小型模塊堆（SMR）領導核電潮流

一、核能是發展趨勢

   小型模塊化堆（SMR）對環境影響遠小於大型堆，從而提供選址和安全上的便利。小型堆是指功率大約處於10MW到300MW之間的核分裂反應堆，小型堆有安全性、機動性、模塊化、彈性化及經濟性等優點。根據美國有線電視網CNN的報導，拜登政府和美國公司正在向小型模組化反應器投入數十億美元，以爭取商業和全球影響力。中國在核子技術和建設方面處於領先地位 ，而俄羅斯生產世界上幾乎所有的SMR燃料，美國正在這兩方面追趕，且已經在風能和太陽能競賽中輸給了中國，中國現在提供了世界大部分的太陽能電池板和風力渦輪機。美國最大問題是尚未有成功運轉讓的SMR而中俄都有。SMR可能是一個巨大的全球市場，可以為美國帶來資金和就業機會。《世界核能工業狀況報告》顯示，常規核電廠建設在1986年切爾諾貝利核事故後出現下降，並在2011年日本福島災難後再次下降。不久後開始回升，但新項目主要集中在中國。國際能源總署表示 ，核復興即將到來。這是因為福島核事故後暫停的日本幾座傳統核電廠很快將重新啟動，中國、印度、韓國和歐洲的新反應爐也將開始營運。幾十年來對核安的擔憂似乎開始消退，如果SMR有助於促進核能的普及，它們可能成為應對氣候變遷的有力途徑。在杜拜舉行的 COP28 氣候談判上，美國帶頭承諾將全球核能產能增加兩倍，現已簽署 25 個國家。

美國在東南亞、中歐及東歐取得了一些SMR合約，美國有兩個SMR示範項目，一個是德克薩斯州的X-energy 項目，另一個是比爾·蓋茨的TerraPower 位於懷俄明州的項目，獲得了政府支持，將在2028 年啟動並運行。中國的玲瓏一號是世界上第一個商用SMR，於 2023 年 8 月 10 日安裝在中國海南省昌江黎族自治縣。2020 年，總部位於俄勒岡州的 NuScale 的 SMR 設計是美國第一個獲得監管部門批准的設計。但該公司於 2023 年 11 月宣布，將終止愛達荷州的示範項目主要是成本問題。根據氣候諮詢公司 InfluenceMap 的分析，美國是唯一一個遊說歐盟將核能納入歐盟認為「綠色」的官方能源清單中的國家。國際原子能機構(IAEA)表示，許多國家現在都在尋求引進或擴大產能。1996年，核能佔全球能源生產的17%。如今，這一數字約為10%，但發展方向是明確的。全球有50多個反應爐正在建設中，其中大部分在中國和印度，其他國家已經取消了核淘汰計畫。例如，日本恢復13座反應器運行，另有30座將於2030年重啟。然而，如果核工業界沒有一系列配合的改變，要實現SMR的優點也將是困難的。當今SMR市場有80多種設計處於不同階段，使用不同的冷卻劑和反應器類型，這需要標準化以增進經濟效益。在SMR的發展中，不同的國家有不同的監管規定。一些較成熟的SMR使用已成熟的冷卻劑技術，如加壓水，而另一些則依賴使用液態金屬、氦氣和熔鹽的相對較新的方法，這都需要統一。

二、SMR百家爭鳴

   依據中國核工業報導，全球主要核工業國家目前將SMR視為未來發展的重要技術，大力支持相關技術研發，迄今已推出80多種設計。美國準備完成5種小堆的建設。俄羅斯已建成全球首座小堆電廠，啟動小型鉛冷快堆首堆建設，正在穩步推進另外3座小堆核電廠建設。加拿大、法國和英國計劃在2030年前建成首堆。中國石島灣高溫氣冷堆示範工程雙堆已實現滿功率運行，“玲龍一號”首堆也在建設中。IAEA出版的《SMR技術發展》涉及70多種SMR設計方案。目前水冷式SMR方案佔比最大，有31種方案，其中6種屬於船舶用。高溫氣冷SMR屬於第二大類，有14種方案。高溫反應堆(HTR) 技術並不落後於水冷反應堆。HTR具有多項技術優勢，包括更高的發電效率、固有的安全特性，其發生熔毀的可能性也極低。HTR在製氫方面也非常高效。這兩種SMR方案在工程中都有實際的進展。根據IAEA 的信息，到2030年可能會有不少於12種SMR方案準備開始運行，總裝機容量約為1600MW。這些設計包括水冷和非水冷設計。俄羅斯正在準備建造一座300MW的鉛冷SMR，作為大型鉛冷堆的前期示範電站。SMR的小批量生產可能會在2030年代初實現。

