今天，世界 10% 的電力(以及 26% 的低碳電力)由核電站產生。許多國家的政府已記錄并承認核電對應對氣候變化的當前和未來潛在貢獻。

盡管格拉斯哥 COP26 的最終公報沒有提及核電——與所有早期的 COP 會議一樣——大多數展望低碳或凈零碳未來的情景都包括重要的核能貢獻。然而，在現有的核電國家和許多潛在的新加入者中，公眾對更多的核電站表示懷疑甚至反對。哪些新的發展可能會提高公眾對該技術的接受度?

今天，超過 60 種新的反應堆設計正在開發中，它們的共同特點是體積小。

這些小型模塊化反應堆 (SMR) 的每個模塊的容量通常低于 300MWe，它們基于廣泛的技術，其中一些從未商業化部署。一些 SMR 設計處于高級開發階段，前幾個正在部署中。

然而，SMR 是否會成為全球能源供應的重要組成部分尚不清楚。

如果 SMR 要成為全球核能改變游戲規則的場景，則必須解決的挑戰是：

• 清楚地展示了 SMR 所提供的安全改進和其他好處
• 具有競爭力的經濟性的令人信服的案例——每千瓦時安裝和每千瓦時生產
• 完善的國際監管體系，加強許可和監督，同時建立公眾和政治支持
• 可靠的乏燃料管理戰略，包括國家深層地質處置庫、多國處置方案和供應商“收回”乏核燃料 (SNF) 的方案
• 對足以支持“生產線”工廠制造的 SMR(生產電力、工藝熱或氫氣)的需求
• 政府為首個 SMR 提供政治、財務、監管和組織支持。

SMR 提供的改進

任何核動力反應堆的主要技術挑戰是實現非常強大的安全性能，以便事故發生的可能性很小并且事故后果可以得到管理。新的 SMR 反應堆概念旨在通過一種設計來實現這一目標，該設計基于實驗證據、分析、測試性能和運行經驗與足夠相似的系統的組合以提供保證。

有證據表明，基于運行大型反應堆的廣泛經驗，大多數 SMR 將比現有反應堆安全得多。

提高安全性的一般廣泛特征是明確的。SMR 較小的尺寸意味著在事故條件下需要去除的廢熱和管理的放射性要少得多。系統配置和控制系統的進步使 SMR 更易于控制。

控制所需的操作員操作更少(在某些情況下不需要)。SMR 設計通常使用被動功能來完成安全功能，因此可能發生故障的主動系統較少(并且在某些設計中沒有主動系統)。在一些 SMR 中，無源系統允許反應堆實現安全關閉狀態，而無需硬件或操作員的主動干預。SMR 設計利用了先進技術(更好的材料、更可靠的設備、用于監測工廠狀態的先進傳感器技術、人工智能技術)。

最后，SMR 將更容易檢查和維修，因為方便檢查和維修通常是設計標準之一;工廠制造將提供更好的質量控制，模塊之間的可變性更小，因此更可預測的操作參數。

更重要的是，場外應急準備的難度會降低，因為潛在事故的場外影響會更小、更本地化。

可以減輕選址要求的其他優勢是更小的設施占地面積和更低的放射性庫存。對于一些 SMR，乏燃料和放射性廢物的儲存負擔將不那么復雜，成本也更低。SMR 的一個重要的額外積極特征是，由于它們的模塊化和多功能性，它們可能更容易集成到主要基于可再生能源的能源系統中。

綜合考慮，眾多不同的安全改進和優勢應該會減輕許多地方公眾對這些新 SMR 的接受度。

SMR的經濟學

與目前主導市場的大型反應堆相比，預計 SMR 的財務風險敞口更低，發電成本可能更低。

單位規模約為當今反應堆規模的十分之一到四分之一——在某些情況下甚至更小——意味著每個反應堆的前期資本承諾較低。但他們需要 SMR 特有的優勢來彌補導致反應堆增加到 1600MWe 的規模經濟。

SMR 將主要在工廠制造并交付到發電現場，這將使按時和按成本完成工廠成為常態。設計簡單性還應控制施工成本和交付時間表。

SMR 可以逐步添加到大型電網中，以靈活地匹配電力需求的增長，或者在需求不確定的情況下，取代退役的核電和非核電容量。它們也可以部署在電網較小或不太穩定的市場中，這可以提高它們的經濟價值。

一些 SMR 概念還旨在提供電力以外的能源服務，包括過程和區域供熱、海水淡化或氫氣，從而擴大 SMR 市場潛力。SMR 的經濟性在很大程度上受這些因素的影響。

SMR 要成為改變游戲規則的人，他們必須能夠充分利用模塊化和工廠中批量生產的大量工廠提供的技術學習。只有這樣，投資成本“買入”的動態才能使 SMR 具有競爭力。這是“先有雞還是先有蛋”的問題，因為大多數 SMR 設計都是“首創”。

