美前能源部长：小型核反应堆或是美核能复兴关键

美国前能源部长、著名核物理学家、麻省理工学院教授欧内斯特˙莫尼兹近日接受《麻省理工科技评论》专访时表示，新一代小型模块化核电反应堆让人非常感兴趣，或助美国核能复兴。

欧内斯特˙莫尼兹明确指出，他所指的就是美国核能创业公司 NuScale Power 正在研发的小型模块化反应堆。“我认为，这是一个非常有趣的方向，不仅因为它设计上极具吸引力，还因为建造一座 50 兆瓦的核电厂与一座 1200 兆瓦的核电厂相比，资金投入会更少，风险会更低，融资也会变得更容易，显然整个项目会更易于推进。

NuScale Power 实际上是美国一家致力于推广小型模块化反应堆的私人公司，其总部位于俄勒冈州波特兰市。今年三月，这家公司终于在为了实现其在位于爱达荷国家实验室一块空地上建造 12 座小型核反应堆的目标中迈出了关键的一步——美国核管制委员会(Nuclear Regulatory Commission，NRC)同意将开始NuScale 之前递交相关建设方案的审批流程，这也是商业电力公司首次向NCR申请建设小型模块化反应堆，这无疑在能源领域具有十分重要的里程碑意义。

根据世界核能协会旗下 World Nuclear News 在 7 月 18 日发布的最新报道，美国核管制委员会(Nuclear Regulatory Commission，NRC)已得出结论，NuScale Power公司为小型模块化反应堆开发的高度集成保护系统(HIPS)平台可以用于工厂安全相关的仪器以及控制系统。

这意味着，这家核能创业公司所提交的整体设计方案将有可能获得美国核管制委员会的批准。所谓模块化设计就是在核电厂之外建反应堆，然后用船、火车甚至卡车将其运送到电站进行组装。据 NuScale 介绍，异地组建反应堆主要部件的做法即省时又省钱，核电厂的建设也更有灵活性。模块化设计还可以免去传统核电站所必须的大型冷却系统。

相较于一站式建厂，模块化建设、现场组装的方式更加便捷，成本更低，也省去了很多繁杂过程。76 英尺(23米)高的反应堆运至现场后，会被放到地下的密闭容器内，容器本身又浸在钢筋混凝土水池内。之后，整个地下结构会被覆盖一层屏蔽层，发电设施则建在地面上。

据 NuScale 介绍，这种模块化核电站有很多优势。首先，迷你反应堆的含铀量要比传统反应堆少很多，这不仅降低了堆芯熔毁的风险，还限制了潜在事故的风险程度。其次，NuScale 的设计具有多重安全保障。在停电或者设备故障情况下，反应堆可以自动关闭并冷却，无需外部供电或水冷，甚至不需要运行人员的介入。

从 NuScale 公布的数据可以看到，一座典型迷你反应堆的最高输出功率为 50 兆瓦。而传统核电站最低功率为 500 兆瓦，拥有多个反应堆的大型核电站则有4000 兆瓦的功率，但 NuScale 计划连接众多迷你反应堆为整座城市供电，它要比大型核电站拥有更高的供电效率。

NuScale 首个核电站将由美国犹他州联合市政电力系统(Utah Associated Municipal Power Systems)所有，由西北能源公司(Energy Northwest)负责运营。如果一切顺利，预计将于 2026 年开始发电。

但令人欣慰的是，一旦美国核管制委员会批准了小型模块化反应堆(SMRS)的整体设计，NuScale 公司也将建立供应链和第三方制造流程，那么获取客户、推广这种反应堆就会变得更加迅捷。然而，核电站选址仍需要获得额外的监管许可。

目前，NuScale每个发电模块高 74 英尺(22.5米)，宽 15 英尺(4.6米)，可以分解成三个组件，这种设计方便通过船舶、卡车和火车运输。它们是传统压水(轻水)堆小型化、简化后的版本，但却具有更优良的安全特性。

此外，反应堆置于水池中，水池中的水用作冷却剂，这样就不需要额外的压力容器、泵和管道。而且还会使用非能动安全系统自动关闭反应堆，并在没有人员干预的情况下进行冷却，即使发生类似日本福岛的事故(海啸引发持续断电)，也能按上述方案处理。对此，NuScale 首席客户官 Tom Mundy 反复强调，“安全至上” 。

其实，小型堆的概念并不新鲜。反应堆的核心技术在于扩展性，即可大可小的“如意堆”。但是，受经济因素的限制(单位设备的输出能量)，大型反应堆成了传统电站最佳选择。NuScale 的设计则受惠于最新的材料科技和施工工艺。多小型堆系统除了有更好的在线功率校准性能，还能与周边的风能或太阳能等清洁能源设施相互配合供电，实现分钟量级上的电力分配。

