核電站現在越做越小，用輪船甚至卡車都能拖著走

　　2017-07-21 10:54:32　來源: 澎湃新聞網(上海)

　　澎湃新聞記者 楊漾 實習生 陳凌瑤

　　長期以來，核電站象徵著龐大。規模宏大、結構複雜的核工程耗資不菲，且有著漫長的建造周期。一旦工期延誤，就意味著超支風險。核工程師們正在通過縮小核反應堆的體積來解決這些問題。未來的小型核反應堆也許只有傳統反應堆的1/3大小，可以先在工廠內完工，再由卡車或船舶運抵現場組裝。

　　

　　與傳統大型核電站相比，這種採用模塊化設計、設備系統模塊化工廠預製和現場模塊化組裝建設的小型模塊化核反應堆（SMRs，Small Modular Reactors），意味著更低的造價、更易於建造安裝、建造周期更短，也更安全靈活。

　　美國是最早提出小型堆概念的國家之一，小堆也一直是美國先進核能研發的重點之一。近年來經歷了大型核電項目建設拖期和嚴重超支后，美國政府對包括小堆在內的新型的、低成本的核技術青睞有加。在特朗普所倡導的美國核能復興計劃中，小堆也將扮演重要角色。

　　可用船舶、卡車或火車運輸的小型模塊堆

　　傳統的核電站反應堆功率通常大於1000 MW（1MW=1000KW，1KW=1000W），但小型堆的功率僅為300 MW甚至更低。對於電力需求較小、電網基礎設施薄弱的國家和地區，抑或是邊遠地區的供電供熱、海水淡化、海上採油等，小型堆都被視為極佳的選擇。

　　前總統奧巴馬任上，美國政府對於小堆研發浪潮一直予以「高調」扶持。在將小堆落地的競賽中，由美國政府資助的美國紐斯凱爾電力公司（NuScale Power，下稱NuScale）走在了前列。

　　NuScale是一家致力於推廣小型模塊化反應堆並使之商業化的公司，總部位於俄勒岡州波特蘭。2014年，美國能源部與NuScale簽署了協議，為期5年向其提供2.17億美元，以資助SMRs的設計研究。2016年12月31日，NuScale向美國核管會（NRC）提交了SMRs設計認證申請，這也是歷史首個向NRC遞交的SMRs設計認證申請。NRC預定的審查期限為40個月。一旦簽發，設計資質的有效期為15年，配合建造許可申請（COLA）就可以建設和運營電廠。

　　

　　NuScale小型模塊化反應堆基於成熟的壓水堆技術，模塊化特色十分鮮明。由於採用了反應堆結構一體化的設計理念，NuScale將核蒸汽供應系統的主要設備——堆芯、控制棒驅動機構、穩壓器及蒸汽發生器等集成到一個模塊內，從而實現了小型反應堆的模塊化製造、運輸、安裝及換料。

　　官網資料顯示，每個NuScale模塊的熱功率為160 MWt、電功率為50MWe，成本低於5100美元/KW。模塊可以獨立運行，也可以與其他模塊一起組成多模塊配置，一座NuScale電站最多可容納12個模塊。由於每個NuScale模塊都具備自身的安全殼與反應堆系統及特定的汽輪發電機組，在一個裝備了多模塊的核電廠，單個機組的換料工作可以在不影響其他機組正常發電的狀況下進行。

　　

　　每個NuScale模塊（圓柱密封模塊中包含反應堆和蒸汽發生器）約76英尺高（約合23米）、15英尺寬（約合4.6米），這一設計使其能夠方便地以船舶、卡車或火車裝運。雖然是傳統輕水反應堆的精簡版，但這種SMRs具有全新的、優良的安全特性。由於反應堆和安全殼都被置於位於地下的水池中，水作為冷卻介質，反應堆在自然循環下運行。它還有一套非能動安全系統，即使在持續性失電情況下（比如福島核事故中因海嘯引發的失電），也能夠自動關閉反應堆或是在沒有人為干預的情況下冷卻反應堆。

