核電站規(guī)模轉(zhuǎn)向小型

在當(dāng)前情況下，解決方案也許是研發(fā)一種被視為小型核電站的新產(chǎn)品?？s小規(guī)模不僅有助于擴(kuò)大能買得起、其電網(wǎng)也能兼容的核電站的客戶范圍，同時(shí)也可以改變公眾對核電的態(tài)度。

在發(fā)達(dá)國家拒絕傳統(tǒng)核能的背景下，小型核電站的發(fā)展由國家贊助，美國、英國和加拿大的公眾對此持中立態(tài)度。第一批小型核電站的討論是在“新低碳能源”而非“可怕的核能”層面上進(jìn)行。事實(shí)上，小型核電站開始成為整個(gè)核電工業(yè)的救命稻草。

在爭取未來市場的斗爭中，外觀各異的小型核電站項(xiàng)目大約有一百個(gè)，但是，其中只有十幾個(gè)項(xiàng)目處于研發(fā)進(jìn)展階段，并做好了從國家核監(jiān)管部門獲得認(rèn)可(設(shè)計(jì)安全證明)的準(zhǔn)備。例如，美國初創(chuàng)公司NuScale于2018年2月啟動向美國核管理委員會(NRC)申請?jiān)S可證的程序。通過建造和運(yùn)營未來反應(yīng)堆的NRC審批需要花費(fèi)數(shù)億美元，其中包括進(jìn)行安全性測算、準(zhǔn)備資料文件，最后是為美國核能監(jiān)督專家的工作付款。而且，提交的不是某種構(gòu)想，而是一個(gè)各種工作文件近乎完備的項(xiàng)目。就NuScale而言，它已提交了1.2萬頁文件。這種對許可證的投資表明了NuScale投資者對產(chǎn)品商業(yè)前景的堅(jiān)定信心。NuScale已經(jīng)拿到了在愛達(dá)荷州建造擁有12個(gè)反應(yīng)堆模塊核電站的項(xiàng)目，政府準(zhǔn)備其中買下其中的兩個(gè)機(jī)組。

小型核電站有利有弊

較之傳統(tǒng)的大型核電站，小型核電站有哪些優(yōu)勢?優(yōu)勢包括如下幾點(diǎn)：

1、小型核電站的反應(yīng)堆模塊應(yīng)以成品模塊形式在大型機(jī)器制造廠量產(chǎn)。這將縮短核電站建設(shè)的工期，降低其難度——這是新核電市場當(dāng)前所面臨的基本問題。

2、與大型核電站不同，小型核電站應(yīng)具有高機(jī)動性，因此能成為風(fēng)能和太陽能等可再生能源的良好補(bǔ)充。隨著風(fēng)能和太陽能發(fā)電項(xiàng)目前景日趨黯淡，需要一個(gè)能互補(bǔ)的合作伙伴在夜間和無風(fēng)時(shí)獲取電力，由此出現(xiàn)一個(gè)潛在的巨大市場——供機(jī)動靈活的小型核電站專用。

3、在傳統(tǒng)能源解決方案的框架內(nèi)，在無法建設(shè)大型核電站的地方，小型核電站也得到了新的用武之地。

4、小型模塊化核電站絕對成本較低，還可以通過建立新模塊來逐步擴(kuò)大功率，這極大地簡化了能源項(xiàng)目的融資難度。

當(dāng)然，小型核電站也有缺點(diǎn)，歸結(jié)到一點(diǎn)就是：小型核電站的發(fā)電成本較高。例如，在加利納(阿拉斯加州)建造東芝4S反應(yīng)堆模塊(10兆瓦)的著名項(xiàng)目中，電價(jià)為每千瓦時(shí)56美分(約合每千瓦時(shí)3.66元人民幣)——明顯比柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的電還貴一大截。“羅蒙諾索夫院士”浮動小型核電站項(xiàng)目在沒有補(bǔ)貼的情況下，電價(jià)約為每千瓦時(shí)90美分，這個(gè)價(jià)格當(dāng)然也無法與柴電或煤電相競爭。

這種占據(jù)“前景廣闊市場”的意愿與實(shí)際項(xiàng)目沒有競爭力之間的落差如同紙上優(yōu)勢，令人沮喪。然而，開發(fā)人員對高成本的原因心知肚明，他們正在努力降低小型核電站的發(fā)電成本。

成本高的一個(gè)重要成因是核監(jiān)管機(jī)構(gòu)對小型核電站和大型核電站的態(tài)度不同。例如，對小型核電站需要進(jìn)行相當(dāng)成熟完善的保護(hù)：目前都提議在極北地區(qū)或警戒森嚴(yán)的軍事和核設(shè)施附近建造核電站。此外，還有一個(gè)爭論的議題是小型核電站的乏核燃料管理。大型核電站擁有專門負(fù)責(zé)此事的一整套昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，小型核電站的設(shè)計(jì)者則希望將乏核燃料運(yùn)出核電站：即在理想情況下，將核反應(yīng)堆模塊運(yùn)送到一個(gè)專門的廢料處理廠，但是現(xiàn)行法律并不允許。最后一個(gè)成本高的原因是，小型核電站項(xiàng)目不采用傳統(tǒng)的核電站分層冷卻保護(hù)裝置。

但這并不是為小型核電站的設(shè)計(jì)者開脫，只是因?yàn)樾⌒头磻?yīng)堆的物理特性允許其以自然的方式處理潛在的故障情況，而不需要主動系統(tǒng)的參與。因此，NuScale公司的反應(yīng)堆可以在無需操作員任何動作的情況下冷卻到安全狀態(tài)：只需要依靠反應(yīng)器周圍的沸水，在收尾階段則依靠大氣的對流。小型核電站反應(yīng)堆的規(guī)模使其能被埋在地下，簡化了防擴(kuò)散屏障的結(jié)構(gòu)。