迄今為止，不存在可作為技術學習評估起點的可靠隔夜投資成本。隔夜投資成本(每千瓦時)和發電成本(每千瓦時)最初預計將高于大型反應堆——這會阻礙快速市場滲透和部署。對于第一批 SMR，每個模塊較低的前期資本要求和更容易的融資計劃不太可能彌補這一劣勢。

獲得前期資金以及為新能源設施籌集資金的成本受到技術鏈是否被認為在其整個生命周期內可持續的影響。那些被判斷為滿足此標準的產品將包含在可接受能源的正式清單或分類中。太陽能和風能就是例子，但關于核能的爭論一直存在。

SMR 的經濟性還取決于市場規模和試圖進入市場的競爭者數量。雖然開發人員之間的設計多樣化和競爭有其優點(帶來最好的技術)，但它是技術學習、降低成本和市場采用的障礙。如果沒有大量市場采用特定設計，生產量可能不足以進行大規模生產并導致學習減少。

SMR 項目的成本還將取決于許可和實施所需的時間。雖然從工廠訂單到電網連接的預計交貨時間通常約為三年(大型反應堆幾乎減半)，但與監管批準、許可和利益相關者參與管理政治和公眾反對相關的不確定時間框架不太可能改變，直到加強了解 SMR 在能源安全方面的安全特性、系統環境中的性能和環境效益。標準化監管和許可可以顯著縮短施工前的交貨時間。

不確定性仍然是私營部門贊助的主要風險因素。承認和支持 SMR 作為“氣候友好”技術的公共氣候政策可以減輕這些私人投資者的風險擔憂，無論支持是直接的(政府擁有所有權)還是間接的(積極的政策)。

統一的監管體系

SMR 面臨的主要挑戰之一是需要在合理的時間內以可接受的成本在供應商和用戶國家/地區獲得設計和運營許可。

新反應堆設計的許可過程通常很慢，新 SMR 設計的許可過程可能會更慢，因為監管機構缺乏這些設計的經驗，而且一些新功能可能需要耗時的實驗證據。

由于 SMR 的功率容量較小，商業化的門檻將要求獲得許多反應堆的訂單，因此 SMR 供應商必須獲得許多國家的國家監管機構的許可。國家核監管機構有不同的國家法律和許可方法，導致一個耗時且成本高昂的過程，即使是最有前途的設計也將延遲部署，并可能構成不可逾越的障礙。

各種國際組織以及政府和行業團體就如何克服 SMR 許可障礙提出了許多建議。加強國家法規的統一甚至標準化可能是有益的。

一種沒有得到足夠重視的方法是建立一個由國際原子能機構(IAEA)牽頭并得到世界各地主要國家核監管機構支持和積極參與的協調一致的國際監管體系，特別是針對中小型反應堆的監管體系。這將加快供應商和用戶國家的許可。這樣的舉措沒有最終的許可授權，但會受到新 SMR 設計的開發商和供應商的歡迎，因為它可以減少在全球范圍內獲得許可所需的時間和資源。

該方法將涉及由原子能機構領導的機制來審查和批準新設計。一旦新的 SMR 設計獲得此類國際監管機制的批準或認可并獲得國家監管機構的許可，它就更容易在其他國家獲得許可。

該倡議可能是邁向更強大和更有能力的國際監管和安全制度的第一步。它可以為強制性國際檢查制度鋪平道路，有責任和權力審查和批準所有新的反應堆設計，對所有運行中的反應堆進行定期檢查，并公布調查結果，以向運營商、政府和廣大公眾保證核安全全世界的動力反應堆。

這種更強有力的國際監管制度將補充而不是替代將繼續承擔主要責任的國家安全和監管制度。但它可以就本國和鄰國核設施的安全性向任何國家或國家集團的公眾提供獨立保證。

乏燃料管理

為了讓政治家、監管機構和公眾接受任何核能系統，開發人員必須能夠證明有一個可靠的策略可以安全地處理放射性廢物。

對于基于當前 LWR 技術的 SMR 設計，乏燃料的細節可能不同(濃縮度、尺寸等)，但可以像現有大型 LWR 一樣進行管理。

對于基于液態金屬或氣冷反應堆、球床反應堆或熔鹽反應堆的其他 SMR 概念，沒有工業規模的標準化方法將乏燃料調節或包裝成適合在地質處置庫中處置的形式。一些 SMR 乏燃料具有良好的特性，例如錒系元素濃度較低或熱密度低。在某些情況下，對于球床燃料，低熱密度被每單位能量輸出的高比廢物體積所抵消。

所有這些技術挑戰當然都可以解決，盡管在通常建議的樂觀時間尺度上這是否總是可行還不清楚。

地質處置庫對乏燃料安全處置的適用性已被廣泛接受，最近在歐盟研究范圍內進行的分析也證實了這一點。

如果要廣泛引入 SMR，則必須解決更廣泛的戰略乏燃料管理問題。必須多久進行一次加油?這將在現場完成，還是將核心運送到中央設施?如果工廠生產的反應堆模塊被退回供應商，乏燃料在那里進行調節，供應商是否能夠安排在其本國或其他地方的跨國設施中進行處置?

