深度：加强核能创新 引领小型堆发展

【导言】中国正处于核电发展的十字路口,不仅需要技术进步,也需要在安全性和经济性上有更好表现,才能在开放的、低碳的现代电力系统中有立足之地。希望通过小型模块化反应堆的创新提升核能在能源系统中的存在价值,通过更灵活的分布式应用参与区域能源系统,并与天然气、可再生能源等因地制宜地组合成更加低碳高效安全的多能互补智慧能源系统。

推荐序

在全球能源转型与中国能源革命的大转型时期,核能发展同样也面临机遇与挑战。新一轮能源革命尤其是能源技术革命已经开始,核能也亟需创新发展以适应未来的能源系统,小型化、更安全、更经济就是核能发展的方向之一。

《加强核能创新引领小型堆发展》中文版是一部描述小型模块化反应堆的专业性报告。报告以美国为例,分析了小型模块化反应堆的技术经济和安全特征,在比较小堆与大堆优劣特点的基础上总结了小堆的特殊性,认为小堆可为未来低碳电力系统提供灵活性,并协同可再生能源提升电网的可靠性;同时还可为制氢、海水淡化提供更多选择。报告分析总结了小堆的适用场景及影响因素、技术路线及与其他能源方式的组合、发展潜力及未来红利。

报告最大的优点是详细地分析了小堆的经济性,更加清晰全面地反映了小堆的竞争力。报告比较了小堆与气电等其他能源品种,包括平准化电价、技术路线与商业模式的组合。与通常的核能技术性研究相比,报告更具可读性。同时,报告也对小堆的安全性及非民用领域进行了分析,完整覆盖了应用领域。最后,报告提出了通过激励研发、推进市场化来发展小堆的政策建议。

报告对美国小堆的发展进行了较全面地介绍,值得中国借鉴和进一步研究。但在世界范围内,小堆多年来并未规模化投入商运,仍然值得我们深思。值得一提的是,中国核能发展的环境与美国差距较大,大型商运核电与小堆有差异,与其他能源品种的博弈关系也与美国不同,小堆的定位、潜力、条件仍需进一步研究,尤其是与其他能源品种及商业模式的竞合关系。核安全监管方面,中国也亟待制定并完善适合小堆的标准法规体系。

中国正处于核电发展的十字路口,不仅需要技术进步,也需要在安全性和经济性上有更好表现,才能在开放的、低碳的现代电力系统中有立足之地。希望通过小型模块化反应堆的创新提升核能在能源系统中的存在价值,通过更灵活的分布式应用参与区域能源系统,并与天然气、可再生能源等因地制宜地组合成更加低碳高效安全的多能互补智慧能源系统。

感谢核能创新联盟和“核能研究展望”及时地将最新研究成果呈现给大家,让能源界可以进一步客观地掌握核电发展最新动态,并以此为标杆推动中国核电与小堆创新发展。

洪涛

国务院发展研究中心资源与环境政策研究所能源政策研究室主任

刊发注

《加强核能创新引领小型堆发展》报告52页，纸质刊发。如需取阅，请联系核能研究展望NPRV后台小编，鲁先生18612132796，或者致信nprv_world@163.com。报告免费，但根据情况会如实收取印刷费（带发票），大约100元人民币，平台会根据订购量如实分摊印刷费。希望阅读的专家学者请尽快联系后台，统计完毕后统一印刷投递。

报告概要

21世纪面临的核心挑战是如何使数十亿人摆脱贫困，且不会对人类健康和环境造成长期损害。能源使用的持续增加已经与生活质量的提高有明显的关联性：全球，尤其是发展中国家对能源的需求，预计在2050年将会大幅增加。目前化石燃料提供了驱动世界经济发展所需能源的85%。然而，传统能源造成严重的空气污染并伴随气候变化风险。核能是一种清洁能源，已有几十年的运营经验，可以帮助减少这些环境风险，同时提供刺激经济增长必需的能源，从而提高世界各地居民的生活质量。其中还有一种特殊的核能技术——小型模块化反应堆（SMRs）——有望带来更多的好处。本文中提到的小型堆，如果不另加说明，皆是小型模块化反应堆的简称。

小型模块化反应堆能提供更低的总成本、更短的建设周期和简化的设计以提高安全性。

过去，大型轻水反应堆设计的复杂性导致了施工延误，就像最近美国的核电建设工程那样。小型堆能提供更低的建造成本、更短的建设周期和更简化的设计以提高安全性。他们提供了在美国商用机群中为非能动核能安全设置新标准的潜力，并且在间歇性可再生能源发电量不断上升的时代，它们的操作灵活性为电网可靠性提供了支持。在工业过程热应用方面，小型堆可以为电力以外的行业脱碳提供支持，并为核能/可再生混合能源系统做出贡献。

