喬治亞電力公司沃格特爾核電站 3 號(hào)機(jī)組終于啟動(dòng)，比原計(jì)劃晚了七年，而且超出預(yù)算 170 億美元，這提醒人們核電站投資的風(fēng)險(xiǎn)。顯然，按照目前的方法，核電存在建設(shè)成本和建設(shè)工期長(zhǎng)的問(wèn)題。然而，由于氣候變化的挑戰(zhàn)和對(duì)能源安全需求的重新認(rèn)識(shí)，核電出于必要性重新回到能源議程。

例如，在英國(guó)，歷屆政府都試圖通過(guò)國(guó)際招標(biāo)來(lái)采購(gòu)和資助大型新一次性發(fā)電站，如欣克利角 C 電站、穆?tīng)栙惖码娬竞屯柗娬荆越鉀Q成本/進(jìn)度問(wèn)題。供應(yīng)商已投入數(shù)十億美元開(kāi)發(fā)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備報(bào)價(jià)，并與政府進(jìn)行多年的談判，以確定誰(shuí)將承擔(dān)施工延誤和成本超支的風(fēng)險(xiǎn)。這些項(xiàng)目要么在資金談判中失敗，要么像欣克利角 C 電站一樣，由外國(guó)政府資助，這些政府承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，以換取發(fā)電的保證價(jià)格。結(jié)果，消費(fèi)者將在未來(lái)許多年為這些電力支付高價(jià)。

這不是一個(gè)可行的解決方案。只有采取新的計(jì)劃方法，采用其他地方很常見(jiàn)但核工業(yè)尚未應(yīng)用的現(xiàn)代生產(chǎn)方法，并創(chuàng)建生產(chǎn)系統(tǒng)或優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)，從系列建設(shè)中獲益，而不是一次性項(xiàng)目，并提高整個(gè)供應(yīng)鏈的效率，才能解決成本/進(jìn)度問(wèn)題。

降低反應(yīng)堆成本

牛津大學(xué)賽德商學(xué)院教授本特·弗萊夫比耶格在其著作《如何完成大事》中指出，英國(guó)并不是唯一一個(gè)難以建設(shè)新核電站的國(guó)家。他通過(guò)一個(gè)包含全球 1,000 多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出，核電站是最難預(yù)測(cè)的項(xiàng)目之一，平均成本超支 120%，平均比原計(jì)劃推遲 65%。他總結(jié)說(shuō)，這是因?yàn)楹穗娬敬蠖嗍前凑摘?dú)特設(shè)計(jì)建造的大型復(fù)雜項(xiàng)目。這些項(xiàng)目需要很多年才能完成，因此團(tuán)隊(duì)幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)從一個(gè)項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，而項(xiàng)目很容易受到不可預(yù)見(jiàn)事件的影響。

這些結(jié)論得到了 20 世紀(jì) 80 年代美國(guó)和法國(guó)核電站建設(shè)數(shù)據(jù)的支持。美國(guó)建造了大約 50 座反應(yīng)堆，采用了許多不同的供應(yīng)商、建造商和設(shè)計(jì)。大約在同一時(shí)間，法國(guó)建造了大約相同數(shù)量的反應(yīng)堆，這些反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)由一家美國(guó)供應(yīng)商提供，由中央政府指導(dǎo)，并擁有穩(wěn)定的施工團(tuán)隊(duì)。圖 1 總結(jié)的結(jié)果顯示，對(duì)于 20 世紀(jì) 70 年代和 80 年代建造的項(xiàng)目，法國(guó)發(fā)電站的成本平均比美國(guó)發(fā)電站低 60%，交付時(shí)間比美國(guó)早三年。

英國(guó)能源技術(shù)研究所重點(diǎn)介紹了近期日本和韓國(guó)核電站的良好實(shí)踐，這些核電站采用了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和精益施工理念。它們?cè)诔杀竞瓦M(jìn)度方面的改進(jìn)成果與 20 世紀(jì) 80 年代的法國(guó)類(lèi)似。這些國(guó)家如今已成為全球核電站建設(shè)的標(biāo)桿。這些標(biāo)桿項(xiàng)目與英國(guó)近期經(jīng)驗(yàn)的區(qū)別在于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和采購(gòu)方式。當(dāng)新發(fā)電站項(xiàng)目逐個(gè)推進(jìn)時(shí)，結(jié)果通常是一系列細(xì)節(jié)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，每個(gè)項(xiàng)目都由不同的供應(yīng)商和承包商團(tuán)隊(duì)建造。相反，使用相同的團(tuán)隊(duì)一遍又一遍地建造相同的設(shè)計(jì)可以帶來(lái)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

弗萊夫比約格認(rèn)為，以成本效益的方式交付核電站的解決方案是采用模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造。如果核電站由一系列小型模塊化反應(yīng)堆組成，那么每個(gè)反應(yīng)堆都會(huì)更便宜，建造速度也會(huì)更快，從而在更短的時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)輸送電力并為投資者帶來(lái)收益。如果每個(gè)小型模塊化反應(yīng)堆 (SMR) 都按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使用工廠制造的標(biāo)準(zhǔn)組件建造，那么整個(gè)過(guò)程將更加高效和可預(yù)測(cè)。關(guān)鍵步驟是推進(jìn)多個(gè) SMR 的計(jì)劃，以便成功的供應(yīng)商能夠投資于穩(wěn)定的供應(yīng)鏈和現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)，使他們能夠從一個(gè)項(xiàng)目到另一個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，并不斷提高性能。

