核電正在“卷土重來(lái)”

美國《POWER》雜志執行編輯亞倫·拉森(Aaron Larson)2023年10月2日發(fā)文《核電正“卷土重來(lái)”：如何才能實(shí)現有意義的增長(cháng)?》。他說(shuō)“核能行業(yè)有很多理由對未來(lái)感到樂(lè )觀(guān)。例如，2023年7月31日美國沃格特勒(Vogtle)3號機組投入商業(yè)運行。這是一個(gè)重要的里程碑，值得慶祝;Vogtle 4號機組正處于建設的最后階段，預計將于2024年第一季度投入使用。這些裝置的建成為核工業(yè)提供了許多可供借鑒的經(jīng)驗[1，2]。”

小堆、微堆項目比比皆是

然而，千兆瓦級的核電站并不是目前唯一的選擇。小型模塊化反應堆(SMR)和微型反應堆正發(fā)展迅速。

2023年早些時(shí)候，總部位于北卡羅來(lái)納州威爾明頓的通用日立核能公司(GEH)、安大略發(fā)電公司(OPG)、SNC-Lavalin和Aecon宣布，他們已簽署合同，將在OPG的達靈頓新核項目基地部署BWRX-300 SMR。這是北美電網(wǎng)規模SMR的首個(gè)商業(yè)合同。

在美國，田納西流域管理局(TVA)也在為BWRX-300機組的潛在部署進(jìn)行規劃并申請初步許可。這將是TVA希望其“堆群”增加20個(gè)SMR中的第一個(gè)。世界上其他幾家公司也在認真考慮部署BWRX-300技術(shù)。在英國，SMR設計競賽中六個(gè)入圍進(jìn)入下一階段，計劃將在2024年夏季之前獲得政府合同，美國的BWRX-300等三個(gè)設計添列其中[3-5]。

美國GEH核能公司的BWRX-300設計，目的是降低建設和運行成本，使之低于其他核能發(fā)電技術(shù)。

然而，GEH并不是唯一一家制造小堆的公司。NuScale能源公司2023年8月份宣布，美國核管理委員會(huì )(NRC)接受了它的標準設計方案(SDA)的正式審核申請。NRC已摘錄了NuScale能源公司VOYGR-6電站的設計申請，升級后的SMR單機容量77 MWe，“支持更廣泛客戶(hù)的產(chǎn)能需求”。NRC早在2020年就批準了NuScale公司單機容量50 兆瓦SMR的標準設計方案，2023年又頒發(fā)了設計資質(zhì)證書(shū)，使之成為第一個(gè)也是唯一實(shí)現兩個(gè)“里程碑”的SMR。

人們對微堆也很感興趣。2023年8月31日，美國防后勤局能源公司代表美國空軍和國防部(DOD)宣布，選定Oklo公司作為阿拉斯加州艾爾森空軍基地安裝微堆的承包商。幾個(gè)月前，Oklo還宣布過(guò)一項協(xié)議，將在俄亥俄州南部部署兩個(gè)這樣的反應堆。Oklo希望先在愛(ài)達荷國家實(shí)驗室(INL)科技園區現場(chǎng)建造一個(gè)裝置。該公司已在2019年獲得了這個(gè)場(chǎng)地的使用許可證[6]。

MARVEL微堆，即“微堆應用研究驗證與評估”站臺，是INL正在全力進(jìn)行的另一個(gè)項目。預計將于2024年年底開(kāi)始運營(yíng)。MARVEL將用于開(kāi)發(fā)監管審批流程、測試微堆應用、評估遠程監控系統以及開(kāi)發(fā)的自動(dòng)控制等技術(shù)[7]。

安裝在創(chuàng )意工程師公司賓夕法尼亞州新福瑞道(New Freedom)設施內的主冷卻劑試驗裝置(PCAT)

INL還希望在2024年年底前從BWX技術(shù)公司收到Pele項目原型堆。Pele項目將向國防部展示“一種可運輸的微堆，可以提供彈性電源”，以滿(mǎn)足歷史上依賴(lài)化石燃料輸送和廣泛供應線(xiàn)的各種運營(yíng)需求。

挑戰依然存在

然而，盡管有了這些積極的發(fā)展，仍然存在許多困難。另一家總部位于紐約的新興微堆技術(shù)公司NANO核能公司[8]創(chuàng )始人兼董事長(cháng)姜瑜(Jay Jiang Yu)說(shuō)，“美國核能行業(yè)面臨幾個(gè)重大挑戰，影響其發(fā)展能力。”“美國核能業(yè)面臨的主要挑戰之一是經(jīng)濟競爭力。核電站需要大量的前期資金，投資、建設、運營(yíng)和維護的成本可能很高。廉價(jià)而豐富的天然氣，加上可再生能源的發(fā)展，給核電帶來(lái)激烈的競爭。”

由于自上個(gè)世紀90年代初以來(lái)，美國幾乎沒(méi)有核電建設項目，因此只剩下相對較少有經(jīng)驗的工人。他說(shuō)。“缺乏新項目可能將阻礙這一行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和勞動(dòng)力增長(cháng)。”“核工業(yè)潛在地面臨熟練工人短缺的問(wèn)題，包括操縱員、工程師和技術(shù)人員。確保為未來(lái)提供訓練有素的勞動(dòng)力至關(guān)重要。”

