小型模块化反应堆

反应堆-缺失能量中的一部分转型拼图？ A U T H O R S Lars Thurmann - Moe, Benedikt Unger, Michael Kruse,Fredrik Pedersen, Andreas Dobloug, Stian Rød 小型模块化反应堆(SMR)技术在纸上很有吸引力，但很难在实践中实现。尽管高对SMR开发的投资，没有SMR尚未投入商业运营。然而，随着世界与过渡的巨大挑战来自化石燃料，兴趣的复兴已经出现在全球各地。 SMR最终是否达到了可以成为关键的阶段能源解决方案的一部分？在这篇文章中，我们看看背景SMR，它们的好处和挑战，以及为什么现在可能是正确的时间来建立一个有效的生态系统，以帮助他们从纸到现实。 D E A D I N T H E WAT E R？ 最初，核能被认为是廉价，“清洁”和稳定的。然而，三里岛、切尔诺贝利和福岛可以理解地领导政府和公众重新考虑。这些事故的严重后果导致了迅速决定在预期之前退役核计划寿命。反核情绪导致核份额下降占全球能源产量的比例，从20世纪90年代中期的17%到今天大约10%。 除此之外，近年来核能的故事凌乱和麻烦，关于废物的棘手问题处置、核能作为潜在的安全威胁恐怖袭击的目标，最明显的是巨大的成本超支和显着延迟。例如，建设两个大型现代英国欣克利角C的反应堆(EPR - 1600 s)最初是估计耗资160亿英镑，并开始商业运营到2025年。 2023年2月，法国电力公司宣布其成本可能会增加到327亿英镑，完工将推迟到2028年9月最早的-惊人的大约100%的成本超支和三年的延迟。一些观察家得出结论，大规模核能发电的安全和经济风险太伟大了，无法承担。 T H E在T R A C T I O N S O F S M R S 小型反应堆可以追溯到核电的早期工业。建于苏联，美国和欧洲国家/地区20世纪50年代至70年代，这些早期的小型反应堆最初用于潜艇和航空母舰的军事目的。小型反应堆与大型核能相比，规模经济普遍较差发电厂(LNPP)，通常至少为700MW -足够为马德里大小的城市供电。然而，SMR可以规避利用模块化减少资本的经济劣势投资。此外，简化生产和认证在工厂环境中可以显著减少建筑和部署时间表。 SMR部署比传统部署灵活得多 反应堆。美国的LNPP有一个800平方公里的紧急规划区（大约是圣地亚哥的大小），SMR开发人员认为他们的安全区将等于现场边界的安全区。此外，SMR的小容量有利于离网部署，解锁新的用例，如现场工业发电。 来自投资者从角度来看，SMR有大幅降低前期投资要求，它打开一个新的命题核能较小投资者。这增加了的总资本池核，减少压力关于地方政府和 来 自 投 资 者 透 视，S M R S有明 显 较 低U P F R O N T I N V E S T M E N T要 求，其 中开 启 新 的 主 张用 于 核 能较 小 的 投 资 者 。 市政当局，并进一步增加采用率。此外，较低项目复杂性和较短的部署时间可以减轻核电新建项目的成本和进度风险。 而对于一些人来说，感知到的安全、安保和环境任何形式的核裂变功率的风险仍然是不可接受的，因为许多其他国家，包括世界上许多政府，SMR似乎提供了一种有效的方法来帮助满足基本负载的需求发电没有建设和经营LNPP。 W H Y A R E N'T S M R S A L R E A D YD E V E L O P E D? 鉴于小型反应堆的吸引力和悠久的历史，质疑为什么没有SMR正在运行是合理的。事实上，SMR不是预期的开始商业运作，直到本世纪末目前只有少数技术接近商业化。大多数SMR仍处于概念阶段，因此很难在没有进一步开发的情况下评估它们的商业可行性， 测试和部署。作为海军上将海曼·里科弗，1957年，美国核工业对国会议员说：“任何你还没有建立的工厂总是比你的工厂更有效率have built. This is obvious. They are all efficient when you have not done他们身上的任何东西，在谈话阶段。