经合组织核能署评述小型模块化反应堆发展机遇与挑战

作者: 2021-08-09 16:46 来源:
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413日,经济合作与发展组织核能署(OECD-NEA)发布《小型模块化反应堆发展机遇与挑战》报告[1]指出,发展核电是应对气候变化、推动社会经济可持续发展的关键手段之一。小型模块化反应堆(SMR,每个模块装机容量不超过300兆瓦)能够满足更广泛用户和应用的灵活发电需求,并取代老化的化石燃料发电厂,具备初期投资少、建造周期短、可以有效解决中小电网输电问题等优势,得到了世界各国广泛关注。报告系统阐述了SMR的发展现状和机遇,重点分析了其面临的挑战,包括SMR技术选择、审查许可框架、供应链、公众接受度等问题。

1、全球已发展出不同技术路线和成熟度的SMR设计及概念。依据国际原子能机构(IAEA)最新统计数据,全球目前约有70SMR设计和概念,处于不同开发阶段。这些SMR设计使用不同类型冷却剂和燃料形式,并具有不同的技术成熟度水平和许可审批进展。SMR具备优异的灵活性,能够以单一或多模块形式进行部署,并且可以在工厂内建造,根据需求运输到现场安装。当前,在供应商提出的一系列SMR设计概念中,最成熟的概念是在世界范围内广泛采用的第二代和第三代/三代+轻水反应堆(LWR)的变种,主要得益于该反应堆几十年的建造、运行和监管经验,它们大约占到了正在设计开发的SMR50%。另外50%SMR概念设计是基于第四代反应堆技术,采用了替代冷却剂(即液态金属、气体或熔融盐)、先进的核燃料和创新的系统配置。虽然基于第四代反应堆技术的SMR设计与基于LWR技术的操作和监管经验水平存在一定差距,而且在某些领域仍需额外的研究,但还是可从开发商和监管机构过往各种反应堆研究开发的丰富经验中获得启示。

2、全新的交付模式和价值是SMR竞争力核心。相比大型堆,小堆单机装机容量小,不能从单堆的规模经济中受益,因此需要“批量建设”以克服上述经济性问题。但相比大型堆,SMR可以模块化制造和装配,可以进行工厂预制,有利于提高生产效率,加强质量控制,降低建设风险以及引进新的制造技术。SMR建造周期短,前期投资低,提供更好的前期资本成本承受能力,其结果是降低了潜在客户和投资者的财务风险。此外,SMR可以适用于海水淡化、制氢、区域供暖等,具备广阔的不同应用场景和市场。

3SMR规模化部署面临的挑战。尽管SMR具备了一系列优点,但其规模化部署仍然面临诸多严峻挑战,包括:

1)技术选择问题。如上文所示,目前全球正在开发的SMR设计概念有众多技术路径,每种技术路径的发展成熟度不同。普遍认为其中有几种会最终实现商业化。但关于哪些技术应该进一步开发或商业化,在何时、如何以及由谁来决定这些问题上存在分歧。

2)审查许可框架问题。由于目前各国的法律法规、核电项目审查许可程序等主要针对大型核电站,并不适用于小型堆。新型SMR概念和设计则面临经验基础有限的问题,这使得SMR项目的安全评估论证和批准面临挑战。此外,燃料和/或冷却剂的变化将导致与以往监管模式产生显著差别,可能需要更灵活的许可方法,以及在核安全监管机构内发展大量新的专业知识。

3)首个SMR示范堆问题。即使有一套适当的筛选制度来保证最好的技术能走到最后阶段实现商用,但一些SMR技术仍然存在不确定性和额外的技术风险。而从投资者角度来看,在无法知晓和确认SMR性能和商用价值之前就往SMR领域投入大量资金不太可能。因此建造SMR示范堆以对技术性能和商业价值进行全面评估论证显得意义重大,是SMR走向商用的关键一步。

4)供应链问题。随着技术研发工作的不断推进以及首批示范堆的建成,SMR面临的技术风险将会降低,对潜在客户的吸引力也会增加,规模化部署将逐步得到推进。因此SMR各利益相关方应开展供应链能力建设,做好为小堆商业化提供支持的准备,包括设备制造能力和高丰度低浓铀燃料及其他新型燃料制造能力,以及开展必要的人才培养和研发基础设施建设。

5)公众接受度问题。受到核事故带来的影响,世界范围内的核能发展普遍陷入低潮。任何新建核能项目都需将公众接受程度放在首位,做好公众宣传,让公众清晰了解新技术的益处(技术安全性、创造就业等)和风险(核泄露、辐射等),提高公众对SMR的接受度。而SMR固有的良好安全性是提升接受度的关键突破口之一。

4、政府支持和国际合作是推动SMR规模化部署的关键驱动力。SMR商业化进程中,政府支持和国际合作能在4个方面发挥关键作用。

1)公众参与。通过尽早推动当地公众参与到SMR项目中,未来的SMR项目可从国际合作以及经验教训和最佳实践的交流中获益。

2)首个SMR反应堆的建造。政府应采用多种形式支持SMR首堆建设工作,包括:从签署长期购电协议到采用费用分担机制,以降低建设风险,吸引更多投资者;支持监管机构建立必要的取证体系并开展相应的能力建设也至关重要;同时,政府还应通过为首堆建设提供选址或为研究基础设施建设提供资金等方式,推进SMR的商业化部署进程。

3)协调审查许可框架体系。利用在大堆领域的现有合作体系,推进各国审查许可体系的协调工作。尽管完全统一可能不切实际(有时甚至是不可取的),监管部门仍应继续努力,在部分领域就监管立场达成一致。应当考虑核能署在多国设计评估计划等项目下开展的多边审查许可协调、双边合作和联合安全评估工作。

4)制造能力建设。通过实施支持多座小堆建设的国家计划,相关国家能够建立并加强反应堆装备制造能力。对于拥有大型反应堆建设能力的国家,还能够充分利用现有经验和制造能力。各国应该加强国际合作,采取措施应对SMR规模化部署面临的装备制造产业链挑战,以加快小堆开发和商业化进程。                              (郭楷模)



[1] Small Modular Reactors: Challenges and Opportunities. https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_57979/small-modular-reactors-challenges-and-opportunities

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