目前的能源領(lǐng)域?qū)MR市場(chǎng)非常感興趣，但至今還沒(méi)有任何SMR設(shè)計(jì)可供商業(yè)使用。要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的巨大飛躍，需要哪些關(guān)鍵點(diǎn)?

1、能源發(fā)展趨勢(shì)是核能

雖然從整體上看，閥門(mén)的功能相對(duì)較小，但對(duì)于SMR按照設(shè)計(jì)運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

如今的核能已不再有形象上的問(wèn)題。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，拖累核能發(fā)展的負(fù)面情緒正在逐漸轉(zhuǎn)變，據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)總干事拉斐爾·馬里亞諾·格羅西表示，許多國(guó)家現(xiàn)在都在尋求引進(jìn)或擴(kuò)大產(chǎn)能。

1996年，核能占全球能源生產(chǎn)的17%。如今，這一數(shù)字約為10%，但發(fā)展方向是明確的。

全球有50多個(gè)反應(yīng)堆正在建設(shè)中，其中大部分在中國(guó)和印度，其他國(guó)家已經(jīng)取消了核淘汰計(jì)劃。例如，日本正在恢復(fù)9座反應(yīng)堆運(yùn)行，其中30座將于2030年重啟。

日本共同社當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月19日?qǐng)?bào)道，日本東北電力公司當(dāng)天稱(chēng)，女川核電站2號(hào)機(jī)組將于今年9月重新啟動(dòng)。

這些變化反映了當(dāng)下的能源不穩(wěn)定時(shí)期，能源獲取和供應(yīng)安全已成為主要問(wèn)題，一些國(guó)家不得不重新考慮能源發(fā)展的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略。

隨著世界經(jīng)濟(jì)體從化石燃料向低碳或零碳能源轉(zhuǎn)型，穩(wěn)定性的能源供應(yīng)是必要的，尤其是那些引入自身間歇性能源，如風(fēng)能和太陽(yáng)能。

考慮到這種情況，人們的注意力重新轉(zhuǎn)向核能也就不足為奇了。

核能具有各種優(yōu)勢(shì)——安全、“可控制”、正確部署時(shí)具有成本效益，最重要的是零碳。

誠(chéng)然，利用這個(gè)上世紀(jì)開(kāi)創(chuàng)的技術(shù)有一定的諷刺意味，當(dāng)時(shí)許多人似乎都專(zhuān)注于“未來(lái)”的電力。小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)——業(yè)界最有前途的概念——所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)也是令人信服的。

降低資本成本、電網(wǎng)平衡和深度碳減排只是SMR的一部分優(yōu)勢(shì)。但就是這些優(yōu)點(diǎn)，刺激了巨大的SMR需求和來(lái)自政府、投資者和一些行業(yè)最知名研發(fā)部門(mén)的投資流入。

在風(fēng)險(xiǎn)投資公司和財(cái)團(tuán)的支持下，也有大量新進(jìn)入SMR市場(chǎng)的公司，這反映了全商業(yè)規(guī)模設(shè)計(jì)的變革力量和可觀的利潤(rùn)潛力。

然而，如果核工業(yè)界沒(méi)有一系列配合的改變，實(shí)現(xiàn)SMR的優(yōu)點(diǎn)也將是困難的。

這些變化包括，對(duì)監(jiān)管格局的改革，也包括與擁有核工程和關(guān)鍵服務(wù)的制造商進(jìn)行更密切的合作。

2、標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)

接受工廠組裝零件的前提，是建立一套商定的制造原則，建立一個(gè)全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

SMR之所以意義重大，是因?yàn)樗鼈兘⒃诮?jīng)過(guò)驗(yàn)證的科學(xué)基礎(chǔ)上。

SMR還與實(shí)現(xiàn)凈零排放所需的絕大多數(shù)技術(shù)一致，盡管這些技術(shù)的成熟程度各不相同。成熟度可以說(shuō)是當(dāng)今SMR市場(chǎng)最明顯的問(wèn)題。

目前有80多種設(shè)計(jì)處于不同的完成階段，使用不同的冷卻劑和反應(yīng)堆類(lèi)型。

不可否認(rèn)，這些發(fā)展方向是積極的，盡管這也暗示著標(biāo)準(zhǔn)化的缺乏，而標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于SMR實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。

一種有吸引力的商業(yè)模式，對(duì)SMR和更廣泛的核工業(yè)來(lái)說(shuō)很重要，尤其是在可再生能源“綜合”成本持續(xù)下降的情況下。

