核电正在“卷土重来”

美国《POWER》杂志执行编辑亚伦·拉森(Aaron Larson)2023年10月2日发文《核电正“卷土重来”：如何才能实现有意义的增长?》。他说“核能行业有很多理由对未来感到乐观。例如，2023年7月31日美国沃格特勒(Vogtle)3号机组投入商业运行。这是一个重要的里程碑，值得庆祝;Vogtle 4号机组正处于建设的最后阶段，预计将于2024年第一季度投入使用。这些装置的建成为核工业提供了许多可供借鉴的经验[1，2]。”

小堆、微堆项目比比皆是

然而，千兆瓦级的核电站并不是目前唯一的选择。小型模块化反应堆(SMR)和微型反应堆正发展迅速。

2023年早些时候，总部位于北卡罗来纳州威尔明顿的通用日立核能公司(GEH)、安大略发电公司(OPG)、SNC-Lavalin和Aecon宣布，他们已签署合同，将在OPG的达灵顿新核项目基地部署BWRX-300 SMR。这是北美电网规模SMR的首个商业合同。

在美国，田纳西流域管理局(TVA)也在为BWRX-300机组的潜在部署进行规划并申请初步许可。这将是TVA希望其“堆群”增加20个SMR中的第一个。世界上其他几家公司也在认真考虑部署BWRX-300技术。在英国，SMR设计竞赛中六个入围进入下一阶段，计划将在2024年夏季之前获得政府合同，美国的BWRX-300等三个设计添列其中[3-5]。

美国GEH核能公司的BWRX-300设计，目的是降低建设和运行成本，使之低于其他核能发电技术。

然而，GEH并不是唯一一家制造小堆的公司。NuScale能源公司2023年8月份宣布，美国核管理委员会(NRC)接受了它的标准设计方案(SDA)的正式审核申请。NRC已摘录了NuScale能源公司VOYGR-6电站的设计申请，升级后的SMR单机容量77 MWe，“支持更广泛客户的产能需求”。NRC早在2020年就批准了NuScale公司单机容量50 兆瓦SMR的标准设计方案，2023年又颁发了设计资质证书，使之成为第一个也是唯一实现两个“里程碑”的SMR。

人们对微堆也很感兴趣。2023年8月31日，美国防后勤局能源公司代表美国空军和国防部(DOD)宣布，选定Oklo公司作为阿拉斯加州艾尔森空军基地安装微堆的承包商。几个月前，Oklo还宣布过一项协议，将在俄亥俄州南部部署两个这样的反应堆。Oklo希望先在爱达荷国家实验室(INL)科技园区现场建造一个装置。该公司已在2019年获得了这个场地的使用许可证[6]。

MARVEL微堆，即“微堆应用研究验证与评估”站台，是INL正在全力进行的另一个项目。预计将于2024年年底开始运营。MARVEL将用于开发监管审批流程、测试微堆应用、评估远程监控系统以及开发的自动控制等技术[7]。

安装在创意工程师公司宾夕法尼亚州新福瑞道(New Freedom)设施内的主冷却剂试验装置(PCAT)

INL还希望在2024年年底前从BWX技术公司收到Pele项目原型堆。Pele项目将向国防部展示“一种可运输的微堆，可以提供弹性电源”，以满足历史上依赖化石燃料输送和广泛供应线的各种运营需求。

挑战依然存在

然而，尽管有了这些积极的发展，仍然存在许多困难。另一家总部位于纽约的新兴微堆技术公司NANO核能公司[8]创始人兼董事长姜瑜(Jay Jiang Yu)说，“美国核能行业面临几个重大挑战，影响其发展能力。”“美国核能业面临的主要挑战之一是经济竞争力。核电站需要大量的前期资金，投资、建设、运营和维护的成本可能很高。廉价而丰富的天然气，加上可再生能源的发展，给核电带来激烈的竞争。”

由于自上个世纪90年代初以来，美国几乎没有核电建设项目，因此只剩下相对较少有经验的工人。他说。“缺乏新项目可能将阻碍这一行业的技术进步和劳动力增长。”“核工业潜在地面临熟练工人短缺的问题，包括操纵员、工程师和技术人员。确保为未来提供训练有素的劳动力至关重要。”

