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SMR將“鑄成”核能的未來?

小型模塊化反應堆(SMR)提供的可選擇性,正引起世界各地政府和電力供應商的注意。但正如美國偉凱律師事務所(law firm White & Case)的合伙人丹尼爾·加頓等人闡述的那樣,SMR各“盟主”必須努力,以確保其潛力能充分得到發揮。[1] 也許因為他們并非核能專業人士,立場客觀,有說服力,意見中肯,值得業界人士深思……

 

 
COP26會議正在進行,焦點轉到格拉斯哥,不論各國元首、氣候專家和活動人士是否能就應對氣候變化,達成協調行動,聯合國都“稱”這是對抗全球變暖的“成敗之年”。
 
據多方報導,在第26次締約方會議上授予的所謂“綠區”,沒有核能團體的“空間”。而那本來是允許不同的利益攸關方,向會議和公眾傳達他們的信息、促進更多對話和認識的場所。
 
這曾促使世界核協會總干事薩馬·畢爾巴鄂(Sama Bilbao y León)在8月給COP26會議主席阿洛克·沙瑪議員發出公開信,敦促會議公平對待核能,并確保核能與其他低碳能源一起,有良好的代表。
 
看來,核能項目的成本和規模,以及三里島、切爾諾貝利和福島核電站發生的重大事故,還在繼續給這個行業帶來挑戰。然而,小型模塊化反應堆(SMR)的出現,正被某些人宣傳為解決許多這類問題的潛在方案,并可為更清潔能源的未來做出貢獻。
 
重量級的支撐
 
小型模塊化反應堆或SMR還處于早期開發階段,但它們已經有了一些嚴肅的支持者。美國總統拜登表示,他們將在這個世界最大經濟的2萬億美元清潔能源投資中發揮作用,而英國首相鮑里斯·約翰遜也表示,他將為這個概念投入資金。包括全球最大的核電運營商EDF以及英國的勞斯萊斯在內的許多公司,也支持SMR。
 
這種小型的核發電裝置,可以電力和熱能的形式,給大約10萬人口的城市提供可靠的能源。熱能可以幫助降低鋼鐵和水泥制造等碳密集型行業的碳排放量,而基礎負荷電力能彌補風能和太陽能等可再生能源固有的間歇性不足。在安全上,SMR也提供了與現有核能世界不同的“階躍”。
 
為核能辯護
 
全球電力部門約占世界碳排放量的三分之一,其中燃燒化石燃料的仍然是主要來源。近年來,可再生能源發電成本急劇下降,其占比呈指數級增長。但太陽能和風能無法提供可靠的基荷發電,這意味著許多國家仍然依賴化石燃料來履行這個功能。核反應堆可以發電,幾乎無排放,意味著它們可以在全球各地降低排放,在實現巴黎氣候目標的努力中發揮關鍵作用。
 
世界各國政府都面臨取代化石燃料發電的壓力。提供負擔得起和清潔的能源,是聯合國17個可持續發展目標之一;到2050年,至少世界電力的80%必須是低碳的,而預計就在那時,世界能源消耗將增加一倍多;世界氣候要有個現實的機會,保持氣溫在工業化前水平變暖2 °C之內。
 

 
全球煤炭和低碳資源發電

 
核電站的環境污染很小,可以保持空氣清潔。與天然氣或煤炭相比,它們只需要少量的燃料,而且只占風能和太陽能發電場所需空間的一小部分。
 
聯合國自己的一個機構(歐洲經濟委員會)在8月發布的一份報告曾強調,核能可在向清潔能源未來過渡中發揮關鍵作用[2]。

 
 
在選定的地區,核電裝機容量的堆齡概況

 
什么是SMR?
 
SMR,廣泛的定義是,裝機容量小于300 MWe(30萬千瓦)的核反應堆。相比之下,目前的核電機組裝機容量可達1600 MWe(160萬千瓦)。
 
以一套設計為基準,建造較小的核發電機組(廠)有吸引力。電廠可以快速建造,并達到經過證明的標準。需要更多電力時,可以擴建更多的機組,也可通過數量,實現“規模經濟”。小型公用事業公司也可管控基建投資。然而目前,只有巨型的公司才承擔得起與開發相關的基建投資的負擔和風險。
 
反應堆的規模較小和多樣化,還意味著它們可建在傳統上不適合建核電廠的地方,或靠近電力密集型工業或邊遠社區。這使得它們能服務的世界領域,其他競爭對手的方案無法達到,有可能取代效率低下和污染嚴重的能源,如柴油機發電。
 
SMR也可部署在老、舊火電裝置現場,為當地人提供就業機會,附近居民也容易接納。利用現有的基礎設施,包括電氣開關站和現有的汽輪發電機,還可降低SMR的建設成本,避免重建新的輸電線路。
 
有廣泛的支持
 
各國政府很快就看到了SMR的潛力。英國開發下一代大型核電站遭遇多年的挫折之后,首相鮑里斯·約翰遜承諾,為開發下一代小型先進反應堆提供資金和政治支持[3],這是他的政府綠色工業革命十點計劃的一部分。