雖然目前人們的興趣很高，但如果投資者遭遇美國(guó)沃格特勒(Vogtle)核電站、法國(guó)弗拉芒維爾(Flamanville)核電站3號(hào)機(jī)組和英國(guó)欣克利角核電站等大型電站建設(shè)的延誤和預(yù)算超支問(wèn)題，那么他們會(huì)放棄SMR也不無(wú)道理。

但標(biāo)準(zhǔn)化不僅僅是資產(chǎn)負(fù)債表負(fù)責(zé)人的問(wèn)題。它還切入了最初提出SMR的原因：便利性和可及性。

模塊化反應(yīng)堆使核能能夠到部署在傳統(tǒng)數(shù)百兆瓦電廠不易建設(shè)的地區(qū)，甚至有可能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)提供臨時(shí)電力，作為應(yīng)急響應(yīng)的一部分或支持地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

如果沒(méi)有安全可靠的設(shè)計(jì)，這些優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是不切實(shí)際的。

雖然沒(méi)有嚴(yán)格意義上的標(biāo)準(zhǔn)化，但有一些真正進(jìn)步的跡象。

ESBWR是GWRX-300 SMR的設(shè)計(jì)前身(來(lái)源：GEH)

例如，通用電氣日立公司的BWRX-300已經(jīng)取得了進(jìn)展，這是一種基于ESBWR設(shè)計(jì)的300 MW水冷反應(yīng)堆，即經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)化沸水反應(yīng)堆。

ESBWR已經(jīng)獲得了美國(guó)核管理委員會(huì)的許可，使用的設(shè)備和燃料，與目前世界各地使用的通用電氣日立反應(yīng)堆相同。

也進(jìn)行了一些工程變更，包括安全泄壓閥的減少和設(shè)計(jì)壓力的增加。

如果獲得批準(zhǔn)，通用日立的SMR可能會(huì)在本十年末并網(wǎng)。這將領(lǐng)先于資深核能公司正在開(kāi)發(fā)的SMR的大多數(shù)計(jì)劃表，后者計(jì)劃于本世紀(jì)30年代中期并網(wǎng)。

勞斯萊斯提供了一個(gè)最好的例子，說(shuō)明了為什么在SMR開(kāi)發(fā)過(guò)程中保持商業(yè)現(xiàn)實(shí)的重要性。

該公司目前正在參與一項(xiàng)部分由英國(guó)政府資助的項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)470 MWe的壓水堆機(jī)組。

最初的5億英鎊(6.34億美元)計(jì)劃資金將在2024年底前用完，因此勞斯萊斯CEO公開(kāi)要求在2023年底前起草政府部署計(jì)劃。

這些SMR預(yù)計(jì)耗資約18億英鎊(23億美元)，與塞茲韋爾C項(xiàng)目一個(gè)機(jī)組的耗資(90億英鎊(114億美元))相比，節(jié)約了巨大的資金。在完成通用設(shè)計(jì)評(píng)估之前，這一成本是否可以實(shí)現(xiàn)尚不清楚。

3、統(tǒng)一監(jiān)管的承諾

在SMR的發(fā)展中，很難忽視圍繞SMR的監(jiān)管問(wèn)題以及對(duì)推廣的影響。

設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)都需要許可證，既適用于正在開(kāi)發(fā)SMR的供應(yīng)商，也適用于最終用戶。在大多數(shù)情況下，這兩方在不同的國(guó)家，有不同的監(jiān)管規(guī)定。

考慮到正在開(kāi)發(fā)的擬議SMR設(shè)計(jì)的數(shù)量，通過(guò)許可證的進(jìn)展已經(jīng)成為一個(gè)緩慢而令人生畏的過(guò)程。

監(jiān)管機(jī)構(gòu)不熟悉許多SMR的設(shè)計(jì)，尤其是那些依賴創(chuàng)新反應(yīng)堆和新型制造方法的設(shè)計(jì)。