姜瑜认为，核废料的长期储存和处置、冗长而昂贵的颁发许可程序以及项目融资困难，是另外必须解决的挑战。他还指出，公众对核能的负面看法可能阻碍核增长。然而，近年来这种观点一直发生着变化。

皮尤研究中心(Pew Research Center)[9]2023年5月30日至6月4日对1万多名美国人进行的一项调查中显示，大多数受访者(57%)表示，他们支持在美国建设更多的核发电站，高于2020年的43%。虽然共和党/倾向共和党的受访者(67%)比民主党/倾向民主党的受访者(50%)更有可能支持核电，但与2020年的调查相比，这两个群体的支持率都有类似的上升(约13%～14%)。值得注意的是，调查显示，男性比女性更倾向于支持建造更多的核电站(71%对44%)。

NANO核能公司首席执行官詹姆斯·沃克(James Walker)说，美国政府可以做很多事情，以鼓励核工业的发展。精简监管流程、提供长期政策支持、解决核废料管理问题是它的首要任务。他说，在国际层面加强合作，促进更多的公私伙伴关系，实施重视核能特性的市场改革，有利于核电行业。

见解与思考

1. 《POWER》是美国能源技术综合评论杂志，它的“Nuclear Archives”专栏深度报道核能技术发展的大趋势。世界性的气候灾难、经济不景气和俄乌战争，使能源脱碳转型变得前景暗淡;可再生能源+储能系统进展模糊，世界的政治家们转而求助核能，核电“卷土重来”有其必然性。

2. 现代核能系统有其局限性，关键是安全和经济。大型核电机组除中韩外，世界其他地区市场狭小;小堆(SMR)和微堆创新风靡世界，也不能简单地把破冰船和潜艇核动力搬到陆上。北美地区在这方面有积累和经验教训，也有深入细致的规划和安排。但在2023～2030年内只有先进轻水冷却SMR能派上用场，目前最有信心的选择是BWRX-300。至于先进的非轻水冷却的SMR，目前看重的熔盐冷却和氦气冷却高温工艺供热堆，降本增效有较大困难。

3. 本世纪初美国核科学界发动第四代核能研究，先进非水冷SMR有很大进展，重点越来越集中在熔盐堆系统。设想一次性解决安全、经济、乏核燃料闭环处理和处置问题。IMSR、SSR-W和MoltexFLEX系统设计，只可能在2020～2030年代末或之后看到原型堆运行结果，开始大规模建设。

参考资料与注释

[1] Aaron Larson, Clear Power Is Making a Comeback: What Will It Take to See Meaningful Growth? POWER, Oct 2, 2023.

[2] Aaron Larson, Vogtle Unit 3 Enters Commercial Operation: First ‘Newly Constructed’ U.S. Nuclear Power Plant in Decades, POWER, Jul 31, 2023.

[3] Sonal Patel, Major Nuclear Players Team on Innovative Construction Delivery Approach for BWRX-300 SMR at Darlington, POWER, Feb 2, 2023.

[4] Aaron Larson, GE Hitachi’s BWRX-300 Small Modular Reactor Gets Another Win, POWER, Feb 9, 2023.

[5] Sonal Patel, UK Shortlists Six Nuclear Designs in SMR Competition, Intends to Award Contract by Summer 2024, POWER, Oct 2, 2023.

[6] Sonal Patel, US. Air Force Selects Fast Microreactor for Nuclear Power Pilot, POWER, Aug 31, 2023.

[7] Sonal Patel, DOE: MARVEL Microreactor Prototype Installed, Gearing Up for Testing, POWER, May 25, 2023.

[8] NANO Nuclear Energy Inc：总部设在纽约，一家新兴的微堆技术公司，利用专有的新型反应堆设计开发更小、更便宜、更安全的先进便携式无碳能源解决方案。NANO Nuclear致力于将最新技术融入其专有的新型反应堆设计、知识产权和研究方法中。

[9] Pew Research Center：美国的一家独立性民调机构，总部设在华盛顿特区。该中心对那些影响美国乃至世界的问题、态度与潮流提供信息资料。