实际上，在全球范围内，许多小型模块化反应堆项目已经启动或即将启动。根据国际原子能机构的统计，全球共有约 50 种不同的小型模块化反应堆设计或概念处于发展和规划阶段。其中，在阿根廷、俄罗斯和中国已有四个处于后期建造阶段。

如果早期项目建成并取得成功，这些更小、更安全的核反应堆可能使得小型反应堆能够进行大规模生产，从而大大降低核电行业的初始投资和财务风险。这样的话，核能将轻易进入无碳能源的行列，许多专家认为这对减缓气候变化的威胁至关重要。

毫无疑问，商业小型模块化反应堆的一大优势是，它们足够紧凑，所以可以在工厂中预制然后运送到核电站，还可以堆放多个小型模块化反应堆，以便按需发电。未来，这项技术将大大提高核电的可预测性、可靠性和规模经济效益，也为核电服务于小型市场创造了可能性，而此前核电站投资动辄数十亿美元，还要延迟数年才能建成。

然而，小型模块化反应堆最直接的优势却是，建设成本足够低廉。尤其是在为新建大型反应堆而进行大规模的初始融资已变得越来越困难的情况下，这一优点至关重要。西屋电气的破产就与佐治亚州和南卡罗来纳州的两家核电站急剧上升的预算关系密切，甚至其母公司也一度受到波及。

像 NuScale 的 50 兆瓦模块这样的小型模块化反应堆的成本有望大大降低。该公司估计，即使是该公司 12 模块组合的反应堆也仅耗资约 30 亿美元。相比之下，西屋公司位于佐治亚州的沃格特勒核电站(其中包括两个功率为 1200 兆瓦的反应堆)最初预计耗资 140 亿美元，后来却急剧上升到超过 200 亿美元。

实际上，许多公司和研究机构正在追求所谓的第四代小型模块化反应堆技术，包括熔盐堆和高温气冷堆。但总的来说，它们面临更为严峻的技术上以及监管方面的挑战，可能需要更长时间才能发展起来。

NuScale 的主要出资方是大型工程公司 Fluor，该公司在 2011 年起开始持有 NuScale 的多数股权。2013 年，美国能源部根据“小型模块化反应堆许可技术支持项目”(SMRS Licensing Technical Support Program)资助该公司 2.17 亿美元。

然而，美国特朗普政府的预算提案中大幅削减美国能源部的核电项目，所以该公司能否拿到余下的 4700 万美元还是个未知数。

对此，NuScale 首席商务官 Tom Mundy 乐观地认为，相比特朗普的打压，两党的支持将占上风。其实，许多共和党立法者在五月份的一封信中敦促特朗普总统，支持发展小型模块化反应堆，信中强调了即将面对的来自中国和俄罗斯的竞争。

尽管小型模块化反应堆前景光明，但也并非万无一失。值得注意的是，即使初始投资大大降低，也并不意味着它一定具有低廉的电力成本，尤其是与低成本天然气相比。

据报道，有些参与者已经放弃了小型模块化反应堆(包括西屋和 Babcock&Wilcox)，究其原因，至少部分是因为来自更廉价能源的竞争。对此，“第三道路”清洁能源项目的副主任 Ryan Fitzpatrick 表示：“每兆瓦时电力的成本并不一定会因为建造一座较小的核电站就下降。所以，必须通过其他途径节省成本。”

麻省理工学院核科学和工程系教授 Neil Todreas

麻省理工学院核科学和工程系教授 Neil Todreas 也表示，可以通过缩短建造时间和采用减少管理成本的新设计，但降低成本的关键在于建立工厂来大规模生产反应堆。

然而，这很可能是个“鸡生蛋蛋生鸡”的问题：大量融资建设核电站就需要大笔订单，但是一家公司在能够可靠地生产反应堆之前，却很难拿到如此多的订单。

其实，在小型模块化反应堆真正建成并投入运行之前，它们的经济效益如何还不得而知。但一些观察家也在警告，转向更小但数量却更多的核反应堆可能会引发新型的核扩散风险。

比如，忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)提出质疑，小型模块化反应堆是否真的那么安全可靠。该组织指出，体积较小但分布却更广泛、数量更多的反应堆可能使得防止核材料扩散变得更加困难，除了其他危险之外，还可以用于制造威胁世界的核弹。

最终，小型模块化反应堆能否成为最理想、最经济的获取能源方式还不得而知。但在接下来几乎不再可能新建核电站的美国，利用小型模块化反应堆推动核电行业再次向前发展无疑是一次难得的机会。

确实，也很难判断，在接下来几十年的时间里小型模块化反应堆能否遍及全美，或者完全取代大型发电厂。但无疑在短期内，它们对于美国核电的健康发展肯定至关重要。

正如美国前能源部长欧内斯特˙莫尼兹所表示：“我不想太乐观，但我认为这是一个非常非常有趣的方向，可能为今后新建核电站提供一条全新的路径。”