工廠化生產(chǎn)是 SMR 的主要優(yōu)勢之一。(圖片來源：勞斯萊斯 SMR)

核電不再存在形象問題。自 1990 年代以來導致核電衰落的負面情緒正在發(fā)生變化，國際原子能機構(gòu) (IAEA) 總干事拉斐爾·馬里亞諾·格羅西表示，許多國家現(xiàn)在都在尋求引進或擴大核電產(chǎn)能。

1996 年，核能占全球能源產(chǎn)量的 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 多座反應堆正在建設(shè)中，主要在中國和印度，而其他國家則扭轉(zhuǎn)了核能淘汰計劃。例如，日本正在重啟 9 座反應堆，到 2030 年將重啟 30 座反應堆。

這些變化反映了一個不穩(wěn)定時期。能源獲取和供應安全已成為主要問題，一些國家不得不重新考慮中長期戰(zhàn)略。這是一個問題，因為隨著經(jīng)濟體從化石燃料向低碳或零碳能源轉(zhuǎn)型，穩(wěn)定對于限制干擾至關(guān)重要，尤其是那些引入自身間歇性程度的能源，如風能和太陽能。

鑒于這種情況，人們將注意力重新轉(zhuǎn)向核能作為中間手段也就不足為奇了。核能安全、可試行、部署正確時具有成本效益，而且最重要的是零碳排放。誠然，在許多人似乎專注于“未來”發(fā)電方式的情況下，回歸上個世紀開創(chuàng)的技術(shù)有一定的諷刺意味。然而，小型模塊化反應堆 (SMR)——該行業(yè)最有前途的概念——帶來的好處是引人注目的。

降低資本成本、平衡電網(wǎng)和大幅減少碳排放只是 SMR 提供的部分好處。這刺激了巨大的需求，并吸引了政府、投資者和一些業(yè)內(nèi)知名公司的研發(fā)部門的投資。此外，還有大量由風險投資公司和財團支持的新企業(yè)進入市場，反映了全商業(yè)規(guī)模設(shè)計的變革力量和巨大的盈利潛力。

然而，如果不進行一系列變革，要達到這一點將非常困難。這些變革包括修訂監(jiān)管環(huán)境，以及與擁有核工程和關(guān)鍵服務(wù)知識的制造商進行更密切的合作。

掌握標準化

SMR 意義重大，因為它們是基于經(jīng)過驗證的科學。它們還符合這樣一個理念：實現(xiàn)凈零排放所需的絕大多數(shù)技術(shù)已經(jīng)存在，盡管成熟度各不相同。

成熟度可以說是當今 SMR 市場最明顯的問題。目前有超過 80 種設(shè)計處于不同的完成階段，使用不同的冷卻劑和反應堆類型。這種活躍程度無疑是積極的，但它也暗示著缺乏標準化，而標準化對于使 SMR 在經(jīng)濟上可行至關(guān)重要。

對于 SMR 和整個核工業(yè)而言，一個有吸引力的商業(yè)模式非常重要，尤其是在可再生能源“總成本”持續(xù)下降的情況下。雖然目前人們對 SMR 的興趣很高，但如果 SMR 開始遭遇與美國沃格特勒、法國弗拉曼維爾 3 號和英國欣克利角等大型反應堆相同的延誤和預算超支，投資者放棄 SMR 也是不無道理的。

但標準化不僅僅是那些負責資產(chǎn)負債表的人的問題。這也切中了 SMR 最初被提出的原因：便利性和覆蓋范圍。模塊化反應堆使核電能夠覆蓋傳統(tǒng)數(shù)百兆瓦電廠無法覆蓋的地區(qū)。它們甚至有可能在相對較短的時間內(nèi)提供臨時電力，作為應急響應的一部分或支持區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。如果沒有安全可靠的設(shè)計并受益于規(guī)模經(jīng)濟，這些機會是不切實際的，甚至是不可能的。

雖然從最嚴格的意義上來說，它尚未實現(xiàn)標準化，但確實有跡象表明它正在取得進展。例如，通用日立公司已經(jīng)憑借 BWRX-300 取得了進展，這是一種 300 兆瓦的水冷反應堆，基于其 ESBWR 設(shè)計，即經(jīng)濟簡化沸水反應堆。ESBWR 已經(jīng)獲得美國核管理委員會的許可，使用與目前在全球服役的其他通用日立反應堆相同的設(shè)備和燃料。已經(jīng)進行了多項工程變更，包括減少安全泄壓閥并增加設(shè)計壓力。如果獲得批準，通用日立的 SMR 可能會在 2020 年前實現(xiàn)并網(wǎng)。這將比大多數(shù)老牌企業(yè)開發(fā)的 SMR 的預計時間表要早，后者通常在 2030 年代中期。

然而，勞斯萊斯公司卻提供了一個最好的例子，說明為什么在 SMR 開發(fā)過程中必須考慮商業(yè)現(xiàn)實。該公司目前正在參與一項由英國政府部分資助的 470 MWe 壓水機組開發(fā)項目。該項目的初始 5 億英鎊(6.34 億美元)資金將在 2024 年底前用完，這促使勞斯萊斯首席執(zhí)行官公開要求政府在 2023 年底前起草部署計劃。這些 SMR 預計耗資約 18 億英鎊(23 億美元)——與 Sizewell C 一臺機組可能需要的 90 億英鎊(114 億美元)相比，這是一個巨大的節(jié)省。在通用設(shè)計評估完成之前，這一成本是否可以實現(xiàn)仍不清楚。

