反应堆的设计由一家美国供应商提供，由中央政府指导，并拥有稳定的施工团队。图 1 总结的结果显示，对于 20 世纪 70 年代和 80 年代建造的项目，法国发电站的成本平均比美国发电站低 60%，交付时间比美国早三年。
英国能源技术研究所重点介绍了近期日本和韩国核电站的良好实践，这些核电站采用了标准设计和精益施工理念。它们在成本和进度方面的改进成果与 20 世纪 80 年代的法国类似。这些国家如今已成为全球核电站建设的标杆。这些标杆项目与英国近期经验的区别在于项目的设计和采购方式。当新发电站项目逐个推进时，结果通常是一系列细节独特的设计，每个项目都由不同的供应商和承包商团队建造。相反，使用相同的团队一遍又一遍地建造相同的设计可以带来效率和经济效益。
弗莱夫比约格认为，以成本效益的方式交付核电站的解决方案是采用模块化方式进行设计和建造。如果核电站由一系列小型模块化反应堆组成，那么每个反应堆都会更便宜，建造速度也会更快，从而在更短的时间内向电网输送电力并为投资者带来收益。如果每个小型模块化反应堆 (SMR) 都按照标准设计，使用工厂制造的标准组件建造，那么整个过程将更加高效和可预测。关键步骤是推进多个 SMR 的计划，以便成功的供应商能够投资于稳定的供应链和现代化的生产系统，使他们能够从一个项目到另一个项目学习，并不断提高性能。
由于 SMR 体积较小，因此更具有模块化潜力，而且模块化可以降低总体劳动力成本和工期。但其成功取决于设计、供应链和施工过程的标准化。模块化效益的大小取决于能否将设计及其系统分解为可在现场制造、运输和组装的模块。使用模块化的行业的经验教训是，生产建模对于设计最佳整体生产系统(包括模块化什么和在哪里进行工作)非常重要。这两个关键决策将极大地影响最终结果。
综合起来，场外制造带来的生产率提高和缩短建造工期对资本成本的经济影响——以包括建设期间利息在内的总建设成本 (TCIC) @7.8% 每年来衡量。基线是非模块化“标准建造”系统，模块化程度 (DoM) 逐级递增。首先，存在规模经济效应——随着反应堆尺寸减小，由于规模经济的减弱，建设成本增加。这些成本增加可以通过标准化、模块化和生产学习来抵消。但很明显，如果 SMR 采用标准建造，其成本将高于大型反应堆。SMR 需要现代化的建造方法才能参与竞争。
此外，如果该计划包含足够多的项目，核电站的单位成本将通过生产学习随着时间的推移而降低，其发电量可能低至 70-80 美元/兆瓦时，与可再生能源具有竞争力。
优化生产
使用标准组件的模块化设计很重要，但设计/优化和控制生产系统的能力才是使它们整合在一起并提高性能的关键。几十年来，这种方法一直用于提高从船舶、飞机到卡车和汽车等大型资本货物的设计和制造性能。但在将其应用于 SMR 计划之前，重要的是要了解它与目前用于交付核电站的项目管理系统有何不同。
2019 年，安格利亚水务公司在希思罗机场和国家公路局的支持下开展了一项关于生产管理在建筑中的应用的研究，该研究总结了传统项目管理和生产管理在应用于大型基础设施项目时的主要特征。该研究确定了用于进行比较的生产系统的六个关键特征。
项目管理与生产系统
这种方法并不新鲜。1995 年，英国机场管理局 (BAA Plc) 开发了一套生产系统，用于交付希思罗机场的新 5 号航站楼。通过与供应商建立长期关系、使用标准组件、计算机辅助生产工程和生产管理，英国机场管理局按时完成了新航站楼的建设，并且接近预算。英国机场管理局方法的关键特点是，在 2002 年开始建设之前的六年里，他们利用机场的持续投资计划来开发供应链、生产系统和自己的管理团队。随后，安格利亚水务公司采用这种方法，大量使用模块化设计和标准组件，完成了其大部分投资计划。在 10 年的时间里，他们将基础设施的单位成本降低了 30%。
核电通过采用程序化方法，重复建设模块化设计的标准核电站，并投资批量生产设施，可以最好地解决其严重且持续的成本和建设进度问题。采用这些方法将使核电重新获得竞争力，使其在许多国家应对气候变化方面发挥重要作用。
实现这些流程变革并带来相关效益的关键在于将核工业的思维模式从一次一个项目转变为通过生产系统交付一系列项目。由于该行业的历史和核项目建设经理的经验，这并非易事，但如果我们希望核能在未来能源方程中发挥有意义的作用，这是必不可少的。
作者：剑桥大学工程系核能讲师 Tony Roulstone、Acumen7 创始成员 Simon Murray 和项目生产研究所执行董事 Gary Fischer
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