還有另一個(gè)令小型核電站前景廣闊的重要特點(diǎn)：得益于相對較小的規(guī)模和投資，在建造小型核電站測試機(jī)組的時(shí)候能將很多設(shè)計(jì)理念和核反應(yīng)堆技術(shù)付諸實(shí)施。

得到國家層面的支持

英國是積極修訂核立法以適應(yīng)小型反應(yīng)堆建設(shè)趨勢的國家之一。2017年，英國國家核實(shí)驗(yàn)室根據(jù)對安全論證準(zhǔn)備程度的考查標(biāo)準(zhǔn)，從現(xiàn)有方法、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、研發(fā)人員可以獲得的資金和經(jīng)濟(jì)前景等方面，對當(dāng)時(shí)世界上存在的小型核電站項(xiàng)目的技術(shù)成熟度和適用性進(jìn)行了分析。作為結(jié)果，2018年啟動了建設(shè)小型反應(yīng)堆基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃首先包括調(diào)整立法以簡化小型核電站執(zhí)照發(fā)放流程的內(nèi)容，但也規(guī)定向英國、美國和加拿大小型反應(yīng)堆及部件研發(fā)人員資助撥款2.62億美元。

該國之所以對小型核電站感興趣，是因?yàn)榇嬖诖罅糠磻?yīng)堆級钚(掩埋這些钚將十分勞民傷財(cái))和英國傳統(tǒng)核電站項(xiàng)目成本高昂。小型反應(yīng)堆計(jì)劃目前還沒提出具體的建設(shè)任務(wù)，但預(yù)計(jì)這種核電站未來將獲得撥款并在2030年前建成。

除英國外，加拿大2018年也公布了旨在打造“小功率核電站工業(yè)”的小型核電站“路線圖”，將于2025至2040年之間的某個(gè)時(shí)間開始建設(shè)這些核電站。和英國一樣，該國目前的工作方向是優(yōu)化許可證發(fā)放流程，降低小型核電站的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本，使加拿大核工業(yè)擺脫在輕水反應(yīng)堆市場失利的僵局。據(jù)了解，加拿大的這個(gè)流程比美國簡單，耗費(fèi)的資金也更少，因此該國已吸引若干研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

正當(dāng)英國、加拿大和美國試圖面向長遠(yuǎn)，制定創(chuàng)新性解決方案，并改善自己小型核電站項(xiàng)目的技術(shù)面貌和經(jīng)濟(jì)性時(shí)，俄羅斯國家原子能公司正在力圖發(fā)揮自己的主要優(yōu)勢——擁有現(xiàn)成的反應(yīng)堆。國家公司把寶押在了此時(shí)此地建小型核電站上。即使這些核電站發(fā)出的電力要比普通電站貴出數(shù)倍，但還是有潛在的市場——如希望獲得核能但無力向相關(guān)大項(xiàng)目投入100億美元的國家。其中約旦就是這樣的國家。

為占領(lǐng)市場，國家原子能公司使用了KLT-40S和RITM-200破冰船反應(yīng)堆：前者被用于浮動原子能熱電站，而在后者的基礎(chǔ)上將可建設(shè)50兆瓦的地面核電站。RITM-200項(xiàng)目沒有特別的創(chuàng)新。一方面，這導(dǎo)致無法落實(shí)小型核電站的所有理論設(shè)想和實(shí)現(xiàn)降低發(fā)電成本;但另一方面，這也意味著其可靠性，并且經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)。由于這些反應(yīng)堆的批量建設(shè)，全世界潛在的小型核電站買家也有了更多王牌。

此外，國家原子能公司還在廣泛開展更先進(jìn)小型反應(yīng)堆的研發(fā)工作，包括“大陸架”、“勇士”、ATGOR、SVBR-100、ABV-6以及在“突破”項(xiàng)目框架下建設(shè)的BREST-300。目前，除BREST外，所有這些反應(yīng)堆仍處于技術(shù)提案或草圖設(shè)計(jì)階段，沒有撥款和具體的建設(shè)規(guī)劃，但在行情時(shí)刻變化和顧客有訂貨意愿的情況下，可能在5-10年內(nèi)達(dá)到成為真正核電站的階段。

或?qū)⒊蔀槿蚝斯I(yè)拯救者

不過，由于對未來項(xiàng)目的撥款暫時(shí)還跟不上，國家公司把重點(diǎn)放在了“此時(shí)此地”的提案上——包括向外國客戶大力推銷浮動原子能熱電站和由RITM-200模塊組成的地面核電站。業(yè)內(nèi)競爭對手手中更具創(chuàng)新性、更有經(jīng)濟(jì)吸引力的提案目前還停留在紙面上，因此國家公司目前的戰(zhàn)略可能會奏效。何況在核能領(lǐng)域，許多客戶要求在實(shí)踐而非想象中評估其經(jīng)濟(jì)性和安全性。

時(shí)至今日，小型核電站市場還沒有完全形成。但在傳統(tǒng)能源承受巨大壓力、公眾對“新能源”態(tài)度積極和小型核電站建設(shè)潛力巨大的情況下，世界各國已經(jīng)對這個(gè)未成形的市場展開了爭奪。今后數(shù)年，我們將看到首批小型核電站項(xiàng)目的實(shí)施以及它們實(shí)實(shí)在在帶來的經(jīng)濟(jì)效益，這也將決定相關(guān)市場的規(guī)模以及該市場如何扮演全世界核工業(yè)拯救者的角色。