美國(guó)《POWER》雜志執(zhí)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”：如何才能實(shí)現(xiàn)有意義的增長(zhǎng)?》。他說“核能行業(yè)有很多理由對(duì)未來感到樂觀。例如，2023年7月31日美國(guó)沃格特勒(Vogtle)3號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。這是一個(gè)重要的里程碑，值得慶祝;Vogtle 4號(hào)機(jī)組正處于建設(shè)的最后階段，預(yù)計(jì)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(yàn)[1，2]。”

小堆、微堆項(xiàng)目比比皆是

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

2023年早些時(shí)候，總部位于北卡羅來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(dá)靈頓新核項(xiàng)目基地部署B(yǎng)WRX-300 SMR。這是北美電網(wǎng)規(guī)模SMR的首個(gè)商業(yè)合同。

在美國(guó)，田納西流域管理局(TVA)也在為BWRX-300機(jī)組的潛在部署進(jìn)行規(guī)劃并申請(qǐng)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(rèn)真考慮部署B(yǎng)WRX-300技術(shù)。在英國(guó)，SMR設(shè)計(jì)競(jìng)賽中六個(gè)入圍進(jìn)入下一階段，計(jì)劃將在2024年夏季之前獲得政府合同，美國(guó)的BWRX-300等三個(gè)設(shè)計(jì)添列其中[3-5]。

美國(guó)GEH核能公司的BWRX-300設(shè)計(jì)，目的是降低建設(shè)和運(yùn)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(guó)核管理委員會(huì)(NRC)接受了它的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案(SDA)的正式審核申請(qǐng)。NRC已摘錄了NuScale能源公司VOYGR-6電站的設(shè)計(jì)申請(qǐng)，升級(jí)后的SMR單機(jī)容量77 MWe，“支持更廣泛客戶的產(chǎn)能需求”。NRC早在2020年就批準(zhǔn)了NuScale公司單機(jī)容量50 兆瓦SMR的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案，2023年又頒發(fā)了設(shè)計(jì)資質(zhì)證書，使之成為第一個(gè)也是唯一實(shí)現(xiàn)兩個(gè)“里程碑”的SMR。

人們對(duì)微堆也很感興趣。2023年8月31日，美國(guó)防后勤局能源公司代表美國(guó)空軍和國(guó)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還宣布過一項(xiàng)協(xié)議，將在俄亥俄州南部部署兩個(gè)這樣的反應(yīng)堆。Oklo希望先在愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)科技園區(qū)現(xiàn)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(yīng)用研究驗(yàn)證與評(píng)估”站臺(tái)，是INL正在全力進(jìn)行的另一個(gè)項(xiàng)目。預(yù)計(jì)將于2024年年底開始運(yùn)營(yíng)。MARVEL將用于開發(fā)監(jiān)管審批流程、測(cè)試微堆應(yīng)用、評(píng)估遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及開發(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(shè)施內(nèi)的主冷卻劑試驗(yàn)裝置(PCAT)

INL還希望在2024年年底前從BWX技術(shù)公司收到Pele項(xiàng)目原型堆。Pele項(xiàng)目將向國(guó)防部展示“一種可運(yùn)輸?shù)奈⒍?，可以提供彈性電?rdquo;，以滿足歷史上依賴化石燃料輸送和廣泛供應(yīng)線的各種運(yùn)營(yíng)需求。

挑戰(zhàn)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(zhǎng)姜瑜(Jay Jiang Yu)說，“美國(guó)核能行業(yè)面臨幾個(gè)重大挑戰(zhàn)，影響其發(fā)展能力。”“美國(guó)核能業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。核電站需要大量的前期資金，投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)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，給核電帶來激烈的競(jìng)爭(zhēng)。”

由于自上個(gè)世紀(jì)90年代初以來，美國(guó)幾乎沒有核電建設(shè)項(xiàng)目，因此只剩下相對(duì)較少有經(jīng)驗(yàn)的工人。他說。“缺乏新項(xiàng)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(zhǎng)。”“核工業(yè)潛在地面臨熟練工人短缺的問題，包括操縱員、工程師和技術(shù)人員。確保為未來提供訓(xùn)練有素的勞動(dòng)力至關(guān)重要。”

姜瑜認(rèn)為，核廢料的長(zhǎng)期儲(chǔ)存和處置、冗長(zhǎng)而昂貴的頒發(fā)許可程序以及項(xiàng)目融資困難，是另外必須解決的挑戰(zhàn)。他還指出，公眾對(duì)核能的負(fù)面看法可能阻礙核增長(zhǎng)。然而，近年來這種觀點(diǎn)一直發(fā)生著變化。

皮尤研究中心(Pew Research Center)[9]2023年5月30日至6月4日對(duì)1萬多名美國(guó)人進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查中顯示，大多數(shù)受訪者(57%)表示，他們支持在美國(guó)建設(shè)更多的核發(fā)電站，高于2020年的43%。雖然共和黨/傾向共和黨的受訪者(67%)比民主黨/傾向民主黨的受訪者(50%)更有可能支持核電，但與2020年的調(diào)查相比，這兩個(gè)群體的支持率都有類似的上升(約13%～14%)。值得注意的是，調(diào)查顯示，男性比女性更傾向于支持建造更多的核電站(71%對(duì)44%)。

NANO核能公司首席執(zhí)行官詹姆斯·沃克(James Walker)說，美國(guó)政府可以做很多事情，以鼓勵(lì)核工業(yè)的發(fā)展。精簡(jiǎn)監(jiān)管流程、提供長(zhǎng)期政策支持、解決核廢料管理問題是它的首要任務(wù)。他說，在國(guó)際層面加強(qiáng)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)。

見解與思考

1. 《POWER》是美國(guó)能源技術(shù)綜合評(píng)論雜志，它的“Nuclear Archives”專欄深度報(bào)道核能技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。世界性的氣候?yàn)?zāi)難、經(jīng)濟(jì)不景氣和俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)，使能源脫碳轉(zhuǎn)型變得前景暗淡;可再生能源+儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)展模糊，世界的政治家們轉(zhuǎn)而求助核能，核電“卷土重來”有其必然性。

2. 現(xiàn)代核能系統(tǒng)有其局限性，關(guān)鍵是安全和經(jīng)濟(jì)。大型核電機(jī)組除中韓外，世界其他地區(qū)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(qū)在這方面有積累和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，也有深入細(xì)致的規(guī)劃和安排。但在2023～2030年內(nèi)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(jì)初美國(guó)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)越來越集中在熔鹽堆系統(tǒng)。設(shè)想一次性解決安全、經(jīng)濟(jì)、乏核燃料閉環(huán)處理和處置問題。IMSR、SSR-W和MoltexFLEX系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只可能在2020～2030年代末或之后看到原型堆運(yùn)行結(jié)果，開始大規(guī)模建設(shè)。

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(shè)在紐約，一家新興的微堆技術(shù)公司，利用專有的新型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)開發(fā)更小、更便宜、更安全的先進(jìn)便攜式無碳能源解決方案。NANO Nuclear致力于將最新技術(shù)融入其專有的新型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和研究方法中。

[9] Pew Research Center：美國(guó)的一家獨(dú)立性民調(diào)機(jī)構(gòu)，總部設(shè)在華盛頓特區(qū)。該中心對(duì)那些影響美國(guó)乃至世界的問題、態(tài)度與潮流提供信息資料。