　　NuScale公司研發的小堆除了可以使用傳統的輕水堆燃料外，還可以使用MOX燃料。

　　

　　

　　NuScale計劃的第一個SMRs核電廠廠址選在愛達荷國家實驗室（INL），業主為猶他州聯合市電力系統（UAMPS），西北能源（Energy Northwest）負責運營。如果一切進展順利，它將在2026年開始發電。儘管這距離現在還有近十年，但一旦美國核管會批准了其SMRs設計方案，NuScale就可以建立起供應鏈和第三方製造流程，獲取客戶和推廣反應堆也會變得快速和容易很多。當然，核電站選址仍需要通過額外的監管許可。

　　除美國外，NuScale還計劃到2020年代中期，在英國運行第一座50MW的小型堆電廠。該公司曾作出保守估計，到2035年，全球將有約55-75GW（1GW=1000MW）的小型堆電力需求——相當於1000座NuScale發電模塊。

　　

　　反應堆更小，就更經濟嗎？

　　NuScale每個模塊的施工周期為約為3年，這使得資金籌措更加容易，投資也可更快得到回報。該公司估計，一個電廠即使頂格配置12個模塊，也只需花費30億美元左右。相比之下，西屋公司位於喬治亞州沃格特勒廠址（Vogtle）的兩台AP1000機組，最初預計耗資140億美元，之後增加到超過200億美元。

　　根據國際原子能機構（IAEA）的統計，全球範圍內大約有50種SMRs正處於概念設計、設計認證、申請許可等開發階段，其中已經在建的有：阿根廷的CAREM一體化PWR、中國的HTR-PM高溫球床氣冷堆和俄羅斯的KLT40s浮動核電站。

　　如果早期項目能獲成功，大規模建設小型核電站的現實可能性將大大增加，進而降低核能行業的前期成本和風險。但另一方面，這些小型核電站在被現實證明可行之前，我們無法獲知它們真正的經濟效益。尤其是，相較於低成本的天然氣而言，小堆的經濟性如何？初期投資的大大降低並不一定意味著其電力成本低廉。

　　Third Way智庫清潔能源項目的副主任瑞恩·菲茨帕特里克（Ryan Fitzpatrick）對《麻省理工科技評論》稱，如果只是建造一個更小的核電站，每兆瓦時電力的成本不一定會下降，公司必須通過其他流程來節省成本。這些努力可以是更短的施工時間和以新設計降低管理費用等等。麻省理工學院（MIT）核科學與工程系教授尼爾·托德雷亞斯（Neil Todreas）表示，降低成本的關鍵在於，建立工廠來大批量生產此類反應堆。

　　然而，這將面臨「先有雞還是先有蛋」的難題：建設這些工廠需要大量訂單以獲得融資，但在公司能可靠地生產成本低廉的反應堆之前，它很難獲得這些訂單。

　　《麻省理工科技評論》同時提出，由於特朗普政府的預算提案中大幅削減美國能源部的核電項目，所以該公司能否拿到餘下的4700萬美元還是個未知數。事實上，一些共和黨議員今年5月曾在一份信中力促特朗普支持SMRs的發展，他們強調了迫在眉睫的來自中國和俄羅斯的競爭壓力。

　　此外，也有一些人擔心，核反應堆變小而數量變多之後，可能誘發新型核擴散風險。

　　憂思科學家聯盟（the Union of Concerned Scientists）針對現實中核電站的安全和安保提出了一些質疑，他們指出，一個分佈廣泛的、規模小但數量多的反應堆網路可能會讓防核材料擴散變得更困難，除了其他危險外，它們可能會被用來製造臟彈。

　　最終，小型模塊化反應堆是否能成為理想的或是最經濟的核能發電形式還不得而知。「但在一個已經幾乎不可能新建任何核電站的國家，它是能讓整個行業再次前進的技術。」托德雷亞斯說道，「我無法確定未來幾十年裡小型模塊堆是否會在美國大規模建造，或是完全取代大型發電站。但在短期內，它們對於美國核能行業的健康發展非常重要。」