美国加速推进小型核电商业化

作者：陈钊

2014-01-21

                                                                            *照片来源于努斯凯尔（NuSacle）能源公司

上个月（12月12日），美国能源部宣布出资2.26亿美元，支持努斯凯尔（NuSacle）能源公司开展小型核电的技术研发和许可证申请，这是美国能源部宣布的第二个小型核电资助项目。作为奥巴马政府加速推进清洁能源战略的一部分，美国能源部于2012年3月宣布了一项总额4.5亿美元的科研资助计划，用于帮助美国核工业开展小型模块化反应堆的技术研发和许可证申请。2013年3月，即资助计划宣布一年后，美国能源部宣布了首个小型核电资助项目，巴威（Babcock & Wilcox）公司获得了美国能源部1.5亿美元（或提高至2.25亿美元）的资助。

在奥巴马政府的清洁能源战略中，到2030年美国80%的电力将由包括核能在内的清洁能源提供。通过此次大规模资助小型核电研发，可以看出即使在福岛核事故之后，奥巴马政府对于通过发展小型核电实现其清洁能源发展目标仍寄予厚望。

抢占行业领导地位

显然，发展小型核电已成为奥巴马政府清洁能源政策的重要部分。根据美国能源咨询管理委员会的预测，要在2035年完成80%电力源自清洁能源的目标，美国至少需要有1100TWh的电力源自小型核电，这个发电规模已超过美国现有100多座核电站的发电量。同时，小型核电也被美国工业界认为是替代退役电站和增强电网调节能力的极佳选择。“它们可以有效增加电网的调节能力，因为它们可以根据实际需要来增加容量，也可以利用它们替代退役老化的化石燃料电站”前美国能源部长朱棣文（Steven Chu）在《华尔街日报》专门介绍小型核电的文章中写道。

“小模块化反应堆是新一代安全、可靠的低碳能源技术，它为美国在全球低碳工业中占据领导地位提供了一个重要机会”，美国能源部长欧内斯特·莫尼兹（Ernest Moniz）在项目资助发布会上说，“美国能源部致力于加强核能在美国低碳未来中的重要性，小型模块化反应堆这样的新技术将确保我们在全球核能行业中保持领先位置。”

美国如此大规模资助小型核电研发，正是期望通过发展小型核电加速推进其核能复兴战略，并希望在全球范围内迅速占领该领域的领导地位。在美国能源部与小型核电公司签署的协议里，明确规定所设计的反应堆必须在国内生产，以增强美国的制造能力和提高美国的出口能力。按照美国能源部的规划，小型核电将在2025年左右实现商业化，届时美国将成为全球小型核电行业的领导者。据美国相关机构的预测，在2019-2030年间，小型核电工业可提供约180万个就业机会和约2800亿美元的出口额。

或将成为革命性能源形式

小型核电，也称小型模块化反应堆，是一种新型的核能利用形式，其规模只有现有商用核电站的1/3或者更小，具有灵活性高，安全性高和投资小等特点。小型核电适用于电力需求规模小、电网基础设施薄弱的国家和地区，也可用于边远地区供电、居民和工业供暖供热、海上石油开采、海水淡化等领域，具有非常广阔的市场前景。据国际原子能机构预测，到2040年，全球小型核电的需求量将达1000台。

通过模块化设计，小型核电可以在工厂里完成整个反应堆的生产和组装，然后通过卡车或火车运输到目的地进行发电，在寿期结束后可以将整个反应堆运往后处理场，进行退役处理。对于这种极具创新的设计方案，努斯凯尔（NuSacle）能源公司研发部主任，前美国橡树林国家实验室核工程师丹尼尔·英格索尔（Daniel Ingersoll）博士在接受美国媒体采访时表示，“我们正在寻找一种革命性的能源形式。”

由于规模变小，小型核电的安全性可以得到极大地提高。在努斯凯尔（NuSacle）能源公司的小型核电设计方案中，其堆芯熔化概率远远小于大型核电站（NuScale小型核电的堆芯熔化概率约为10^-8，目前正在运行的第二代核电站堆芯熔化概率约为10^-5，目前正在建设的第三代核电站堆芯熔化概率约为10^-7)。此外，这种小型核电的核燃料装量只有大型核电站的5%，其对周围环境的影响远远小于现有商用核电站。

同样由于规模变小，小型核电的投资金额也随之大大减小，建设周期也可以有效缩短。在现有的小型核电设计方案中，投资金额大概在几亿到几十亿人民币不等，建造周期也可以缩短到 2 ~ 3 年。而传统的大型核电站，投资金额一般要在100亿人民以上，建造周期则要长达4~5年。投资金额减小，建造周期缩短，这样就大大提高了小型核电的投资项目的吸引力，也使得利用民间资本投资核电成为可能。而且，通过规模批量生产，还可以有效降低小型核电的生产成本，从而提高小型核电的经济效益。这种成本控制方式已经在美国海军造船业上得到了验证。

“商业化”四步走战略

      对于如何成功实现小型核电的商业化，美国学者给出了一个“四步走”的战略方案。

      第一步，尽快推进技术验证和许可证申请。小型核电属于新型核电技术，对于负责核电设计的工程师和和负责颁发建造许可证的美国核能管理委员会（NRC）的技术审查员来说，都是全新的内容，他们需要时间和资金开展相关的实验研究和技术开发。美国能源部此次的资助项目，目的便是为小型核电开发公司进行技术验证和许可证申请提供资金保障。

      第二步，完成首堆建设。作为第一批生产建造的小型核电，将无法享受“规模生产”带来的成本优势，高昂的造价可能成为首批小型核电建造主要障碍。美国能源部将可能成为首批小型核电的购买者。她可以通过其管辖下的政府公共设施、国家实验室或军事基地购买这些小型核电。事实上，美国能源部已于2012年3月，与三家小型核电开发公司签署备忘录，为这三家公司提供土地使用、现场资料等服务。

      第三步，实现规模化生产。在完成首堆建设之后，相关生产商已具备了小型核电的生产能力。在这个阶段里，各小型核电开发公司的主要任务便是开展融资，扩大生产能力。预计到2030年，美国的小型核电生产能力可达年产20台。

      第四步，全球商业化。经过前面三步战略的实施，美国将形成成熟的小型核电工业体系。在这个阶段里，各小型核电开发公司将积极国内外市场，向全球商业化发展。预计到2040年，美国小型核电生产能力将稳定在年产50台左右。

虽然小型核电商业化应用的发展前景仍存在争论，虽然小型核电的实际建造成本和经济竞争能力还难以确定，但美国能源部的坚决举措表明了美国当局对该新型核电技术的巨大信心。一旦小型核电商业化应用战略成功实施，美国的核能复兴便指日可待！

作者简介：

陈钊（1987-），男，广东潮州人，中国科学技术大学核科学技术学院博士生，德国卡尔斯鲁厄理工学院核能技术研究所国家公派联合培养博士生，从事先进核能系统（如小型核电）的设计与安全分析研究工作。

E-mail: zchen214@mail.ustc.edu.cn