喬治亞電力公司沃格特爾核電站 3 號機組終于啟動，比原計劃晚了七年，而且超出預算 170 億美元，這提醒人們核電站投資的風險。顯然，按照目前的方法，核電存在建設成本和建設工期長的問題。然而，由于氣候變化的挑戰和對能源安全需求的重新認識，核電出于必要性重新回到能源議程。

例如，在英國，歷屆政府都試圖通過國際招標來采購和資助大型新一次性發電站，如欣克利角 C 電站、穆爾賽德電站和威爾法電站，以解決成本/進度問題。供應商已投入數十億美元開發獨特的設計，準備報價，并與政府進行多年的談判，以確定誰將承擔施工延誤和成本超支的風險。這些項目要么在資金談判中失敗，要么像欣克利角 C 電站一樣，由外國政府資助，這些政府承擔風險，以換取發電的保證價格。結果，消費者將在未來許多年為這些電力支付高價。

這不是一個可行的解決方案。只有采取新的計劃方法，采用其他地方很常見但核工業尚未應用的現代生產方法，并創建生產系統或優化現有系統，從系列建設中獲益，而不是一次性項目，并提高整個供應鏈的效率，才能解決成本/進度問題。

降低反應堆成本

牛津大學賽德商學院教授本特·弗萊夫比耶格在其著作《如何完成大事》中指出，英國并不是唯一一個難以建設新核電站的國家。他通過一個包含全球 1,000 多個基礎設施項目的數據庫計算出，核電站是最難預測的項目之一，平均成本超支 120%，平均比原計劃推遲 65%。他總結說，這是因為核電站大多是按照獨特設計建造的大型復雜項目。這些項目需要很多年才能完成，因此團隊幾乎沒有機會從一個項目中學習，而項目很容易受到不可預見事件的影響。

這些結論得到了 20 世紀 80 年代美國和法國核電站建設數據的支持。美國建造了大約 50 座反應堆，采用了許多不同的供應商、建造商和設計。大約在同一時間，法國建造了大約相同數量的反應堆，這些反應堆的設計由一家美國供應商提供，由中央政府指導，并擁有穩定的施工團隊。圖 1 總結的結果顯示，對于 20 世紀 70 年代和 80 年代建造的項目，法國發電站的成本平均比美國發電站低 60%，交付時間比美國早三年。

英國能源技術研究所重點介紹了近期日本和韓國核電站的良好實踐，這些核電站采用了標準設計和精益施工理念。它們在成本和進度方面的改進成果與 20 世紀 80 年代的法國類似。這些國家如今已成為全球核電站建設的標桿。這些標桿項目與英國近期經驗的區別在于項目的設計和采購方式。當新發電站項目逐個推進時，結果通常是一系列細節獨特的設計，每個項目都由不同的供應商和承包商團隊建造。相反，使用相同的團隊一遍又一遍地建造相同的設計可以帶來效率和經濟效益。

弗萊夫比約格認為，以成本效益的方式交付核電站的解決方案是采用模塊化方式進行設計和建造。如果核電站由一系列小型模塊化反應堆組成，那么每個反應堆都會更便宜，建造速度也會更快，從而在更短的時間內向電網輸送電力并為投資者帶來收益。如果每個小型模塊化反應堆 (SMR) 都按照標準設計，使用工廠制造的標準組件建造，那么整個過程將更加高效和可預測。關鍵步驟是推進多個 SMR 的計劃，以便成功的供應商能夠投資于穩定的供應鏈和現代化的生產系統，使他們能夠從一個項目到另一個項目學習，并不斷提高性能。

由于 SMR 體積較小，因此更具有模塊化潛力，而且模塊化可以降低總體勞動力成本和工期。但其成功取決于設計、供應鏈和施工過程的標準化。模塊化效益的大小取決于能否將設計及其系統分解為可在現場制造、運輸和組裝的模塊。使用模塊化的行業的經驗教訓是，生產建模對于設計最佳整體生產系統(包括模塊化什么和在哪里進行工作)非常重要。這兩個關鍵決策將極大地影響最終結果。

綜合起來，場外制造帶來的生產率提高和縮短建造工期對資本成本的經濟影響——以包括建設期間利息在內的總建設成本 (TCIC) @7.8% 每年來衡量。基線是非模塊化“標準建造”系統，模塊化程度 (DoM) 逐級遞增。首先，存在規模經濟效應——隨著反應堆尺寸減小，由于規模經濟的減弱，建設成本增加。這些成本增加可以通過標準化、模塊化和生產學習來抵消。但很明顯，如果 SMR 采用標準建造，其成本將高于大型反應堆。SMR 需要現代化的建造方法才能參與競爭。

此外，如果該計劃包含足夠多的項目，核電站的單位成本將通過生產學習隨著時間的推移而降低，其發電量可能低至 70-80 美元/兆瓦時，與可再生能源具有競爭力。

優化生產

使用標準組件的模塊化設計很重要，但設計/優化和控制生產系統的能力才是使它們整合在一起并提高性能的關鍵。幾十年來，這種方法一直用于提高從船舶、飛機到卡車和汽車等大型資本貨物的設計和制造性能。但在將其應用于 SMR 計劃之前，重要的是要了解它與目前用于交付核電站的項目管理系統有何不同。

2019 年，安格利亞水務公司在希思羅機場和國家公路局的支持下開展了一項關于生產管理在建筑中的應用的研究，該研究總結了傳統項目管理和生產管理在應用于大型基礎設施項目時的主要特征。該研究確定了用于進行比較的生產系統的六個關鍵特征。

項目管理與生產系統

這種方法并不新鮮。1995 年，英國機場管理局 (BAA Plc) 開發了一套生產系統，用于交付希思羅機場的新 5 號航站樓。通過與供應商建立長期關系、使用標準組件、計算機輔助生產工程和生產管理，英國機場管理局按時完成了新航站樓的建設，并且接近預算。英國機場管理局方法的關鍵特點是，在 2002 年開始建設之前的六年里，他們利用機場的持續投資計劃來開發供應鏈、生產系統和自己的管理團隊。隨后，安格利亞水務公司采用這種方法，大量使用模塊化設計和標準組件，完成了其大部分投資計劃。在 10 年的時間里，他們將基礎設施的單位成本降低了 30%。

核電通過采用程序化方法，重復建設模塊化設計的標準核電站，并投資批量生產設施，可以最好地解決其嚴重且持續的成本和建設進度問題。采用這些方法將使核電重新獲得競爭力，使其在許多國家應對氣候變化方面發揮重要作用。

實現這些流程變革并帶來相關效益的關鍵在于將核工業的思維模式從一次一個項目轉變為通過生產系統交付一系列項目。由于該行業的歷史和核項目建設經理的經驗，這并非易事，但如果我們希望核能在未來能源方程中發揮有意義的作用，這是必不可少的。

作者：劍橋大學工程系核能講師 Tony Roulstone、Acumen7 創始成員 Simon Murray 和項目生產研究所執行董事 Gary Fischer