然后他们都很有效率，它们都很便宜。它们都很容易建造，没有一个任何问题”。 SMR的发展缓慢可以归因于几个核能行业面临的挑战。多年来，LNPP的运营成本增加，而新项目遇到延误和成本超支。铀的昂贵过程采矿和缺乏可行的核废料储存解决方案增加了复杂性。由于反应堆之间的长间隙，劳动力不断减少建筑，以及影响融资的利率上升，也导致轻重缓急和破坏发展努力核能。 此外，SMR技术开发的复杂性对于开发人员和供应商来说，这是一个障碍。制作SMR成本效益需要突破性创新来降低资本支出和运营成本，以获得合理的水平化电力成本(LCOE)。在他们目前的发展状态下，SMR还不代表商业上有竞争力的能源。然而，当我们看在提供类似可靠性的发电技术中与SMR相比，竞争力变得更加明显1,2（图1）。 W H Y S M R S A R E A H O T T O P I C N O W 当今的全球能源市场正面临着熊彼特比例作为脱碳的大风化石燃料发电的现状。解雇核能是在后福岛时代更容易，当许多有吸引力的替代品were available. Renewables were growth fast and being more负担得起，而天然气足够干净，随时可用。然而，近年来价格上涨，加上强劲的强调供应安全和稳定的电力供应，有改变了前景。此外，能量的间歇性通过可再生能源产生，再加上问题如土地利用效率、网络成本和电网效率，意味着还需要其他能源来加速绿色转变进一步。核仍然是稳定可用的少数选择之一基荷功率。 俄罗斯入侵乌克兰和随之而来的大量供应-侧面干扰向世界各国领导人强调了这样的信息：能源安全在一个动荡的地理环境中变得越来越重要。政治环境。传统的，不可再生能源煤炭、石油和天然气仍然占世界上大多数 能源消耗。对于非生产国家,这需要严重依赖关于进口，作为储存这些类型的燃料用于超过几个月的消费远远超过总存储容量。 传 统 的，非- 可 更 新 的 能 源 来 源例 如 煤 、 油 和 气 体St i l la c c o u n tf o rt h e世 界 多 数能 源 消 耗 。 稳定且运作良好 因此，供应链对于确保可靠的能源至关重要准入，以及过度依赖进口的缺点随着最近的发展变得明显。作为国家世界各地都在意识到减少依赖的必要性在能源进口方面，以对冲突然的供应冲击，核能作为一种潜力开始变得更具吸引力替代。核燃料的能量密度远远优于其他来源，一个铀燃料颗粒(指尖大小)含1吨煤，3.5桶石油或4, 800桶的能源立方米的天然气。对于一座1000兆瓦的核电站，3每天消耗的燃料刚刚超过3公斤。相比之下，燃煤具有类似容量的发电厂每天燃烧约1万吨。 随着核能对于面对 能源价格上涨和政府寻求能源安全自主性，SMR越来越被认为是一种有吸引力的替代传统的核，无论是本身还是作为桥梁下一代核反应堆。 W H O I S L E A D I N G T H E WAY 公开表达部署意向的国家数目短期到中期的SMR一直在稳步增长。目前，30多个国家对SMR有既得利益，要么通过技术的开发或潜在部署。毫不奇怪，拥有最多核经验的国家在SMR部署中处于领先地位。然而，即使是那些没有核经验的人正在把注意力转向SMR，比如波兰、沙特阿拉伯和爱沙尼亚。 正在寻找SMR部署的国家1: 图2：正在寻找SMR部署的国家 SMR空间挤满了80多种不同的技术在发展中，每个都有自己独特的功能。作为行业随着技术的发展，大量的这些技术将失败，少数领导者将占上风。一些共同的特征与成功: –政府支持：政府财政支持机构是技术供应商成功的关键因素，因为SMR设计的研发阶段是现金密集型的。国家/地区的供应商与可预测和有经验的政策制定者，如NRC美国、加拿大的CNSC和英国的ONR也将一个优势。 –先发优势：首创（FOAK）反应堆通常是被认为比同类第N个风险更大，更麻烦reactors (NOAK)。因此，已经成功部署的供应商他们的技术可能比那些获得更多的业务后来到市场。 –传统技术与实验技术：市场共识是，客户，特别是公用事业，更喜欢传统的并在实验中测试了技术（轻水反应堆）需要改变政策的技术。 –供应商稳健性:供应商的感知稳健性将是一个重要因素。拥有既定核和工程背景可能具有天然优势（如GE Hitachi、Holtec International等）。 –供应链稳健性：拥有已建立的供应链强大的核制造经验将是重要的建设客户信心，考虑到以前的成本超支历史和延迟。 然而，第一个SMR进入市场的可能竞争者之一是，NuScale最初于2007年在俄勒冈州成立，目前正在预测2029年首次商业运营（图3）。 T H E I M P O R TA N C E O F B U I L D I N GT H E E C O S Y S T E M 使SMR能够克服发展挑战并实现他们在能源转型中的潜力，创造正确的环境至关重要。在20世纪，核工业在标准化和监管方面蓬勃发展。然而，今天的劳动力缺乏必要的经验，现有的法规侧重于大型植物。 确保安全和公众可接受的基于SMR的核能解决方案，一个由供应链、开发者、运营商、和维护提供商必须创建，同时监管适合目的的环境。 首先，行业和监管机构必须合作建立标准并实现技术优势。模块化和工厂制造简化了供应链和施工，需要支持它们的新监管规则。一种新的监管范式 精简是必要的认证与设计修改。协调许可框架可以增强核电的呼吁和确保跨区域的一致风险管理边界，积极影响政策制造商和公众。 使S M R能 够 克 服 发 展 挑 战并 填 补 他 们 的 潜 力在 能 量 转 换 中,创 造 权 利环 境 是 关 键 的 。 其次，关键部分 需要识别和解决供应链的问题。这可能包括评估供应链中的技术风险，以及可用性。一个需要紧急解决方案的关键领域是熟练劳动力的发展。虽然相对而言直接建立工厂，这些需要填充和与核，机械，电气和土木工程师一起操作。目前缺乏有核电经验的人员,并且需要随着时间的推移而建立。 最后，如果要在 未来几十年，它需要最先进的运维概念，包括工业4.0解决方案，如数字孪生和预测在人工智能和机器学习的辅助下进行维护。 I N S I G H T S F O R T H E E X E C U T I V E SMR可能会越来越重要，作为future energy mix. Executives would do well to include SMR in their对未来能源供应的考虑。 –跟踪核发展：企业需要留下来最新的核工业发展和新兴技术。这包括跟踪监管变化，行业趋势和新创新，以及这可能如何影响他们的操作。 –重新考虑核能作为能源组合的一部分：公司应该考虑SMR的出现可能涉及新的潜力在他们的能源战略中受益于核电，包括其低碳足迹、可靠性、可扩展性和新用例。 –与核工业领导者建立伙伴关系：企业可以受益于与核工业领导者建立伙伴关系，可以提供知识，专业知识和技术。这些伙伴关系还可以帮助建立信誉和信任利益相关者，包括客户和投资者。 –评估核风险和机遇：企业应评估与整个核能有关的潜在风险(例如，监管、公众批准、安全和废物处理)和相关成本，以及SMR特定的考虑因素，如没有达到技术的全部潜力或不成熟本身。相反，高管应该对新核技术和节省成本的潜力。 –投资核教育和劳动力发展：Utilities工业可以在促进发展中发挥关键作用核劳动力。这包括支持教育和工人培训计划，以及投资于研究和development to advance the field. This can help to ensure a skiled未来的劳动力，并为核工业。 LARS THURMANN - MOE 是亚瑟·D·利特尔奥斯陆办公室的合伙人能源与公用事业实践的成员。 受益人是Arthur D. Lit