小型模塊化反應堆(SMR)是一種新型核反應堆，其持續創新有助于解決全球多個能源政策優先事項。這些范圍從電力脫碳到確保不確定世界中的能源供應安全，為緩解能源貧困和促進經濟發展和繁榮提供選擇。
核勢
核能已經在許多國家的能源系統中發揮著重要作用，目前運行的 444 個核反應堆提供了世界約 10% 的電力。這些反應堆主要是千兆瓦級的，提供電網基荷電力。核能可以發揮更大的作用。NEA 最近的分析(NEA，2022)發現，要達到國際氣候變化專門委員會(IPCC，2018)與 1.5°C 情景一致的平均路徑，需要到 2050 年將全球核電裝機容量增加兩倍，達到 1,160 吉瓦。這是通過現有核反應堆的長期運行、大規模第三代核電站以及用于電力和非電力應用的小型反應堆的結合來實現的。
一些國家正在推進中小型反應堆的創新。這包括處于各個開發階段的中小型反應堆，從新概念的基礎研究到成熟設計的商業部署和運營。這一創新管道包括一系列反應堆概念——從現有輕水反應堆技術的漸進式創新到先進的第四代反應堆概念的突破。它還包括各種配置的小型模塊化反應堆，其中一些是陸基反應堆，另一些是多模塊、海基或可運輸的。這些創新融合了新材料、一系列冷卻劑和創新燃料。該創新管道準備生產各種不同尺寸的商業SMR，從小于5兆瓦的電力到大于300兆瓦的電力，出口溫度從約285°C到近900°C。
圖 1. 全球核電裝機容量差距(2020-2050 年) 資料來源：NEA 2022
SMR的特點
小型模塊化反應堆具有許多支持其商業可行性的屬性。許多新技術都融入了被動安全的概念，這意味著它們不需要主動干預或斷電即可關閉。結合較小的庫存或現場材料，這可以減少所需應急規劃區域的規模，促進選址并可能減少電網需求。與此同時，一些中小型反應堆的設計可以重復利用乏核燃料，從而減少必須在深層地質處置庫中儲存和管理的高放射性廢物的數量。通過設計標準化、簡化和模塊化，中小型反應堆還旨在通過批量建造來降低成本。比傳統核電站規模更小、規模更大，應該會增加對更廣泛的私人投資者的吸引力。
小型模塊化反應堆管道有可能支持各種能源政策優先事項。其中包括電力供應的脫碳以及大型核電站和可變可再生能源供應可能受到限制的新應用的脫碳。這些新的市場和應用范圍從替代并網發電中的煤炭到替代某些行業和區域供熱的化石熱電聯產。在許多情況下，SMR 將成為不同地區和環境中實現凈零排放的游戲規則改變者。
其中一些技術現已推向市場，許多其他技術將在未來 5 到 10 年內推出。憑借如此多樣的技術和規格，核能機構 (NEA) 正在尋求幫助各國監測中小型反應堆的進展，同時考慮實現凈零排放的可行途徑。
NEA SMR 儀表板于今年早些時候發布，就是為了實現這一目標。它超越了技術準備水平，并評估了六個額外有利條件的進展：許可準備情況、選址、融資、供應鏈、參與和燃料。在每個領域，NEA 都定義了客觀標準，反映了在首個部署和商業化方面取得的實質性進展。NEA SMR 儀表板僅使用可驗證的公共來源的信息，并已更新以包含更多數量的 SMR 項目和計劃。它受益于與 SMR 設計師的協商，他們有機會對其評估草案發表評論，并補充可以獨立驗證的進一步信息。
將 SMR 變為現實
NEA SMR 儀表板的匯編揭示了 NEA 和非 NEA 成員國在 SMR 部署和商業化方面取得的重大進展，其中大部分進展發生在過去兩年。
總體而言，可以看出推出 SMR 的兩個機會窗口(圖 2)。隨著 2030 年至 2040 年脫碳工作的加速，那些技術水平和許可準備程度較高的企業將在 2050 年實現凈零排放方面發揮重要作用。技術和許可準備水平較低的企業可以從 2040 年開始大規模部署，以幫助保持2050年后凈零排放。
圖 2：SMR 支持凈零目標的機會之窗。資料來源：國家能源局 2022
然而，新核技術的部署和商業化面臨著許多挑戰，NEA 及其成員國正在通過加強國際合作來應對這些挑戰。
2023 年 9 月，國家能源局在其首屆新核路線圖會議上召集了數十位能源部長和私營部門首席執行官，討論應對這些挑戰的最佳方法。二十個國家商定了一份聯合聲明，承諾利用核能實現凈零排放，并制定了一系列指導政策來實現這一目標。他們的行動呼吁在 COP28 氣候會議召開前夕尤為重要。
SMR 插圖©shutterstock/vectorwin
挑戰
擴大部署包括中小型反應堆在內的新核項目的第一個關鍵挑戰是融資渠道。在可能的情況下，有權這樣做的跨國開發銀行、國際金融機構和區域機構應考慮為核能提供融資。如果核能在金融分類中酌情與其他低碳能源一起分類，并納入環境、社會和治理(ESG)政策，那么新的核項目將更容易獲得融資。
為了使中小型反應堆足夠快地上線以幫助實現凈零排放，需要做更多的工作來創建有利的政策框架、監管途徑、法規和標準。分享最佳實踐和其他形式的國際合作有助于加速這一進程。這對于中小型反應堆尤其重要，因為正在研究的一些技術是創新的。合作還將有助于確保乏核燃料和高放射性廢物的儲存、運輸、后處理和回收以及處置的安全和有效策略。
如果中小型反應堆等新核設施要經濟且及時，供應鏈就必須平穩且可預測。這包括核燃料的供應，從鈾提取到轉化、濃縮和燃料制造。小型模塊化反應堆還特別適合混合能源系統，該系統整合了所有低排放能源，因此培育此類新能源系統將有助于加快向凈零經濟的過渡。例如，SMR可以幫助降低生產氫氣的成本，然后將其用于重工業等難以減少的行業。
幾十年來從未出現過的核能項目活動不斷增加，需要投資于教育和培訓具有創新性和多樣性的熟練勞動力。在所有階段，公眾都需要通過透明、包容和民主的決策過程來參與。
應對所有這些挑戰的最佳方法是開展國際合作，讓利益相關者定期交換信息，包括最佳實踐和經驗教訓。NEA 旨在通過其工作幫助其成員國發展和支持由政府官員、行業領袖、研究人員、民間社會和其他感興趣團體組成的網絡，以最大限度地發揮中小型反應堆和其他核能技術的潛力。共同努力將幫助各國利用當前核能創新，尋求維持能源供應安全，以可承受的成本提供電力，并在本世紀中葉實現凈零排放。
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