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小型模块化反应堆 路怎么走?

北极星电力网新闻中心  来源:嘿嘿能源heypower  作者:杰森·迪恩  2020/9/17 13:35:22  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 小型核电站 核反应堆 核电

北极星核电网讯:目前,在北美和欧洲,核能似乎处于无法立足的状况。世界核协会(WNA)列出了全球建造的48座新反应堆中,有一半以上只在中国、印度、阿拉伯联合酋长国和俄罗斯这四个国家,仅中国就占了总数的四分之一。

(来源:微信公众号“嘿嘿能源heypower”  ID:heiheidianli  作者:杰森·迪恩)

与此同时,在世界上最大的核能发电国——美国, 目前只有两座新反应堆正在建设中,而南方公司的沃格特勒(Vogtle)核电站扩建工程大规模逾期,且预算过高。

同样的故事在法国上演。法国的核能在电网中所占比例比世界上任何其他国家都高。法国开发商EDF希望其唯一的新建项目能够在去年投入使用,同时它在芬兰正建造另一座反应堆,但这两个目标都未能实现。

核电建设成本和工期超支导致该行业在以前这些向好行情的市场中失宠。在电网向数字化,分布式和可再生模式转变的地区,反应堆的商业前景越来越不稳定。

为了在欧洲和北美等地区保持影响力,核工业知道自己需要一个新的计划。它投注于一种更时尚、更吸引人的核技术:小型模块化反应堆,即SMR。

尽管世界上最大的传统核反应堆每台机组的发电容量已超过1600兆瓦,但总部设在维也纳的国际原子能机构(IAEA)将"小型"核反应堆定义为每台机组的发电容量不超过300兆瓦。

令人费解的是,国际原子能机构还将SMR作为“中小型反应堆”的首字母缩写,其中包括机组容量高达700兆瓦的反应堆。但是今天,“SMR”一词通常保留给专为工厂式批量生产而设计的小型反应堆(因此才有“模块化”一词)。为了使SMR的命名更加完善,还有一种叫做“超小型的模块化反应堆” (verysmall modular reactors)即VSMRs,最大功率为15兆瓦,和微型模块化反应堆(micro modular reactors)即MMRs,最大功率为10兆瓦。

小型模块化反应堆的利与弊

小型核反应堆的存在时间几乎与核工业本身一样长,并且在海军舰艇机舱和研究设施等地方仍然存在。

今天的SMR开发人员希望借助此类设备上获得的经验,来创造出一种新型的核技术,该技术可以在各种电力市场环境中安全运行,并且可批量生产以降低机组成本和缩短安装时间。理论上来说,虽然小型反应堆可能无法从建造大型核电站中获得的规模经济效益中脱颖而出,但SMR的支持者表示,在可再生能源价格下降的情况下,工厂式的制造方式可以帮助该行业削减成本,同时保持竞争力。

尽管成本削减水平还不能确定,但2017年的一项研究表明,在提供相同电力输出的情况下,工厂生产的压水SMR可能比传统工厂要便宜15%至40%。

总部位于俄勒冈州的NuScale 电力公司是SMR开发领域的领跑者之一,该公司估计,它可能耗资30亿美元来建造第一座核电站,其中包括12座50兆瓦的反应堆,全部发电量为684兆瓦。

2014年,佐治亚州公共服务委员会对位于该州韦恩斯伯勒(Waynesboro)附近的Vogtle工厂正在建设的两台1250千兆瓦机组的报价为140亿美元,以每兆瓦装机容量计算,约便宜20%。(Vogtle的成本现在已经升至280亿美元左右。)

除了理论上更便宜的建筑成本外,SMR的规模还意味着它们可能会部署在许多情况下,而这些情况对于建立一座完整的核电站来说是没有意义的。从理论上讲,它们也可以设计成包含最新的安全功能,允许将它们放置在棕色地块或其他靠近人类居住区。拥护者希望它们为偏远的城镇,海水淡化厂,矿山和其他类似地点供电。

目前俄罗斯率先开创一种早期可能的应用,是将SMR安装在船只上,以向偏远的沿海社区提供核能。

那么有什么问题呢?