 
 
英國小型模塊化反應堆的最新設計

 
在美國,拜登總統已設定目標,到2035年實現100%的無碳電力生產,不遲于2050年將二氧化碳凈排放量降至零。拜登的能源平臺特別提到先進核能作為“關鍵的清潔能源技術”的一部分,他的政府還計劃為氣候創建“先進項目研究局”,特別專注模塊化反應堆。
 
加拿大去年12月發表了它自己的《SMR行動規劃》[4],愛沙尼亞和波蘭等國也在密切關注這項技術。因為很明顯,到2050年,可再生能源只能產生世界需要清潔能源的一小部分。(旁注:這話說得也許有點兒早。)
 
某些最大的產業公司和公用事業公司也支持這項技術。正在開發各種反應堆設計的公司,包括英國的勞斯萊斯、美國的紐斯凱爾(NuScale)和泰拉能源公司(比爾·蓋茨是投資者)。EDF年初就說,預計未來十年小型反應堆將發展成全球巨大的市場,以取代化石燃料發電。據國際原子能機構(IAEA)說,目前有近70個不同的SMR技術正在開發中,比前幾年有大幅度增加。

 
 
NuScale的小模塊化反應堆核電站模型

 
監管方面仍有許多挑戰
 
監管一直是核能發展的挑戰,對SMR,可能“濤聲依舊”。
 
在核能領域,取得許可證的風險一直是個困難而又有爭議的問題,也受到政策制定者、公眾和環保人士的高度關注。如廣泛推出SMR,仔細審查“不可避免”。特別是新技術最初推出,鑒于各個開發階段都有必要的監督,各種延誤、成本超支、監督和各種爭議的前景仍然存在。
 
這個行業還必須克服前幾代人的許多觀念。不能保證SMR生產商不會面臨某些曾折磨過傳統核能開發商的“障礙”。
 
還有個挑戰是說服諸多產業的用戶。看來非常適宜客戶選用的SMR,能與天然氣,或者證實的可再生能源如太陽能和風能相競爭。
 
SMR的本質意味著,它們必須建在所服務的社區附近,這為公眾參與帶來新的挑戰,特別是核廢物問題,要有妥善的安排。
 
釋放SMR的全部潛力
 
SMR獲得了廣泛的政治支持。這種技術能提供可靠、安全的無碳電力,而且與傳統核能相比,可以建造和部署的成本和復雜性較低。
 
在這個世界里,幾乎所有的投資決策,都將以它對氣候的影響為轉移,以是否符合巴黎氣候目標來衡量;SMR提供的解決方案,也沒有其大多數“前輩”那么多類似的缺點。但核能總是這種情況,仍然有某些挑戰需要克服,“首堆”很可能“拖期、超概”。SMR的擁護者必須與所有利益相關者,從各級政府和投資者到廣大公眾合作,以確保其潛力完全釋放出來。
 
結語
 
近期,在氣候變化、全世界能源產業向可再生能源為主的清潔、低無碳的能源系統轉型過程中,對核能有某些爭議,是正常現象。業界應自我審視、揚長避短,走自己的路。過分強調、過高估計自己的優勢,對核能發展不利。應尊重、傾聽客觀與外界的反應和需求,及時檢查、反思,做出調整。就新能源系統的未來而言,其本質是局域性和分布式的,需要可靠的安全設施或系統予以輔助。核能有基礎也有希望,提供各種所需的選擇。
 
現有的大型核能機組,最重要的是確保核安全,并在此基礎上調整、擴大服務方向,提高經濟性能,不做不利于安全的探索(如頻繁調整反應堆功率、負荷跟蹤等),任何情況下都要重視人的因素,作偏安全考慮。未來的新能源系統格局與從前和現在必然有極大的區別,續建的核電項目,要考慮5-10年后所在地區新能源系統的發展狀況,做投資經濟比較。核能的經濟性能和“規模經濟”都是相對和可變的。
 
小型、微型先進堆設計,甚至示范成功后也有適應選擇和自然“淘汰”的過程。沒有鮮明、突出安全與經濟優勢,必遭淘汰。就此而言,開展國際合作甚至引進技術,仍然是確保成功的好辦法。
 
小型、微型先進堆示范工程,以安排在原有核工業設施的現場為宜,要走“三結合”的道路(設計供應方,有核經驗的施工方和有運行、調試經驗的運行隊伍)。示范、首堆運行之后必然有個“改進”過程,經完善定型、完整供應鏈后,只做批量生產,不做“沒完沒了”的改進。
 
任何規模的核能項目,影響范圍和時間周期“道阻且長”;應由國家出資,不讓公眾、私人、團體承擔經濟風險。
 
......
 
資料與注釋
 
1 Daniel Garton et al., Why SMRs will shape the future of nuclear debate, NEI, 2 November 2021
 
2 UNECE, Global climate objectives fall short without nuclear power in the mix: UNECE, UN, 11 August 2021
 
3 NEI,UK's ten point plan supports small and advanced reactors, 20 November 2020
 
4 NEI, Canada seeks to lead the world in SMR and hydrogen development, 21 December 2020



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