在本报告中，我们从规模、多个模块协同以及建造方式来定义小型堆，并不是通过冷却剂来定义。在其他情况下，小型堆可能具体指的是轻水冷却设计，但本报告包括了轻水和液态金属、气体冷却的反应堆和熔盐反应堆（见第二章：小型模块化反应堆选项的进一步讨论）。

鉴于天然气价格低廉，天然气发电（NGCC）是目前美国市场上最便宜的发电方式。对某一能源技术而言，平准化度电标准（LCOE）是衡量该技术与其他能源的竞争力的一个标准。相比于NGCC工厂的LCOE，小型堆的LCOE在很大程度上依赖于发电厂的监管环境，以及反应堆建设的具体融资结构。在管制宽松的州，虽然相对于NGCC的LCOE，小型堆的LCOE要高得多，但在其他环境中会降低。考虑到温室气体排放的成本，小型堆可在公共电力事业单位与NGCC竞争。小型堆加入发电组合也将减少天然气价格波动对公共事业单位的敞口。

由于全球公共和私营部门承诺部署清洁能源技术，预测在未来的23到33年中，核能装机容量将增加数百GW。即使小型堆仅占据全球范围内核能的一小部分，并进入到过程热应用领域中，小型堆的部署量可达几百GW甚至更多。小型堆大部分将部署在美国外的发展中国家，三家主要的小型堆供应商是:中国、俄罗斯和美国。这些国际机会可以为美国创造成千上万的就业机会。

在未来几十年中，包括那些既没有核能项目或仅有非常初步的核能项目的州在内，核能发电容量的预计增长将会对全球核不扩散体系产生影响。自1953年艾森豪威尔总统发表和平演说以来，美国已经表达了对支持和平利用核能活动的支持，以换取在设置不扩散条件方面的影响力。美国政府在20世纪50年代和60年代的投资为早期美国在全球核能能源市场的主导地位铺平了道路，这反过来使得美国可在制定供应商的防扩散规范方面发挥巨大作用。随着核能在发展中国家的不断扩大，美国需要再次承担在核能方面的领导作用以确保可再次发挥类似的领导作用。

考虑到不同核反应堆设计的成本和可用性的不确定性，美国应在开发反应堆的不同阶段提供持续的支持工作，并利用市场的力量来帮助进行技术路线的选择。联邦政府也应该对最有可能第一批部署小型堆的区域和事业单位有针对性的进行激励和支持。“国内部署和美国核管会（NRC）授权许可”可以为美国的小型堆公司在寻求国际市场立足点中提供市场营销优势。这将确保美国未来几十年里在全球核能和核不扩散制度的发展和演变方面发挥积极作用，这反过来也将为美国国家安全利益提供保障。

为了进一步实现这些目标，建议采取以下行动（见第六章：进一步的建议详述）。其中将分别详细叙述支持非轻水反应堆所需的附加的研究、发展和示范建议。

建议1：国会和政府应扩大对新型反应堆设计的支持和许可，包括非轻水堆的设计，并对成熟的设计加以支持。

建议2：国会应修改核能生产税抵免（productiontaxcredit，PTC）。国会应该修正2005能源政策法案第1306条（EPACT05），取消2021年1月1日生效日期，将上限提高到9000兆瓦，允许非营利性公共电力机构获得资格，并将新部署的支付利率提高到2.7美分/kWh。

建议3-1：国会应允许联邦设施在20年或更大的时间内，为低排放技术签订电力购买协议。

建议3-2：在西部地区电力管理局辖区，能源部长应与西部地区电力管理局（WAPA）、美国能源部（DOE），美国国防部（DOD）以及其他联邦机构合作，从犹他州联合市政电力系统（UAMPS）小型堆项目处采购100~200MW的电力。

建议3-3：能源部应该与田纳西河流域管理局（TVA）、DOE、DOD和其他联邦机构合作，从TVA的小型堆项目中购买100~200MW电力。

建议3-4:DOE能源部应该确定联邦电力购买协议的选择，以帮助启用新的反应堆技术。

建议4：各州应将现有或拟议的可再生能源配额标准扩大到清洁能源标准。各州应将可再生能源配额标准扩大到清洁能源标准，以增加所需的低碳电力总量，并使公用事业单位在减少空气污染和温室气体排放方面具有更大的灵活性，同时也满足电网的可靠性要求。