小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)是一種新型核反應(yīng)堆，其持續(xù)創(chuàng)新有助于解決全球多個(gè)能源政策優(yōu)先事項(xiàng)。這些范圍從電力脫碳到確保不確定世界中的能源供應(yīng)安全，為緩解能源貧困和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和繁榮提供選擇。
核勢(shì)
核能已經(jīng)在許多國(guó)家的能源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，目前運(yùn)行的 444 個(gè)核反應(yīng)堆提供了世界約 10% 的電力。這些反應(yīng)堆主要是千兆瓦級(jí)的，提供電網(wǎng)基荷電力。核能可以發(fā)揮更大的作用。NEA 最近的分析(NEA，2022)發(fā)現(xiàn)，要達(dá)到國(guó)際氣候變化專門委員會(huì)(IPCC，2018)與 1.5°C 情景一致的平均路徑，需要到 2050 年將全球核電裝機(jī)容量增加兩倍，達(dá)到 1,160 吉瓦。這是通過(guò)現(xiàn)有核反應(yīng)堆的長(zhǎng)期運(yùn)行、大規(guī)模第三代核電站以及用于電力和非電力應(yīng)用的小型反應(yīng)堆的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
一些國(guó)家正在推進(jìn)中小型反應(yīng)堆的創(chuàng)新。這包括處于各個(gè)開(kāi)發(fā)階段的中小型反應(yīng)堆，從新概念的基礎(chǔ)研究到成熟設(shè)計(jì)的商業(yè)部署和運(yùn)營(yíng)。這一創(chuàng)新管道包括一系列反應(yīng)堆概念——從現(xiàn)有輕水反應(yīng)堆技術(shù)的漸進(jìn)式創(chuàng)新到先進(jìn)的第四代反應(yīng)堆概念的突破。它還包括各種配置的小型模塊化反應(yīng)堆，其中一些是陸基反應(yīng)堆，另一些是多模塊、?；蚩蛇\(yùn)輸?shù)?。這些創(chuàng)新融合了新材料、一系列冷卻劑和創(chuàng)新燃料。該創(chuàng)新管道準(zhǔn)備生產(chǎn)各種不同尺寸的商業(yè)SMR，從小于5兆瓦的電力到大于300兆瓦的電力，出口溫度從約285°C到近900°C。
圖 1. 全球核電裝機(jī)容量差距(2020-2050 年) 資料來(lái)源：NEA 2022
SMR的特點(diǎn)
小型模塊化反應(yīng)堆具有許多支持其商業(yè)可行性的屬性。許多新技術(shù)都融入了被動(dòng)安全的概念，這意味著它們不需要主動(dòng)干預(yù)或斷電即可關(guān)閉。結(jié)合較小的庫(kù)存或現(xiàn)場(chǎng)材料，這可以減少所需應(yīng)急規(guī)劃區(qū)域的規(guī)模，促進(jìn)選址并可能減少電網(wǎng)需求。與此同時(shí)，一些中小型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)可以重復(fù)利用乏核燃料，從而減少必須在深層地質(zhì)處置庫(kù)中儲(chǔ)存和管理的高放射性廢物的數(shù)量。通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)化和模塊化，中小型反應(yīng)堆還旨在通過(guò)批量建造來(lái)降低成本。比傳統(tǒng)核電站規(guī)模更小、規(guī)模更大，應(yīng)該會(huì)增加對(duì)更廣泛的私人投資者的吸引力。
小型模塊化反應(yīng)堆管道有可能支持各種能源政策優(yōu)先事項(xiàng)。其中包括電力供應(yīng)的脫碳以及大型核電站和可變可再生能源供應(yīng)可能受到限制的新應(yīng)用的脫碳。這些新的市場(chǎng)和應(yīng)用范圍從替代并網(wǎng)發(fā)電中的煤炭到替代某些行業(yè)和區(qū)域供熱的化石熱電聯(lián)產(chǎn)。在許多情況下，SMR 將成為不同地區(qū)和環(huán)境中實(shí)現(xiàn)凈零排放的游戲規(guī)則改變者。
其中一些技術(shù)現(xiàn)已推向市場(chǎng)，許多其他技術(shù)將在未來(lái) 5 到 10 年內(nèi)推出。憑借如此多樣的技術(shù)和規(guī)格，核能機(jī)構(gòu) (NEA) 正在尋求幫助各國(guó)監(jiān)測(cè)中小型反應(yīng)堆的進(jìn)展，同時(shí)考慮實(shí)現(xiàn)凈零排放的可行途徑。
NEA SMR 儀表板于今年早些時(shí)候發(fā)布，就是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。它超越了技術(shù)準(zhǔn)備水平，并評(píng)估了六個(gè)額外有利條件的進(jìn)展：許可準(zhǔn)備情況、選址、融資、供應(yīng)鏈、參與和燃料。在每個(gè)領(lǐng)域，NEA 都定義了客觀標(biāo)準(zhǔn)，反映了在首個(gè)部署和商業(yè)化方面取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。NEA SMR 儀表板僅使用可驗(yàn)證的公共來(lái)源的信息，并已更新以包含更多數(shù)量的 SMR 項(xiàng)目和計(jì)劃。它受益于與 SMR 設(shè)計(jì)師的協(xié)商，他們有機(jī)會(huì)對(duì)其評(píng)估草案發(fā)表評(píng)論，并補(bǔ)充可以獨(dú)立驗(yàn)證的進(jìn)一步信息。
