100兆瓦核電站能否獲得新生

100兆瓦核電站這次能否獲得新生？

在中國南部的海南島，在一個由混凝土和金屬制造的緊湊迷宮中，正塑造著核能的未來。2022年7月，一臺起重機將反應堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功；與此同時，工人們正緩慢而穩(wěn)定地組裝一個微型核反應堆。

這就是“玲瓏一號”，與如今主導核能領(lǐng)域的千兆瓦規(guī)模大型項目相比，其小巧的尺寸是一項巨大的轉(zhuǎn)變。如果堅持不懈的核樂觀主義者是對的，那么“玲瓏一號”可能會成為清潔能源時代未來裂變技術(shù)的典范。

不過，小型反應堆還不能完全拯救世界；目前在國家層面，仍有許多監(jiān)管和后勤保障問題有待解決。但專家們表示，21世紀20年代可能會為未來幾十年的核繁榮奠定基礎。

“這確實是一個激動人心的核工業(yè)時代?！泵绹藙?chuàng)新聯(lián)盟智庫的核工程師小維克托?伊巴拉（Victor Ibarra Jr.）說。

2026年投產(chǎn)時，“玲瓏一號”的功率將達到125兆瓦，與約40臺陸上風力渦輪機相當。與大型反應堆（比如1000兆瓦的發(fā)電站）相比，125兆瓦似乎微不足道。那么，為什么雄心勃勃的核反應堆設計師要發(fā)展小型核反應堆呢？部分原因是，大型反應堆造價高昂，而且有延期傾向。

美國佐治亞州沃格特勒發(fā)電廠的兩個1117兆瓦反應堆是美國唯二在建的反應堆，投產(chǎn)時間將比計劃至少晚6年。法國弗拉芒維爾在建的1650兆瓦反應堆已經(jīng)延遲了十多年。更令人沮喪的是，2009至2019年間，核能電力的單位成本增加了26%，太陽能和風能電力的價格卻暴跌。

盡管如此，人們還是有一個堅定的共識，那就是，核電不僅是清潔能源轉(zhuǎn)型的理想，而且是必要的。有些核倡導者認為，將許多核“雞蛋”放在一個大型項目的“籃子”里是不明智的。相反，他們認為，更好地實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的方法是建造一大群更小型、更模塊化的反應堆，即小型模塊化反應堆（SMR），比如“玲瓏一號”。

小型模塊化反應堆比當今的一般反應堆規(guī)模更小，但它們造價低、風險小，更靈活。打個比方，建造小型模塊化反應堆是造飛機，而不是建機場。如果核反應堆是飛機，那么如今的小型模塊化反應堆就是20世紀10年代的雙翼飛機，還處于初始階段。

一旦制造規(guī)模擴大（如有可能），小型模塊化反應堆的制造者希望能夠在一個工廠里制造其組件，將其運出，然后像平板分體家具那樣在現(xiàn)場組裝。

“玲瓏一號”是目前唯一在建的同類項目。據(jù)報道，如果取得成功，“玲瓏一號”將用于為一些建設項目和海水淡化廠供電，實現(xiàn)“百花齊放”。除了俄羅斯在一艘北極船上的兩個改進后的海軍反應堆外，全球其他小型模塊化反應堆都還只是假設。

但小型模塊化反應堆計劃并不少。至少有7家不同的開發(fā)商計劃于2030年之前在美國部署小型模塊化反應堆。這些小型模塊化反應堆的大多數(shù)都是示范反應堆，它們沒有接入大型電網(wǎng)，卻是通往大型電網(wǎng)的關(guān)鍵跳板。

在中國以外，當今最大的小型模塊化反應堆品牌是美國創(chuàng)業(yè)公司紐斯凱爾，該公司總部位于俄勒岡州泰格德。該公司開發(fā)了一個77兆瓦小型模塊化反應堆，并設想將4個、6個甚至12個反應堆組裝在一起，形成更大的發(fā)電廠。紐斯凱爾計劃于2030年在美國愛達荷州建造一座電廠；此外，該公司還涉足英國、波蘭和羅馬尼亞。（值得一提的是，本刊2010年的一篇有關(guān)未來核能的報道曾經(jīng)預測：“紐斯凱爾正在與幾家未披露名字的公用事業(yè)公司談判，預計第一座電站將于2018年投產(chǎn)。”）

2022年12月，羅爾斯?羅伊斯公司在英國為一家最終有望能生產(chǎn)470兆瓦反應堆部件的工廠備選了3個廠址。此外，該公司還希望于2029年前將第一個反應堆接入電網(wǎng)。

