100兆瓦核電站能否獲得新生

100兆瓦核電站這次能否獲得新生？

在中國南部的海南島，在一個(gè)由混凝土和金屬制造的緊湊迷宮中，正塑造著核能的未來。2022年7月，一臺(tái)起重機(jī)將反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功；與此同時(shí)，工人們正緩慢而穩(wěn)定地組裝一個(gè)微型核反應(yīng)堆。

這就是“玲瓏一號(hào)”，與如今主導(dǎo)核能領(lǐng)域的千兆瓦規(guī)模大型項(xiàng)目相比，其小巧的尺寸是一項(xiàng)巨大的轉(zhuǎn)變。如果堅(jiān)持不懈的核樂觀主義者是對(duì)的，那么“玲瓏一號(hào)”可能會(huì)成為清潔能源時(shí)代未來裂變技術(shù)的典范。

不過，小型反應(yīng)堆還不能完全拯救世界；目前在國家層面，仍有許多監(jiān)管和后勤保障問題有待解決。但專家們表示，21世紀(jì)20年代可能會(huì)為未來幾十年的核繁榮奠定基礎(chǔ)。

“這確實(shí)是一個(gè)激動(dòng)人心的核工業(yè)時(shí)代?！泵绹藙?chuàng)新聯(lián)盟智庫的核工程師小維克托?伊巴拉（Victor Ibarra Jr.）說。

2026年投產(chǎn)時(shí)，“玲瓏一號(hào)”的功率將達(dá)到125兆瓦，與約40臺(tái)陸上風(fēng)力渦輪機(jī)相當(dāng)。與大型反應(yīng)堆（比如1000兆瓦的發(fā)電站）相比，125兆瓦似乎微不足道。那么，為什么雄心勃勃的核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)師要發(fā)展小型核反應(yīng)堆呢？部分原因是，大型反應(yīng)堆造價(jià)高昂，而且有延期傾向。

美國佐治亞州沃格特勒發(fā)電廠的兩個(gè)1117兆瓦反應(yīng)堆是美國唯二在建的反應(yīng)堆，投產(chǎn)時(shí)間將比計(jì)劃至少晚6年。法國弗拉芒維爾在建的1650兆瓦反應(yīng)堆已經(jīng)延遲了十多年。更令人沮喪的是，2009至2019年間，核能電力的單位成本增加了26%，太陽能和風(fēng)能電力的價(jià)格卻暴跌。

盡管如此，人們還是有一個(gè)堅(jiān)定的共識(shí)，那就是，核電不僅是清潔能源轉(zhuǎn)型的理想，而且是必要的。有些核倡導(dǎo)者認(rèn)為，將許多核“雞蛋”放在一個(gè)大型項(xiàng)目的“籃子”里是不明智的。相反，他們認(rèn)為，更好地實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的方法是建造一大群更小型、更模塊化的反應(yīng)堆，即小型模塊化反應(yīng)堆（SMR），比如“玲瓏一號(hào)”。

小型模塊化反應(yīng)堆比當(dāng)今的一般反應(yīng)堆規(guī)模更小，但它們造價(jià)低、風(fēng)險(xiǎn)小，更靈活。打個(gè)比方，建造小型模塊化反應(yīng)堆是造飛機(jī)，而不是建機(jī)場。如果核反應(yīng)堆是飛機(jī)，那么如今的小型模塊化反應(yīng)堆就是20世紀(jì)10年代的雙翼飛機(jī)，還處于初始階段。

一旦制造規(guī)模擴(kuò)大（如有可能），小型模塊化反應(yīng)堆的制造者希望能夠在一個(gè)工廠里制造其組件，將其運(yùn)出，然后像平板分體家具那樣在現(xiàn)場組裝。

“玲瓏一號(hào)”是目前唯一在建的同類項(xiàng)目。據(jù)報(bào)道，如果取得成功，“玲瓏一號(hào)”將用于為一些建設(shè)項(xiàng)目和海水淡化廠供電，實(shí)現(xiàn)“百花齊放”。除了俄羅斯在一艘北極船上的兩個(gè)改進(jìn)后的海軍反應(yīng)堆外，全球其他小型模塊化反應(yīng)堆都還只是假設(shè)。

但小型模塊化反應(yīng)堆計(jì)劃并不少。至少有7家不同的開發(fā)商計(jì)劃于2030年之前在美國部署小型模塊化反應(yīng)堆。這些小型模塊化反應(yīng)堆的大多數(shù)都是示范反應(yīng)堆，它們沒有接入大型電網(wǎng)，卻是通往大型電網(wǎng)的關(guān)鍵跳板。

在中國以外，當(dāng)今最大的小型模塊化反應(yīng)堆品牌是美國創(chuàng)業(yè)公司紐斯凱爾，該公司總部位于俄勒岡州泰格德。該公司開發(fā)了一個(gè)77兆瓦小型模塊化反應(yīng)堆，并設(shè)想將4個(gè)、6個(gè)甚至12個(gè)反應(yīng)堆組裝在一起，形成更大的發(fā)電廠。紐斯凱爾計(jì)劃于2030年在美國愛達(dá)荷州建造一座電廠；此外，該公司還涉足英國、波蘭和羅馬尼亞。（值得一提的是，本刊2010年的一篇有關(guān)未來核能的報(bào)道曾經(jīng)預(yù)測：“紐斯凱爾正在與幾家未披露名字的公用事業(yè)公司談判，預(yù)計(jì)第一座電站將于2018年投產(chǎn)。”）