SMR有三方面優勢:一是由於是小堆芯、使用非能動安全機制以及設計集成等特點，小堆在設計簡化方面擁有很大優勢。設備和系統數量減少能夠直接降低造價，並有助於降低項目返工風險和延期風險。二是採用模塊化和工廠製造方法，能夠簡化核電廠現場建設工作，縮短建設週期，並有利於提高設備製造過程的生產效率、加強質量控制、降低建設風險、引進新製造技術。三是小堆初始投資低、建設週期短，有利於降低投資風險和融資費用。但小堆商業化也面臨五方面挑戰。一是技術方面，許多創新型小堆在技術方面尚存在不確定性，還需要開展大量研發和示範工作，各種優勢能否轉化為經濟競爭力還有待實踐檢驗。二是現行國際監管和法律框架主要基於大型壓水堆技術，需要進修訂。三是SMR的經濟性必須通過批量建設才能實現。四是SMR的批量發展，需要獲得設備製造能力、高豐度低濃鈾燃料及其他新型燃料製造能力的支撐。五是SMR試圖取消緊急計畫區，以利在人口密集區進行建設。SMR擁有廣闊的市場前景，包括減少碳排放、取代燃煤電廠、供暖、制氫及海水淡化等。

三、主要發展SMR國家

(一)美國已推出超20種小堆設計

   美國已推出超過20種小堆設計，包括輕水堆、高溫氣冷堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、熱管堆等多種堆型。Nuscale電力公司的5萬千瓦小型壓水堆設計已通過美國核管會的設計認證。美國能源部宣佈在“先進反應堆示範計劃”下為10種小堆研發提供資助，其中X能源公司Xe-100(8萬千瓦高溫氣冷堆)和泰拉能源公司Natrium(34.5萬千瓦鈉冷快堆)已明確首堆廠址，並將在2028年底前建成。在國防領域，美國國防部計劃建設兩座微堆：2024年在愛達荷國家實驗室建成一座移動式微堆，2027年在艾爾森空軍基地建成一座固定式微堆。

(二)俄羅斯推出約20種小堆設計

   俄羅斯的SMR包括壓水堆、高溫氣冷堆和快堆，由兩座3.5萬千瓦小型壓水堆KLT-40S組成的俄首座浮動式核電站已於2020年投運。30萬千瓦小型鉛冷快堆BREST-OD-300首堆2021年啟動建設，擬於2026年建成。俄原子能集團還在為滿足遠東地區能源需求穩步推進另外3座小堆核電站建設，包括兩座陸基核電站和一座浮動式核電站。兩座陸基核電站分別使用5.5萬千瓦小型壓水堆RITM-200N和1萬千瓦小型壓水堆Shelf-M，分別於2028年和2030年並網發電。浮動式核電站將使用另一種5.5萬千瓦小型壓水堆RITM-200M，擬於2027年建成投運。

(三)其他國家

   加拿大已啟動兩個小堆建設項目，加拿大國家核實驗室2019年啟動在喬克河建設5000千瓦高溫氣冷堆MMR的環評工作，計劃2026年建成。安大略電力公司計劃使用通用電氣—日立核能公司30萬千瓦小型沸水堆BWRX-300在達靈頓建設一座電廠，2022年向加拿大核安全委員會提交建設許可證申請，並啟動廠址準備工作，目標是2028年建成首堆。法國和英國準備在2030年前建成首堆。法國原子能與替代能源委員會、法國電力公司、法國海軍集團公司和原子能技術公司正在合作打造17萬千瓦小型壓水堆NUWARD，該堆目前處於概念設計階段。法國總統馬克龍在2021年宣布的“法國2030”投資計劃中明確指出，將向核能領域投資10億美元，目標包括2030年建成NUWARD首堆。英國羅爾斯·羅伊斯公司計劃2030年前完成47萬千瓦小型壓水堆首堆建設，目標是2035年建成首批10座。英國核監管機構已啟動對羅羅小堆的通用設計審查(GDA)程序。羅羅公司2022年11月宣布，已選定4個用於建設小堆的候選廠址。阿根廷和韓國小堆研發起步較早。阿根廷2014年正式啟動首座小型壓水堆CAREM-25建設，但其建設多次陷入停滯。根據阿根廷國家原子能委員會與阿根廷國家核電公司2021年簽署的合同，該堆將於2024年建成投運。韓國原子能研究所曾大力開展10萬千瓦小型壓水堆SMART研究，於2012年獲得本國監管機構頒發的設計合格證。由於文在寅政府執行棄核政策，SMART首堆建設被無限期推遲。2022年5月上任的尹錫悅政府致力於取消棄核政策，重啟核電發展，並推進小堆技術發展。