小型模塊堆(SMR)的設計發電量不足300 MW，而常規反應堆一般在1000至1600 MW之間。

核工業界一直在努力推動SMR的發展，據說是為了應對氣候變化問題。但對于氣候變化問題，SMR真的有用嗎?

要回答以上問題，有兩個因素最為重要——時間和成本。

輕水堆在一般技術和設計原則上與美國現今的動力堆相同，從理論上講，輕水堆難度較低，結構也更為簡單。

而且燃料設計也有不同之處，如設計為固態球形，像沙子一樣穿過反應堆堆芯，或熔融材料流過堆芯;慢化劑如石墨;冷卻劑如氦、液態鈉或熔融鹽。

但是在這兩方面，SMR的前景都很差。

1、經濟與規模

由于規模經濟的原因，常規反應堆一般很大。而且建造一個三倍于SMR功率的常規反應堆，不需要三倍于SMR的鋼材或三倍于SMR的人工費用。也正是SMR的這種缺點，導致在上個世紀五六十年代美國建造的許多小型反應堆提前關閉。

SMR的支持者聲稱，模塊化和工廠化制造可以彌補SMR在經濟方面的不足。大規模生產反應堆部件并在裝配線上進行制造將降低成本。

此外，每千瓦的比較成本意味著每個小反應堆的成本要低得多，從而降低了采購商的總體資本要求。

不過，實現規模化生產并不是那么一帆風順的。

即使對制造商提高生產效率和降低成本作出樂觀的假設，制造成千上萬臺SMR(與大型反應堆相比，價格會更高)也必須按照SMR與大型反應堆每千瓦的比較成本進行。

如果從歷史發展來看，SMR每千瓦的成本可能根本降不下來。就整個核工業界而言，包括美國和法國這兩個擁有最多核電站的國家——總體而言，建造新堆比舊堆會更加昂貴。

盡管由于規模小得多，每臺SMR的成本會更低，但幾個反應堆通常會安裝在一個地點，從而再次提高了采購商的項目總成本。

2、規模化生產

如果批量生產的反應堆出現錯誤導致安全問題，那么整批次可能都必須召回——就像波音737 MAX和波音787夢想客機一樣。

但如何召回放射性反應堆呢?如果一個電力系統需要召回完全相同的反應堆，會發生什么?

核工業界或政府還沒有解決這些問題——事實上，以上問題都還沒有被注意到。然而，從智能手機到噴氣式飛機，“召回”是規模制造的一個可預測且一貫的特征。

這個問題不僅僅是理論上的。

壓水堆的一大經濟問題是，通常采用輕水SMR的設計，包括已獲得核管理委員會有條件認證的紐斯凱爾(NuScale)的設計，需要提前更換蒸汽發生器——大型，昂貴的熱交換器，將反應堆的高壓熱水轉化為驅動汽輪發電機的蒸汽。

在過去的十年里，這些問題導致了南加州圣奧諾弗雷(San Onofre)的兩座反應堆和佛羅里達州水晶河(Crystal River)的一座反應堆永久關閉。

一些SMR輕水堆設計會將蒸汽發生器放置在反應堆容器內，很難更換，一旦蒸汽發生器出現問題可能導致反應堆永久性停堆。

我們已經看到了模塊化結構的問題。這是西屋AP1000反應堆設計的一個核心方面，然而在美國和中國建造的AP1000反應堆已經出現了重大的建設成本超支和進度延誤。

2015年，佐治亞州公共服務委員會(GeorgiaPublic Service Commission)一名前員工對《華爾街日報》(Wall Street Journal)表示，“模塊堆建設尚未達到公用事業公司承諾的目標。”

規模化制造的需要也造成了雞和蛋的經濟問題。沒有這些工廠，SMR永遠無法實現理論上的成本降低——這正是彌補規模經濟不足的戰略核心。但如果沒有成本的降低，就不會有大量的訂單來刺激首先建立供應鏈所需的投資。

3、SMR的業績

SMR迄今為止的業績顯示了其慘淡的前景。

愛達荷州一個采用NuScale設計的擬建項目，在混凝土澆筑之前，總成本就已從2015年的30億美元左右上升到2020年的61億美元。

這種模式也適用于其他類似的SMR概念，尤其是那些不基于輕水反應堆的概念。例如，一直在擬議中的鈉反應堆(45 MW，比SMR稍大，通過鈉冷卻)，自1950年以來全世界在研究上就花費了1000億美元，但鈉冷堆在全球范圍內一直沒有商業動靜。