歐洲幾個國家也對小型模塊化反應堆表示出了興趣，特別是與美國公司合作有興趣。捷克國有能源公司在該國南波西米亞地區(qū)為小型模塊化反應堆項目預留了土地；即使是傳統(tǒng)核電大國法國，也計劃在2030年前投資10億歐元發(fā)展小型模塊化反應堆產(chǎn)業(yè)。

“我認為，在未來15到20年里，小型模塊化反應堆將真正有機會實現(xiàn)商業(yè)化并廣泛部署。”米蘭理工大學的核項目專家喬治?羅切里（Giorgio Locatelli）說。

但是，飽受詬病的監(jiān)管部門長期采用警告限制措施，為小型模塊化反應堆的發(fā)展帶來了阻力。

有些監(jiān)管機構(gòu)擔憂來自尚無答案的問題。小型模塊化反應堆與大型反應堆一樣，也會產(chǎn)生核廢料。斯坦福大學和不列顛哥倫比亞大學最近的一項研究表明，小型模塊化反應堆產(chǎn)生的核廢料甚至比傳統(tǒng)核電站更多。核當局將如何處理這些核廢料？沒有人知道，部分原因是，每個反應堆的設計都不同，也沒有人能確定10年或20年后各個小型模塊化反應堆會是什么樣子。此外，一些分析人士擔心，不良行為者可能會選擇某些小型模塊化反應堆設計來制造武器級钚。

不過，現(xiàn)在還不要熄滅小型模塊化反應堆的希望，至少有幾家監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)開始傾向于小型模塊化反應堆了。

核創(chuàng)新聯(lián)盟的核監(jiān)管專家帕特里克?懷特（Patrick White）表示，美國核管理委員會一直是參與小型模塊化反應堆開發(fā)的監(jiān)管機構(gòu)之一。2019年，時任美國總統(tǒng)特朗普簽署了《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》，要求美國核管理委員會專門為未來反應堆的設計制定新的流程。預計2027年，這一被稱為“第53部分”的法案將成為小型模塊化反應堆開發(fā)者的一個選項，不過懷特表示，該選擇可能最早于2025年公布。不過，尚不確定第53部分會是怎么樣的。

英國政府大力支持小型模塊化反應堆，并于2021年向小型模塊化反應堆開發(fā)者公布了修改后的監(jiān)管審批流程；羅爾斯?羅伊斯是第一個遵循該流程的企業(yè)，其他6家公司也提出了申請。2022年6月，法國、芬蘭和捷克的監(jiān)管機構(gòu)宣布，正在共同審查Nuward，這是一個由法國政府提供部分支持的小型模塊化反應堆設計項目；他們表示，該項目是未來小型模塊化反應堆許可的預演。

那么，小型模塊化反應堆運營者可以向哪里尋求燃料？

如今的大多數(shù)大型核反應堆使用的燃料都含有3%到5%的鈾-235，這是一種天然可用的鈾同位素，它可以維持核鏈式反應。雖然小型模塊化反應堆的設計各有不同，但許多小型模塊化反應堆需要的燃料是5%到20%的鈾-235。后一種燃料被稱為高含量低濃縮鈾（HALEU）。目前商業(yè)化銷售高含量低濃縮鈾的公司只有一家：Techsnabexport（TENEX），是俄羅斯國家原子能公司的子公司。

截至2023年1月，俄羅斯國家原子能公司避開了俄烏沖突導致的西方國家制裁。但對于許多潛在客戶來說，TENEX的供應還是難以為繼。例如，TerraPower希望于2028年在懷俄明州一個廢棄的燃煤電廠啟動小型模塊化反應堆示范項目，但由于燃料問題，該項目推遲了兩年。

“除了俄羅斯的盟友之外，這不僅僅是一個障礙，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個壁壘。”美國突破研究所的核能分析師亞當?斯坦（Adam Stein）說。

美國已經(jīng)開始突破這一壁壘?！?022年通貨膨脹削減法案》投資了7億美元用于研究和開發(fā)在該國生產(chǎn)和運輸高含量低濃縮鈾的方法。核創(chuàng)新聯(lián)盟的伊巴拉歡迎該投資，但他表示，這是一個“中短期解決方案”，這可能還不夠。一項估計表明，補充的高含量低濃縮鈾要到2028年才能到位。

對于許多小型模塊化反應堆利益相關(guān)方，高含量低濃縮鈾可能是在未來幾年的關(guān)鍵目標：建立一個對俄羅斯依賴程度低、受世界地緣政治影響小的高含量低濃縮鈾全球供應鏈。是讓美國帶頭，還是自己采取行動，歐洲尤其是英國的應對尚有待觀察。