協(xié)調(diào)監(jiān)管的承諾

很難忽視圍繞 SMR 的監(jiān)管迷宮以及這對推廣的影響。設(shè)計和運營都需要許可證。這適用于開發(fā) SMR 的供應商和最終用戶。在大多數(shù)情況下，這兩方將位于具有不同監(jiān)管規(guī)定的不同國家。

鑒于正在開發(fā)的 SMR 設(shè)計方案數(shù)量眾多，獲得許可的進程變得緩慢而艱巨。監(jiān)管機構(gòu)對許多 SMR 設(shè)計并不熟悉，尤其是那些依賴創(chuàng)新反應堆和新制造方法的設(shè)計。

一些較成熟的 SMR 使用成熟的冷卻劑，例如加壓水，而其他 SMR 則依靠相對較新的方法，使用液態(tài)金屬、氦和熔鹽。任何與已知或已獲批準的方案的偏差或變化都需要進行徹底的測試，以保證安全。

這是可以理解的，不應被視為商業(yè)成功的障礙。畢竟，當?shù)胤疆斁謱⒑穗姼咏藗兩詈凸ぷ鞯牡胤綍r，公眾信心將是必不可少的。SMR 受益于較小的反應堆堆芯，因此放射性庫存也較小，理論上可以減少屏蔽要求和應急計劃區(qū)的大小。有些 SMR 還包括一個集成蒸汽供應系統(tǒng)，其中蒸汽發(fā)生器直接連接到反應堆。這些內(nèi)置的被動安全系統(tǒng)為 SMR 提供了更長的、在某些情況下無限的應對時間，以應對場外電源故障。

盡管如此，該行業(yè)認識到跨境監(jiān)管的復雜性。例如，2022 年，國際原子能機構(gòu)宣布了一項核協(xié)調(diào)與標準化倡議，旨在簡化 SMR 準備在全球范圍內(nèi)部署的流程。這還包括一個接受工廠組裝零件的框架，一旦通過，將根據(jù)每個參與國監(jiān)管機構(gòu)共同制定的一套商定的制造原則創(chuàng)建一個全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。這個想法將遵循類似于目前已確立為全球航運和航空最佳實踐的監(jiān)管格局。

這將是向前邁出的重要一步，允許大量部件獲得在多個國家生產(chǎn)的許可，從而創(chuàng)建降低成本所需的協(xié)調(diào)供應鏈。然而，這種解決方案也帶來了一系列挑戰(zhàn)。模塊化結(jié)構(gòu)和按照一致規(guī)范和標準制造的裝配式部件將需要法律審查，特別是在物流方面。例如，可運輸工廠的國際核責任制度仍不明確，環(huán)境保護和公眾參與立法的適用性也同樣不明確。

關(guān)鍵服務(wù)的作用

考慮到監(jiān)管審批流程漫長(即使對于設(shè)計更先進的企業(yè)而言也是如此)，選擇已知符合現(xiàn)有標準的方案顯然是明智之舉。這不僅是為了證明整體 SMR 概念，也是為了給各經(jīng)濟體提供一種實用的方式來補充可再生能源的可變性，而不會造成重大短缺。

閥門就是一個很好的例子。雖然閥門在整個構(gòu)造中相對較小，但它們對于保持某些 SMR 設(shè)計在理想?yún)?shù)范圍內(nèi)運行至關(guān)重要。IMI Critical Engineering 正在幫助加速這一領(lǐng)域的進展，協(xié)助應用和設(shè)計幾個核心組件，包括所有類型的安全泄壓閥。這包括主蒸汽安全閥、主蒸汽和主給水隔離閥、渦輪旁通閥以及應急核心冷卻系統(tǒng)過濾器。

所有這些產(chǎn)品都已獲準在大型反應堆中使用。雖然它們無法在 SMR 中一模一樣地應用，但它們在關(guān)鍵服務(wù)中已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)千小時的運行驗證，這減輕了監(jiān)管人員在使用定制工程部件時遇到的一些不熟悉問題。這一點尤其重要，因為許多 SMR 設(shè)計都具有被動安全系統(tǒng)，這降低了新手、缺乏經(jīng)驗的操作員的進入門檻。

這并不是說在開發(fā)過程中可以忽略或加快組件的開發(fā)速度。每個部件，無論在哪里制造，都必須經(jīng)過同樣嚴格的測試程序，該程序是數(shù)十年來核能產(chǎn)品設(shè)計和工程安全的基礎(chǔ)。但是，如果簡單性和速度是使 SMR 取得成功的必要因素，那么開發(fā)人員明智的做法是與現(xiàn)有組件和了解它們在關(guān)鍵服務(wù)中表現(xiàn)的公司合作。這只是一個更大難題的一個方面，但對于引入一種能夠以有意義的速度合法地使電網(wǎng)和更廣泛的行業(yè)脫碳的技術(shù)而言，它同樣重要。