獲得此類設計的安全批準可能需要更長的時間，而且成本更高。在許多情況下，即使建立認證程序也需要數年時間，因為每種設計類型的安全和事故模式不同。

例如，高溫氣體石墨堆最大的風險不是堆芯熔毀，而是火災。

NuScale 的SMR雖然采用了常規輕水堆設計，但僅用于開發和認證階段的預計成本就達到15億美元。新的非輕水設計很可能費用更高，從概念階段到許可證審查和批準階段也會需要更長的時間。

對于SMR，保持與目前大型反應堆相同的發電成本將非常困難——鑒于大型反應堆的高成本，SMR的經濟性研發也困難重重。

風能和太陽能發電的成本一直在下降，而且預計下降幅度會更大。

華爾街金融咨詢公司Lazard估計，公用事業規模的太陽能和風能成本約為每兆瓦時40美元。核能是這一數字的四倍——約為每兆瓦時160美元——這一成本差額足以彌補太陽能和風能的間歇性問題。

SMR的支持者認為，核能可能是對不穩定電源的一種適當補充，例如風力或光伏發電，這些能源在電網中的份額一直在增加。

但這樣的部署也有巨大的風險。

核反應堆，無論大小，都不太適合應對電力波動問題，因為它們具有較高的固定成本(資本)和較低的可變成本(燃料和維護)。

這就是核電站被用作基本負荷電源的原因——一般將固定成本分攤到最大千瓦時數上，總體成本就顯得較低。而應對電力波動問題意味著核能只承擔部分負荷需求，成本是增加的。

利用SMR的高溫等淡化海水或制造氫氣也不經濟，最重要的是，能源供應成本也高。

4、SMR與氣候危機

如今，氣候問題迫在眉睫。政府間氣候變化專門委員會和其他國際機構警告說，為阻止氣候變化造成的不可逆轉的損害，我們需要在未來十年內大幅減少排放。

但是，在未來十年，SMR的貢獻基本為零。

SMR的前景也很黯淡，因為第一條供應鏈在現場建成、測試和驗證之后，整個供應鏈才能建立起來。

自上個世紀以來，美國能源部一直在開發SMR。2001年，美國能源部核能辦公室預測，有近10種SMR設計“具有經濟潛力，只要解決某些技術和許可問題就可以在本十年結束前投入使用”。

在這一樂觀的想法過去近20年后，最早的官方預計部署日期僅為2029年至2030年，不過這個日期也是非常不確定的，因為核管理委員會的反應堆保障咨詢委在其中已經發現了諸多嚴重的安全問題。在任何電力公司申請建造SMR之前，這些問題都必須得到解決。

SMR占用了寶貴的公共資金。例如，聯邦政府已經為NuScale的SMR設計開發提供了至少3.14億美元的資金，據報道，聯邦政府還同意投入3.5億美元的新配套資金。

Babcock&Wilcox從能源部獲取超過1億美元的mPower設計，但由于沒有客戶，2017年該項目停滯。

5、其他問題

用水是另一個問題，預計未來會更加顯著。

核電站的取水要求非常高。一個300 MW的反應堆在90%的容量因數下運行，每天將抽出1.6億至3.9億加侖的水。

如果通過空氣冷卻來減少對水的需求，就需要增加一個高塔和大型風扇——這將進一步提高建設成本，并將發電量減少到反應堆容量的7%。

最后，SMR還將產生多種放射性核廢料，因為反應堆的物理尺寸較小，而且由于經濟原因經常更換燃料。基于輕水堆堆型開發設計的SMR，如NuScale堆型，每兆瓦時的發電量也會產生更多的核廢料。

6、結論

在全球快速過渡到無碳電力方面，SMR的現實前景并不明朗。即使是輕水堆設計公司(其中NuScale最先進)一直傾盡努力，前景也將十分黯淡。而那些使用石墨燃料或鈉冷卻的反應堆，前景可能更為廣闊。

SMR要實現與大型反應堆成本持平將非常困難，況且目前成本一直居高不下。

在實現“氣候友好型能源系統”的道路上，有兩樣最為重要：時間和金錢。客觀評估表明，SMR在這兩方面完全沒有優勢。

因此，SMR在很難在緩解氣候變化方面發揮重要作用。

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