一些更成熟的SMR使用已成熟的冷卻劑技術(shù)，如加壓水，而另一些則依賴于使用液態(tài)金屬、氦氣和熔鹽的相對(duì)較新的方法。

任何與已知或批準(zhǔn)技術(shù)存在的偏差或變化，都需要全面的測(cè)試證據(jù)來(lái)保證安全。

這是可以理解的，不應(yīng)被視為商業(yè)成功的障礙。畢竟，隨著地方當(dāng)局將核能帶到人群密集區(qū)，公眾的信心是必不可少的考慮因素。

SMR受益于更小的反應(yīng)堆堆芯，因此有更小的放射性問(wèn)題，理論上可以減少屏蔽要求和應(yīng)急規(guī)劃區(qū)的規(guī)模。

一些SMR還具有一個(gè)整體式蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，其中蒸汽發(fā)生器直接連接到反應(yīng)堆。這些內(nèi)置的被動(dòng)安全系統(tǒng)為SMR提供了充足的事故應(yīng)對(duì)時(shí)間，在某些情況下，在發(fā)生廠外電源故障時(shí)，提供了無(wú)限的應(yīng)對(duì)時(shí)間。

盡管如此，該行業(yè)還是認(rèn)識(shí)到跨境監(jiān)管的復(fù)雜性。

例如，2022年，IAEA宣布了一項(xiàng)核協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)化倡議，旨在簡(jiǎn)化SMR準(zhǔn)備在全球部署的過(guò)程。

這還包括一個(gè)接受工廠組裝零件的框架，一旦通過(guò)，將根據(jù)每個(gè)參與國(guó)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)共享的一套商定的制造原則，創(chuàng)建一個(gè)全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

這一想法將遵循與目前全球航運(yùn)和航空業(yè)公認(rèn)最佳實(shí)踐類(lèi)似的監(jiān)管格局。

這是向前邁出的重要一步，允許大量零部件在多個(gè)國(guó)家獲得生產(chǎn)許可，從而建立降低成本所需的協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。

然而，這種解決方案也帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)。根據(jù)一致的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)建造的模塊化結(jié)構(gòu)和裝配零件，將需要法律審查，尤其是在物流方面。

例如，可運(yùn)輸核電站的國(guó)際核責(zé)任制度仍然不明確，環(huán)境保護(hù)和公眾參與立法的適用性也不明確。

4、關(guān)鍵服務(wù)

工廠生產(chǎn)是SMR的主要優(yōu)勢(shì)之一(來(lái)源：勞斯萊斯SMR)

考慮到漫長(zhǎng)的監(jiān)管審批過(guò)程——即使是對(duì)設(shè)計(jì)更先進(jìn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)——選擇符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品顯然非常有效。

不僅是為了證明總體SMR概念，也是為了給經(jīng)濟(jì)體提供一種務(wù)實(shí)的方式，在不造成重大短缺的情況下，補(bǔ)充可再生能源的可變性質(zhì)。

閥門(mén)提供了一個(gè)很好的例子。雖然從整體上看，閥門(mén)的功能相對(duì)較小，但對(duì)于SMR按照設(shè)計(jì)運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

IMI關(guān)鍵工程部通過(guò)協(xié)助幾個(gè)核心部件的應(yīng)用和設(shè)計(jì)，包括所有類(lèi)型的安全泄壓閥，幫助加快該領(lǐng)域的進(jìn)展。

這包括主蒸汽安全閥、主蒸汽和主給水隔離閥、渦輪機(jī)旁通閥以及應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)過(guò)濾器。

所有這些產(chǎn)品都已被批準(zhǔn)用于大型反應(yīng)堆。雖然它們不能在SMR中同類(lèi)應(yīng)用，但它們?cè)陉P(guān)鍵服務(wù)中有數(shù)千小時(shí)的運(yùn)行證明，這緩解了監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)定制工程部件的一些不熟悉問(wèn)題。

考慮到許多SMR設(shè)計(jì)固有的被動(dòng)安全系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗档土诵碌摹⑷狈?jīng)驗(yàn)的操作員的進(jìn)入門(mén)檻。

這并不是說(shuō)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以忽略或快速跟蹤組件。每一個(gè)零件，無(wú)論在哪里制造，都必須經(jīng)過(guò)與幾十年來(lái)核安全產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程相同的穩(wěn)健測(cè)試程序。

如果部件簡(jiǎn)單和快速部署是實(shí)現(xiàn)SMR成功的必要方面，那么開(kāi)發(fā)人員要謹(jǐn)慎地研究現(xiàn)有組件，與了解其在關(guān)鍵服務(wù)中表現(xiàn)的公司合作。

這只是一個(gè)更大難題的一方面，對(duì)于引入一種能夠以快速合法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和更廣泛行業(yè)脫碳的技術(shù)同樣重要。