SMR概念的主要问题在于尚未对其进行认真的测试。在中国,印度和俄罗斯,运行着为数不多的300兆瓦以下的反应堆,但没有一个符合现代意义上的SMR。

在现实世界中,最接近SMR的是使用军舰反应堆的俄罗斯的浮动工厂。该工厂估计耗资215亿卢布(按今天的价格计算是3.14亿美元,较为便宜),但很难想象该模型已获许可在美国等地使用。

事实上,认证通常是SMR的主要障碍。而且,也很难指责美国核监管委员会这样的机构。许多SMR设计使用新技术和施工技术,并且监管机构必须根据开发商的建议而不是实际工厂来颁发许可证。这意味着许可在美国和加拿大等市场上进展缓慢。

例如,在美国,NuScale去年12月才通过了核管理委员会设计认证申请六阶段审核的第四阶段,而该审核是在启动该程序近12年之后。没有其他SMR制造商接受过美国监管机构的设计认证审查。

在 SMR 获得批准并批量生产之前,不可能测试开发人员的成本申报是否属实。不是每个人都相信这一点。

例如,加拿大学者者M.V. Ramana教授认为,对SMR的需求不大,加上设计的多样性,意味着没有一家供应商能够达到低成本制造所需的批量生产水平。

这种怀疑态度会让核能开发商望而却步吗?

哦, 不会。几年前,国际原子能机构IAEA列出了不少于 48 种正在开发的可能 Smr 设计。WNA列出了正在运行,正在建设或即将部署的19座小型反应堆。

对开发或部署SMR最感兴趣的国家可以从原子能机构SMR监管机构论坛的成员中收集到:有加拿大、中国、芬兰、法国、俄罗斯、沙特阿拉伯、韩国、英国和美国。

SMR已在许多国家/地区开发,包括美国,加拿大,韩国,阿根廷和欧洲的一些国家/地区。WNA高级传播经理乔纳森•科布(Jonathan Cobb)说:“在未来十年中,我们很可能会在许多项目中看到示范工厂和首创工厂。”

NuScale的小型模块化反应堆取得的进展

可以肯定的是,第一个在美国境内运行的SMR将是犹他州联合市政电力系统工厂,NuScale预计在2027年将投入使用。

NuScale在今年9月的SMR设计中获得了NRC的最终批准,这对俄勒冈州波特兰市公司建造其首个商业系统的计划而言是至关重要的一步。该公司在今年三月份表示,其日程安排不会受到冠状病毒大流行的影响。

而且,NuScale远非唯一一家参与SMR商业化竞争的美国公司。另一家值得关注的公司是比尔·盖茨(Bill Gates)支持的TerraPower,该公司在8月份将熔盐存储技术加入了其技术组合。它的目标是让反应堆在本世纪20年代末开始运行。

但到那时,可再生能源不会更难被击败吗?

哦,是的。在2018年,NuScale预测其SMR的平均能源成本为每兆瓦时65美元。相比之下,美国能源信息署(US Energy Information Administration)估计,到2025年太阳能光伏发电的度电成本,即LCOE (Levelized Cost Of Energy)将为每兆瓦时32.80美元,陆上风电将为34.10美元。

当然,如果NuScale的工厂正常运行,那么其供电将不会受到间歇性影响。但是,对于第一家美国SMR来说,这可能要求太高了。传统核电建设的长期拖延和成本超支,对在本世纪20年代中后期SMR的竞争力来说,并不是一个好兆头。

如果SMR不能取得任何进展,那么核工业会怎样?

核电在其许多以前的时刻都面临着严峻的挑战,如果SMR不能作为一个概念来推广,那么在这些市场中该行业的前景就显得黯淡。

但是,中国,印度和俄罗斯仍然对核能有坚定的承诺,更不用说阿根廷和土耳其等规模较小的市场了。

俄罗斯已经开始有效地在其浮动工厂中部署SMR,科布(Cobb)表示,中国很可能在今年年底投入使用210兆瓦的高温气冷反应堆。因此,即使SMR在西欧或北美这样的地方无法成功实现,它们仍可能会成为世界上一些最大的能源市场中发电组合的一部分。

如果其他所有方法都失败了,那么核聚变的希望还仍然存在。

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