由于 SMR 體積較小，因此更具有模塊化潛力，而且模塊化可以降低總體勞動(dòng)力成本和工期。但其成功取決于設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈和施工過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化。模塊化效益的大小取決于能否將設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)分解為可在現(xiàn)場(chǎng)制造、運(yùn)輸和組裝的模塊。使用模塊化的行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是，生產(chǎn)建模對(duì)于設(shè)計(jì)最佳整體生產(chǎn)系統(tǒng)(包括模塊化什么和在哪里進(jìn)行工作)非常重要。這兩個(gè)關(guān)鍵決策將極大地影響最終結(jié)果。

綜合起來(lái)，場(chǎng)外制造帶來(lái)的生產(chǎn)率提高和縮短建造工期對(duì)資本成本的經(jīng)濟(jì)影響——以包括建設(shè)期間利息在內(nèi)的總建設(shè)成本 (TCIC) @7.8% 每年來(lái)衡量。基線(xiàn)是非模塊化“標(biāo)準(zhǔn)建造”系統(tǒng)，模塊化程度 (DoM) 逐級(jí)遞增。首先，存在規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)——隨著反應(yīng)堆尺寸減小，由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的減弱，建設(shè)成本增加。這些成本增加可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和生產(chǎn)學(xué)習(xí)來(lái)抵消。但很明顯，如果 SMR 采用標(biāo)準(zhǔn)建造，其成本將高于大型反應(yīng)堆。SMR 需要現(xiàn)代化的建造方法才能參與競(jìng)爭(zhēng)。

此外，如果該計(jì)劃包含足夠多的項(xiàng)目，核電站的單位成本將通過(guò)生產(chǎn)學(xué)習(xí)隨著時(shí)間的推移而降低，其發(fā)電量可能低至 70-80 美元/兆瓦時(shí)，與可再生能源具有競(jìng)爭(zhēng)力。

優(yōu)化生產(chǎn)

使用標(biāo)準(zhǔn)組件的模塊化設(shè)計(jì)很重要，但設(shè)計(jì)/優(yōu)化和控制生產(chǎn)系統(tǒng)的能力才是使它們整合在一起并提高性能的關(guān)鍵。幾十年來(lái)，這種方法一直用于提高從船舶、飛機(jī)到卡車(chē)和汽車(chē)等大型資本貨物的設(shè)計(jì)和制造性能。但在將其應(yīng)用于 SMR 計(jì)劃之前，重要的是要了解它與目前用于交付核電站的項(xiàng)目管理系統(tǒng)有何不同。

2019 年，安格利亞水務(wù)公司在希思羅機(jī)場(chǎng)和國(guó)家公路局的支持下開(kāi)展了一項(xiàng)關(guān)于生產(chǎn)管理在建筑中的應(yīng)用的研究，該研究總結(jié)了傳統(tǒng)項(xiàng)目管理和生產(chǎn)管理在應(yīng)用于大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目時(shí)的主要特征。該研究確定了用于進(jìn)行比較的生產(chǎn)系統(tǒng)的六個(gè)關(guān)鍵特征。

項(xiàng)目管理與生產(chǎn)系統(tǒng)

這種方法并不新鮮。1995 年，英國(guó)機(jī)場(chǎng)管理局 (BAA Plc) 開(kāi)發(fā)了一套生產(chǎn)系統(tǒng)，用于交付希思羅機(jī)場(chǎng)的新 5 號(hào)航站樓。通過(guò)與供應(yīng)商建立長(zhǎng)期關(guān)系、使用標(biāo)準(zhǔn)組件、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)工程和生產(chǎn)管理，英國(guó)機(jī)場(chǎng)管理局按時(shí)完成了新航站樓的建設(shè)，并且接近預(yù)算。英國(guó)機(jī)場(chǎng)管理局方法的關(guān)鍵特點(diǎn)是，在 2002 年開(kāi)始建設(shè)之前的六年里，他們利用機(jī)場(chǎng)的持續(xù)投資計(jì)劃來(lái)開(kāi)發(fā)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)系統(tǒng)和自己的管理團(tuán)隊(duì)。隨后，安格利亞水務(wù)公司采用這種方法，大量使用模塊化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)組件，完成了其大部分投資計(jì)劃。在 10 年的時(shí)間里，他們將基礎(chǔ)設(shè)施的單位成本降低了 30%。

核電通過(guò)采用程序化方法，重復(fù)建設(shè)模塊化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)核電站，并投資批量生產(chǎn)設(shè)施，可以最好地解決其嚴(yán)重且持續(xù)的成本和建設(shè)進(jìn)度問(wèn)題。采用這些方法將使核電重新獲得競(jìng)爭(zhēng)力，使其在許多國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化方面發(fā)揮重要作用。

實(shí)現(xiàn)這些流程變革并帶來(lái)相關(guān)效益的關(guān)鍵在于將核工業(yè)的思維模式從一次一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)生產(chǎn)系統(tǒng)交付一系列項(xiàng)目。由于該行業(yè)的歷史和核項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)理的經(jīng)驗(yàn)，這并非易事，但如果我們希望核能在未來(lái)能源方程中發(fā)揮有意義的作用，這是必不可少的。

作者：劍橋大學(xué)工程系核能講師 Tony Roulstone、Acumen7 創(chuàng)始成員 Simon Murray 和項(xiàng)目生產(chǎn)研究所執(zhí)行董事 Gary Fischer