今天，唯一同意接受從國外反應堆返回的乏燃料的國家是俄羅斯。其他一些潛在的 SMR 供應國的政策或法律目前會阻止他們接受退回的乏燃料。然而，如果核反應堆的用戶可以免除乏燃料處理的責任，那么新的核國家選擇 SMR 的動力將大大增加。

潛在市場需求

SMR 的多功能性最終可能成為其廣泛采用的主要驅動力。與大型核電站一樣，它們可以提供區域供熱和電力。這對于偏遠地區的小型 SMR 特別有價值，因為化石燃料是基荷電力的唯一替代來源。一些 SMR 設計可以在比大型 LWR 更高的溫度下提供熱量，這些設計可用于特定行業，例如煉鋼、煤氣化、制氫和石油精煉。另一個關鍵應用可能是海水淡化。

如果采用基于可返回工廠的制造單元的模塊化設計，使用 SMR 為任何這些關鍵工業活動提供動力，尤其是在遠程站點，將面臨更少的挑戰。為了實現這種分布式、本地化實施的愿景，它們必須具有成本競爭力，并且必須有足夠多的站點獲得本地認可。

最適合 SMR 的國家是現有的或新的核電國家，它們：

• 被新 SMR 設計的被動安全特性所說服
• 被逐步增加能力的可能性所吸引，這可能會緩解資金需求
• 需要為離網社區供電。

SMR 也可能對以下新進入國家特別感興趣：

• 希望從一個小型核能計劃開始
• 無法承擔大型反應堆的前期投資
• 有一個不太強大或較小的國家電網。

許多國家已經表達了對實施 SMR 的公眾興趣。有些是潛在的供應商;其他人是潛在的新用戶或有他們有興趣擴大的核電計劃。

懸而未決的問題是，在相對不遠的將來，這一總市場量是否足以填補一條 SMR 生產線的訂單。

除非供應商基礎進行重大整合，否則任何 SMR 開發商都很難為工廠生產做準備。供應商數量將因 SMR 的技術特性以及開發商獲得政府或私人融資的能力而減少。挑選贏家對這些投資者來說是一項危險的工作，但如果 SMR 要及時和足夠數量地投入使用，從而為緩解氣候變化做出重大貢獻，這是不可避免的。

政府在核電政策中的作用

今天商業運行的核反應堆設計很少，它們都得到了某種形式的政府支持，以幫助它們建立市場。

引入新設計的門檻一直很高，因此今天世界各地運行的大多數反應堆都是從用于潛艇推進裝置的早期輕水反應堆設計演變而來的。SMR 的情況會有所不同嗎?有積極跡象表明，旨在成為 SMR 供應商的國家的政府愿意提供幫助。在俄羅斯和中國，這是由政府為 SMR 設計提供所有資源來完成的。西方國家也提供了直接的財政支持，例如在美國和英國，但主要用于第一個同類設計所需的研究工作。

SMR 所需的相對較低的資金可能使所有初始資金都由私營部門提供。美國、英國、加拿大、挪威、阿根廷等地有許多小型初創公司，其中一些正在吸引私人投資者。他們獲得融資的能力也可能取決于核能是否包含在清潔和可持續能源的分類中。

個別國家可以為國內項目或在國外贊助的項目做出此決定(例如俄羅斯就是這種情況)。但為了進入全球金融市場，需要在多國協議中明確承認核能是可持續的。

在歐盟，這是一個非常有爭議的問題，因為分類法要求在生命周期的基礎上進行“無重大傷害”評估才能獲得資格。在歐盟聯合研究中心的廣泛積極報告之后，歐盟委員會于 2021 年底做出了將核能納入分類的決定，但這面臨著一些成員國的持續反對，而且它仍需得到歐洲議會的批準。

廣泛采用小型模塊化反應堆的障礙是什么?

廣泛采用 SMR 的最大障礙是：

• 證明正在開發的設計提供了更高的安全性，并且可以按時建造，并且每兆瓦的資本成本和每千瓦時的生產成本具有競爭力。
• 簡化和協調供應商所在國家和潛在用戶所在國家/地區的監管許可流程。
• 將潛在供應商的范圍縮小到足以確保足夠的市場需求以允許采用工廠生產方法。

需要采取什么行動來克服部署 SMR 的障礙?

• 為了克服這些障礙，政府，特別是世界領先經濟體的政府有必要：
• 認識到核能在公正、可靠和清潔能源轉型中的作用
• 支持 SMR 的加速、采用和商業化

支持建立一個由原子能機構牽頭的協調一致的國際監管體系，特別是針對中小型反應堆的監管體系，作為邁向建立健全和授權的國際監管和安全制度的第一步。

如果所有挑戰都得到滿足，那么 SMR 就可以合理地被提出來作為核能的游戲規則改變者，從而提高公眾和政治的接受度。