2022年12月，羅爾斯?羅伊斯公司在英國為一家最終有望能生產(chǎn)470兆瓦反應(yīng)堆部件的工廠備選了3個(gè)廠址。此外，該公司還希望于2029年前將第一個(gè)反應(yīng)堆接入電網(wǎng)。

歐洲幾個(gè)國家也對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆表示出了興趣，特別是與美國公司合作有興趣。捷克國有能源公司在該國南波西米亞地區(qū)為小型模塊化反應(yīng)堆項(xiàng)目預(yù)留了土地；即使是傳統(tǒng)核電大國法國，也計(jì)劃在2030年前投資10億歐元發(fā)展小型模塊化反應(yīng)堆產(chǎn)業(yè)。

“我認(rèn)為，在未來15到20年里，小型模塊化反應(yīng)堆將真正有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并廣泛部署?！泵滋m理工大學(xué)的核項(xiàng)目專家喬治?羅切里（Giorgio Locatelli）說。

但是，飽受詬病的監(jiān)管部門長期采用警告限制措施，為小型模塊化反應(yīng)堆的發(fā)展帶來了阻力。

有些監(jiān)管機(jī)構(gòu)擔(dān)憂來自尚無答案的問題。小型模塊化反應(yīng)堆與大型反應(yīng)堆一樣，也會(huì)產(chǎn)生核廢料。斯坦福大學(xué)和不列顛哥倫比亞大學(xué)最近的一項(xiàng)研究表明，小型模塊化反應(yīng)堆產(chǎn)生的核廢料甚至比傳統(tǒng)核電站更多。核當(dāng)局將如何處理這些核廢料？沒有人知道，部分原因是，每個(gè)反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)都不同，也沒有人能確定10年或20年后各個(gè)小型模塊化反應(yīng)堆會(huì)是什么樣子。此外，一些分析人士擔(dān)心，不良行為者可能會(huì)選擇某些小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)來制造武器級(jí)钚。

不過，現(xiàn)在還不要熄滅小型模塊化反應(yīng)堆的希望，至少有幾家監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始傾向于小型模塊化反應(yīng)堆了。

核創(chuàng)新聯(lián)盟的核監(jiān)管專家帕特里克?懷特（Patrick White）表示，美國核管理委員會(huì)一直是參與小型模塊化反應(yīng)堆開發(fā)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)之一。2019年，時(shí)任美國總統(tǒng)特朗普簽署了《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》，要求美國核管理委員會(huì)專門為未來反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)制定新的流程。預(yù)計(jì)2027年，這一被稱為“第53部分”的法案將成為小型模塊化反應(yīng)堆開發(fā)者的一個(gè)選項(xiàng)，不過懷特表示，該選擇可能最早于2025年公布。不過，尚不確定第53部分會(huì)是怎么樣的。

英國政府大力支持小型模塊化反應(yīng)堆，并于2021年向小型模塊化反應(yīng)堆開發(fā)者公布了修改后的監(jiān)管審批流程；羅爾斯?羅伊斯是第一個(gè)遵循該流程的企業(yè)，其他6家公司也提出了申請(qǐng)。2022年6月，法國、芬蘭和捷克的監(jiān)管機(jī)構(gòu)宣布，正在共同審查Nuward，這是一個(gè)由法國政府提供部分支持的小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)項(xiàng)目；他們表示，該項(xiàng)目是未來小型模塊化反應(yīng)堆許可的預(yù)演。

那么，小型模塊化反應(yīng)堆運(yùn)營者可以向哪里尋求燃料？

如今的大多數(shù)大型核反應(yīng)堆使用的燃料都含有3%到5%的鈾-235，這是一種天然可用的鈾同位素，它可以維持核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。雖然小型模塊化反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)各有不同，但許多小型模塊化反應(yīng)堆需要的燃料是5%到20%的鈾-235。后一種燃料被稱為高含量低濃縮鈾（HALEU）。目前商業(yè)化銷售高含量低濃縮鈾的公司只有一家：Techsnabexport（TENEX），是俄羅斯國家原子能公司的子公司。

截至2023年1月，俄羅斯國家原子能公司避開了俄烏沖突導(dǎo)致的西方國家制裁。但對(duì)于許多潛在客戶來說，TENEX的供應(yīng)還是難以為繼。例如，TerraPower希望于2028年在懷俄明州一個(gè)廢棄的燃煤電廠啟動(dòng)小型模塊化反應(yīng)堆示范項(xiàng)目，但由于燃料問題，該項(xiàng)目推遲了兩年。

“除了俄羅斯的盟友之外，這不僅僅是一個(gè)障礙，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)壁壘?！泵绹黄蒲芯克暮四芊治鰩焷啴?dāng)?斯坦（Adam Stein）說。

美國已經(jīng)開始突破這一壁壘?！?022年通貨膨脹削減法案》投資了7億美元用于研究和開發(fā)在該國生產(chǎn)和運(yùn)輸高含量低濃縮鈾的方法。核創(chuàng)新聯(lián)盟的伊巴拉歡迎該投資，但他表示，這是一個(gè)“中短期解決方案”，這可能還不夠。一項(xiàng)估計(jì)表明，補(bǔ)充的高含量低濃縮鈾要到2028年才能到位。

對(duì)于許多小型模塊化反應(yīng)堆利益相關(guān)方，高含量低濃縮鈾可能是在未來幾年的關(guān)鍵目標(biāo)：建立一個(gè)對(duì)俄羅斯依賴程度低、受世界地緣政治影響小的高含量低濃縮鈾全球供應(yīng)鏈。是讓美國帶頭，還是自己采取行動(dòng)，歐洲尤其是英國的應(yīng)對(duì)尚有待觀察。