美國(guó)參議院最近通過了一項(xiàng)兩黨皆支持的基礎(chǔ)設(shè)施法案，核能倡導(dǎo)者們?yōu)樵摲ò竿瞥鲂碌暮朔磻?yīng)堆計(jì)劃和優(yōu)惠政策而歡呼雀躍。該法案撥款60億美元的資金，用于微型反應(yīng)堆、小型模塊化反應(yīng)堆和先進(jìn)核反應(yīng)堆的研制，重點(diǎn)是示范反應(yīng)堆。

但這種慶祝可能會(huì)很短暫。美國(guó)在核能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位——得益于國(guó)內(nèi)先進(jìn)反應(yīng)堆系統(tǒng)的成功——如果沒有政府對(duì)強(qiáng)大研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)承諾，注定要失敗。

這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施就是，多功能測(cè)試反應(yīng)堆(VTR，Versatile Test Reactor)。VTR可以測(cè)試新型核反應(yīng)堆，還可以測(cè)試建造和運(yùn)行這些新反應(yīng)堆所需的新燃料和材料。

INL(愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)VTR(多功能試驗(yàn)反應(yīng)堆)項(xiàng)目示意圖。

美國(guó)先進(jìn)的核反應(yīng)堆開發(fā)商需要VTR才能成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者，美國(guó)需要國(guó)內(nèi)核市場(chǎng)的成功才能重新獲得失去的全球領(lǐng)導(dǎo)地位。

遺憾的是，繼參議院撥款委員會(huì)之后，眾議院取消了多功能試驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目的資金。正如國(guó)會(huì)議員韋伯(德克薩斯州)在眾議院慨嘆，“2022年撥款法案沒有提供任何資金。什么都沒有，卻還要保持多功能試驗(yàn)反應(yīng)堆項(xiàng)目按預(yù)算和按計(jì)劃進(jìn)行。”

無論是俄勒岡州的NuScale Power將建造美國(guó)第一座小型模塊化反應(yīng)堆，加拿大的陸地能源公司將建造新的整體熔鹽反應(yīng)堆(IMSR)，甚至是雷德蒙德的Helion Energy、西雅圖的CTFusion或加拿大的General fusion等新的聚變反應(yīng)堆公司，新的核設(shè)計(jì)都確實(shí)令人驚嘆。

有些設(shè)計(jì)比其他設(shè)計(jì)走得更遠(yuǎn)，但所有這些都是偉大的設(shè)計(jì)，將改變這個(gè)星球的發(fā)電方式，無論是在北極或撒哈拉等惡劣氣候下供電，還是為谷歌和亞馬遜等大型服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)供電，為支持工業(yè)和海水淡化，或只是生產(chǎn)持續(xù)千年的全天候可靠的清潔低碳電力。

唯一的問題是——它們是否能及時(shí)做好準(zhǔn)備，以緩解全球變暖的最糟糕局面?

如果沒有長(zhǎng)期支持示范反應(yīng)堆的基礎(chǔ)設(shè)施，我們可能看到第一批先進(jìn)系統(tǒng)成功運(yùn)行……然后就無法實(shí)現(xiàn)廣泛的適應(yīng)性改造和成本降低以進(jìn)行漸進(jìn)的和必要的改進(jìn)。

去年12月，國(guó)會(huì)通過了《2020年能源法案》(the Energy Act of 2020)，認(rèn)識(shí)到解決快中子測(cè)試的研發(fā)差距至關(guān)重要。這是一項(xiàng)兩黨法案，提出了先進(jìn)核能的變革愿景。2020年能源法案授權(quán)3.48億美元用于2022財(cái)年的VTR。

這對(duì)核專業(yè)人士來說并不意外。 美國(guó)核學(xué)會(huì)在《美國(guó)核研發(fā)勢(shì)在必行》報(bào)告中簡(jiǎn)潔地指出:“決策需要數(shù)據(jù)。VTR 通過允許對(duì)先進(jìn)核燃料、材料和組件進(jìn)行加速測(cè)試來提供這些數(shù)據(jù)。”

事實(shí)上，對(duì)VTR的需求得到了一系列活躍在能源、氣候和國(guó)際領(lǐng)域的非政府組織的支持，例如美國(guó)核學(xué)會(huì)(American Nuclear Society)、兩黨政策研究所(the BiPartisan Policy Institute)、清潔空氣工作組(Clean Air Task Force)、愛迪生電氣研究所(Edison Electric Institute)等。每個(gè)組織都認(rèn)識(shí)到 VTR 對(duì)于維持美國(guó)在先進(jìn)核能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。

為什么需要VTR ?