將 SMR 變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)
NEA SMR 儀表板的匯編揭示了 NEA 和非 NEA 成員國(guó)在 SMR 部署和商業(yè)化方面取得的重大進(jìn)展，其中大部分進(jìn)展發(fā)生在過(guò)去兩年。
總體而言，可以看出推出 SMR 的兩個(gè)機(jī)會(huì)窗口(圖 2)。隨著 2030 年至 2040 年脫碳工作的加速，那些技術(shù)水平和許可準(zhǔn)備程度較高的企業(yè)將在 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放方面發(fā)揮重要作用。技術(shù)和許可準(zhǔn)備水平較低的企業(yè)可以從 2040 年開(kāi)始大規(guī)模部署，以幫助保持2050年后凈零排放。
圖 2：SMR 支持凈零目標(biāo)的機(jī)會(huì)之窗。資料來(lái)源：國(guó)家能源局 2022
然而，新核技術(shù)的部署和商業(yè)化面臨著許多挑戰(zhàn)，NEA 及其成員國(guó)正在通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際合作來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
2023 年 9 月，國(guó)家能源局在其首屆新核路線圖會(huì)議上召集了數(shù)十位能源部長(zhǎng)和私營(yíng)部門首席執(zhí)行官，討論應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的最佳方法。二十個(gè)國(guó)家商定了一份聯(lián)合聲明，承諾利用核能實(shí)現(xiàn)凈零排放，并制定了一系列指導(dǎo)政策來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。他們的行動(dòng)呼吁在 COP28 氣候會(huì)議召開(kāi)前夕尤為重要。
SMR 插圖©shutterstock/vectorwin
挑戰(zhàn)
擴(kuò)大部署包括中小型反應(yīng)堆在內(nèi)的新核項(xiàng)目的第一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是融資渠道。在可能的情況下，有權(quán)這樣做的跨國(guó)開(kāi)發(fā)銀行、國(guó)際金融機(jī)構(gòu)和區(qū)域機(jī)構(gòu)應(yīng)考慮為核能提供融資。如果核能在金融分類中酌情與其他低碳能源一起分類，并納入環(huán)境、社會(huì)和治理(ESG)政策，那么新的核項(xiàng)目將更容易獲得融資。
為了使中小型反應(yīng)堆足夠快地上線以幫助實(shí)現(xiàn)凈零排放，需要做更多的工作來(lái)創(chuàng)建有利的政策框架、監(jiān)管途徑、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。分享最佳實(shí)踐和其他形式的國(guó)際合作有助于加速這一進(jìn)程。這對(duì)于中小型反應(yīng)堆尤其重要，因?yàn)檎谘芯康囊恍┘夹g(shù)是創(chuàng)新的。合作還將有助于確保乏核燃料和高放射性廢物的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、后處理和回收以及處置的安全和有效策略。
如果中小型反應(yīng)堆等新核設(shè)施要經(jīng)濟(jì)且及時(shí)，供應(yīng)鏈就必須平穩(wěn)且可預(yù)測(cè)。這包括核燃料的供應(yīng)，從鈾提取到轉(zhuǎn)化、濃縮和燃料制造。小型模塊化反應(yīng)堆還特別適合混合能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)整合了所有低排放能源，因此培育此類新能源系統(tǒng)將有助于加快向凈零經(jīng)濟(jì)的過(guò)渡。例如，SMR可以幫助降低生產(chǎn)氫氣的成本，然后將其用于重工業(yè)等難以減少的行業(yè)。
幾十年來(lái)從未出現(xiàn)過(guò)的核能項(xiàng)目活動(dòng)不斷增加，需要投資于教育和培訓(xùn)具有創(chuàng)新性和多樣性的熟練勞動(dòng)力。在所有階段，公眾都需要通過(guò)透明、包容和民主的決策過(guò)程來(lái)參與。
應(yīng)對(duì)所有這些挑戰(zhàn)的最佳方法是開(kāi)展國(guó)際合作，讓利益相關(guān)者定期交換信息，包括最佳實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。NEA 旨在通過(guò)其工作幫助其成員國(guó)發(fā)展和支持由政府官員、行業(yè)領(lǐng)袖、研究人員、民間社會(huì)和其他感興趣團(tuán)體組成的網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地發(fā)揮中小型反應(yīng)堆和其他核能技術(shù)的潛力。共同努力將幫助各國(guó)利用當(dāng)前核能創(chuàng)新，尋求維持能源供應(yīng)安全，以可承受的成本提供電力，并在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)凈零排放。
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