姜瑜認為，核廢料的長(cháng)期儲存和處置、冗長(cháng)而昂貴的頒發(fā)許可程序以及項目融資困難，是另外必須解決的挑戰。他還指出，公眾對核能的負面看法可能阻礙核增長(cháng)。然而，近年來(lái)這種觀(guān)點(diǎn)一直發(fā)生著(zhù)變化。

皮尤研究中心(Pew Research Center)[9]2023年5月30日至6月4日對1萬(wàn)多名美國人進(jìn)行的一項調查中顯示，大多數受訪(fǎng)者(57%)表示，他們支持在美國建設更多的核發(fā)電站，高于2020年的43%。雖然共和黨/傾向共和黨的受訪(fǎng)者(67%)比民主黨/傾向民主黨的受訪(fǎng)者(50%)更有可能支持核電，但與2020年的調查相比，這兩個(gè)群體的支持率都有類(lèi)似的上升(約13%～14%)。值得注意的是，調查顯示，男性比女性更傾向于支持建造更多的核電站(71%對44%)。

NANO核能公司首席執行官詹姆斯·沃克(James Walker)說(shuō)，美國政府可以做很多事情，以鼓勵核工業(yè)的發(fā)展。精簡(jiǎn)監管流程、提供長(cháng)期政策支持、解決核廢料管理問(wèn)題是它的首要任務(wù)。他說(shuō)，在國際層面加強合作，促進(jìn)更多的公私伙伴關(guān)系，實(shí)施重視核能特性的市場(chǎng)改革，有利于核電行業(yè)。

見(jiàn)解與思考

1. 《POWER》是美國能源技術(shù)綜合評論雜志，它的“Nuclear Archives”專(zhuān)欄深度報道核能技術(shù)發(fā)展的大趨勢。世界性的氣候災難、經(jīng)濟不景氣和俄烏戰爭，使能源脫碳轉型變得前景暗淡;可再生能源+儲能系統進(jìn)展模糊，世界的政治家們轉而求助核能，核電“卷土重來(lái)”有其必然性。

2. 現代核能系統有其局限性，關(guān)鍵是安全和經(jīng)濟。大型核電機組除中韓外，世界其他地區市場(chǎng)狹小;小堆(SMR)和微堆創(chuàng )新風(fēng)靡世界，也不能簡(jiǎn)單地把破冰船和潛艇核動(dòng)力搬到陸上。北美地區在這方面有積累和經(jīng)驗教訓，也有深入細致的規劃和安排。但在2023～2030年內只有先進(jìn)輕水冷卻SMR能派上用場(chǎng)，目前最有信心的選擇是BWRX-300。至于先進(jìn)的非輕水冷卻的SMR，目前看重的熔鹽冷卻和氦氣冷卻高溫工藝供熱堆，降本增效有較大困難。

3. 本世紀初美國核科學(xué)界發(fā)動(dòng)第四代核能研究，先進(jìn)非水冷SMR有很大進(jìn)展，重點(diǎn)越來(lái)越集中在熔鹽堆系統。設想一次性解決安全、經(jīng)濟、乏核燃料閉環(huán)處理和處置問(wèn)題。IMSR、SSR-W和MoltexFLEX系統設計，只可能在2020～2030年代末或之后看到原型堆運行結果，開(kāi)始大規模建設。

參考資料與注釋

[1] Aaron Larson, Clear Power Is Making a Comeback: What Will It Take to See Meaningful Growth? POWER, Oct 2, 2023.

[2] Aaron Larson, Vogtle Unit 3 Enters Commercial Operation: First ‘Newly Constructed’ U.S. Nuclear Power Plant in Decades, POWER, Jul 31, 2023.

[3] Sonal Patel, Major Nuclear Players Team on Innovative Construction Delivery Approach for BWRX-300 SMR at Darlington, POWER, Feb 2, 2023.

[4] Aaron Larson, GE Hitachi’s BWRX-300 Small Modular Reactor Gets Another Win, POWER, Feb 9, 2023.

[5] Sonal Patel, UK Shortlists Six Nuclear Designs in SMR Competition, Intends to Award Contract by Summer 2024, POWER, Oct 2, 2023.

[6] Sonal Patel, US. Air Force Selects Fast Microreactor for Nuclear Power Pilot, POWER, Aug 31, 2023.

[7] Sonal Patel, DOE: MARVEL Microreactor Prototype Installed, Gearing Up for Testing, POWER, May 25, 2023.

[8] NANO Nuclear Energy Inc：總部設在紐約，一家新興的微堆技術(shù)公司，利用專(zhuān)有的新型反應堆設計開(kāi)發(fā)更小、更便宜、更安全的先進(jìn)便攜式無(wú)碳能源解決方案。NANO Nuclear致力于將最新技術(shù)融入其專(zhuān)有的新型反應堆設計、知識產(chǎn)權和研究方法中。

[9] Pew Research Center：美國的一家獨立性民調機構，總部設在華盛頓特區。該中心對那些影響美國乃至世界的問(wèn)題、態(tài)度與潮流提供信息資料。