VTR 支持美國(guó)在全球研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施方面保持競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)先進(jìn)的核能開發(fā)商將繼續(xù)在成功示范的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，以提高效率和市場(chǎng)，并通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造更好和更持久的燃料和材料。

(容量系數(shù)是指某一特定時(shí)間內(nèi)的凈發(fā)電量與同一時(shí)期內(nèi)連續(xù)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能量之比。換句話說，它是一種衡量能源可靠程度的指標(biāo)。)

你甚至可以從時(shí)間軸上看到它的趨勢(shì)。眾所周知，核能是迄今為止所有其他能源中容量系數(shù)最高的能源，但情況并非總是如此(見上圖)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要持續(xù)的時(shí)間和努力以及政府對(duì)研發(fā)的投資。

現(xiàn)在我們需要投資研發(fā)快中子能力，使先進(jìn)的核系統(tǒng)再次實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并重新獲得美國(guó)在核能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

俄羅斯在先進(jìn)核技術(shù)上“搶先一步”

國(guó)際燃料和材料的其他快中子試驗(yàn)堆在俄羅斯。美國(guó)公司如果想直接使用俄羅斯的快中子試驗(yàn)反應(yīng)堆Bor-60，面臨許多障礙，包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、安全和保障控制以及實(shí)驗(yàn)過程的透明度。

但泰拉能源(TerraPower)最近宣布在懷俄明州展示其 Natrium™鈉冷卻快速反應(yīng)堆，已使用Bor-60測(cè)試反應(yīng)堆進(jìn)行材料輻照。因此，TerraPower在大力支持多功能試驗(yàn)反應(yīng)堆方面處于獨(dú)特的地位，公司表示:“在美國(guó)開發(fā)這種試驗(yàn)?zāi)芰?duì)快速反應(yīng)堆的長(zhǎng)期成功至關(guān)重要，有助于降低資本、運(yùn)營(yíng)和生命周期成本。”

目前，估計(jì)核能出口市場(chǎng)每年約為5500億至7500億美元，預(yù)計(jì)到2050年將增長(zhǎng)兩倍。與錯(cuò)過市場(chǎng)機(jī)會(huì)同樣令人擔(dān)憂的是，美國(guó)放棄其外國(guó)領(lǐng)導(dǎo)地位的地緣政治現(xiàn)實(shí)。

另一方面，中國(guó)的HTGR(高溫氣冷)球床反應(yīng)堆，近期開始裝載燃料，中國(guó)可能是未來真正的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

直到最近，美國(guó)在制定民用核安全標(biāo)準(zhǔn)以及限制鈾濃縮和再處理技術(shù)擴(kuò)散方面有著強(qiáng)有力的發(fā)言權(quán)，因?yàn)樵诟?jìng)爭(zhēng)激烈的全球反應(yīng)堆和燃料循環(huán)服務(wù)市場(chǎng)上，美國(guó)公司是首選供應(yīng)商。美國(guó)在民用核能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位促成了制定國(guó)際核安全標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu) (IAEA) 和負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)出口管制政策的核供應(yīng)國(guó)集團(tuán) (NSG) 的成立。

但隨著美國(guó)影響力的減弱，俄羅斯和中國(guó)的國(guó)有企業(yè)迅速占了上風(fēng)。俄羅斯國(guó)有核能機(jī)構(gòu)俄羅斯國(guó)家原子能公司(Rosatom)目前擁有世界上最大的外國(guó)投資組合——在12個(gè)國(guó)家處于不同實(shí)施階段的35臺(tái)發(fā)電機(jī)組——并監(jiān)管著全球16%的核燃料市場(chǎng)。與此同時(shí)，隨著今年1月華龍一號(hào)核電站的建成投產(chǎn)，中國(guó)在民用核能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自力更生的目標(biāo)。中國(guó)目前在巴基斯坦建造出口型的華龍一號(hào)——HPR1000，并在阿根廷就另一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行談判。

俄羅斯和中國(guó)可以為客戶國(guó)家提供從融資到退役的全套核電系統(tǒng)。這些核能出口使伙伴國(guó)家形成了100年的戰(zhàn)略關(guān)系，涵蓋核反應(yīng)堆的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和退役，然后影響客戶的核法規(guī)。俄羅斯和中國(guó)正在亞洲、東歐和南美培育這種關(guān)系。

這就是為什么大西洋理事會(huì)，最近呼吁為VTR提供資金:“VTR對(duì)于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)反應(yīng)堆及其所需燃料的創(chuàng)新和廣泛商業(yè)化至關(guān)重要。如果美國(guó)現(xiàn)在放棄在核能領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，那么它就不太可能重新獲得世界最大核能技術(shù)出口國(guó)的地位，美國(guó)將失去影響全球核安全和核不擴(kuò)散標(biāo)準(zhǔn)的能力。”

形勢(shì)嚴(yán)峻，但可以挽救。國(guó)會(huì)需要恢復(fù)對(duì) VTR 的 2022 財(cái)年資金。