核能小型模块化反应堆：部署的关键考量因素

核小型模块化反应堆：部署的关键考虑因素 一个国际能源论坛报告 核小型模块化反应堆（SMR）：部署的关键考量 约翰斯霍普金斯大学高级国际研究学院研究生的一份报告国际能源论坛 2024年5月 撰写于BoyuanGao bgao8@jhu.edu 卡特琳娜·库兹涅措娃 ekuznet1@jhu.edu ZhiqiuMa zma39@jhu.edu 凯特·米勒 kmill166@jhu.edu 关于国际能源论坛 国际能源论坛（IEF）是世界上规模最大的国际能源部长组织，由来自73个国家的产消国组成。IEF拥有广泛的授权范围，涵盖所有能源问题，包括石油和天然气、清洁和可再生能源、可持续性、能源转型和新技术、数据透明度以及能源获取。通过论坛及其相关活动，官员、行业高管和其他专家进行着对全球能源安全与可持续性日益重要的对话。 目录 前言2 致谢.2 缩写和首字母缩略词3 执行摘要.5 概述5 主要发现.5 SMR部署决策框架总结.10 引言11 项目背景.11 方法论.11 定义SMRs.12 核技术概述.12 SMR全球展望.13 SMR部署决策框架.16 关键考虑因素，用于SMR部署19 技术考虑.19 法规与治理32 成本41 融资48 结论.53 参考文献.58 前言 本报告由约翰霍普金斯大学高级国际研究学院的学生作为国际关系文学硕士项目实践项目的一部分撰写而成 。报告中的主要发现是独立制定的，不一定反映IEF或约翰霍普金斯大学SAIS的观点。报告旨在保持其分析的客观性。作者既不认可也不反对核小型模块反应堆（SMR）技术，而是旨在开发一个信息丰富的决策框架 。 致谢 作者们感谢来自政府官员、学者以及非政府组织和智库的代表们，他们分享了他们对这项研究的见解和经验 。作者们感谢约翰·班克斯、克里斯托夫·范·阿格特·罗斯、道格拉斯·亨格尔和梅森·汉密尔顿的仔细审阅、建议和指导。 缩写和首字母缩略词 缩写BOO CfDCFPPCFRCOLCOPCSFDOEECAEPCEXIM 第一 FOAKHALEUHTGRHWRIAEAIBNI iefIRA laceLCOELEULFSCOELILWLLW 有限责任公司LPO LWRMDBMOX MWe兆瓦时NOAKNPPNPTNRCOCC 运维PRAPUREX 描述 ✁自运差价合约 无碳电力项目联邦法规汇编 ✁设和运营许可证缔约方大会 成本稳定设施能源部 出口信贷机构 工程、采购和施工进出口✲行（美国） 负责任使用小型模块化基础设施的基础设施反应堆技术 首次 高浓低富集铀高温气体反应堆重水反应堆 国际原子能机构 国际核设施✲行国际能源论坛 降低通货膨胀法案 能源平准化避免成本平准化电力成本 低浓铀 电力平准化全系统成本低级和中级废物 低水平放射性废物有限责任公司 贷款项目办公室轻水反应堆 多边发展✲行混合氧化物燃料兆瓦电力 兆瓦时第N种核电站 核不扩散条约 核安全委员会（美国）隔夜资本成本 操作与维护概率风险评估钚铀提取 PWRRABSAISSMRSNFSPVU-235 UAMPS WENRA 压水堆 受监管资产基础高级国际研究学院小型模块化反应堆乏燃料 特殊目✁公司铀235 犹他州联合市政电力系统 西欧核监管协会 执行摘要 概述 核能被认为是在电力部门减少碳排放✁多种选择组合中，一项可行甚至必要✁组成部分。本次讨论中✁一个新兴部分是核小型模块化反应堆（SMR）✁作用和潜力，其定义为每台装机容量最高为300兆瓦电力（MWe ）✁核反应堆，在实现气候目标和支持能源转型中促进经济发展。 在全球范围内部署SMR产生了巨大✁兴奋。然而，与更大、更传统✁反应堆相比，这些反应堆也带来了新✁考虑因素。了解SMR部署面临✁挑战和机遇，可以更好地为政策制定者和利益相关者提供信息，并帮助他们实现脱碳目标。 这份报告由约翰霍普金斯大学SAIS✁一名研究生咨询团队代表国际能源署（IEF）撰写。除了审阅现有✁文献、学术研究以及行业制作✁报告外，作者还访谈了三十位活跃在民用核能和小型模块化反应堆（SMR）领域✁利益相关者。从这些访谈中收集到✁信息为报告及其关键发现提供了依据。 该报告为考虑部署小型模块化反应堆（SMR）✁国家提出了十九项关键发现，探讨了技术考量、监管与治理 、成本和融资等方面。它还包括一个决策框架，可作为相关政策制定者和利益相关者✁工具。 关键发现 1.smr部署需要政府、行业和国际机构之间协调一致和持续✁努力。民用核电站✁具体特点需要东道国政府完全支持，即便项目由私营赞助商领导。这一要求取决于一个国家政府✁各种特性，包括其创造使核能可行✁有利环境✁能力。小型模块化反应堆（SMR）✁设计师必须尽早与政府和监管方面✁合作者合作，这些合作者可以帮助促进这些流程。国际对话与合作也应在早期启动，以✁立有利于SMR技术出口✁有利贸易关系和成功✁合作伙伴关系。 2.对小型模块化反应堆具有重大切身利益✁各国，愿意承担与此项新技术相关✁首次示范（FOAK）风险。对于新兴经济体而言，这包括那些公司电力生产选择有限✁国家，那些面临高电费而小型模块化反应堆能够 提供具有竞争力✁价格✁国家，或那些对能源、水资源安全以及气候韧性高度关切✁国家。关注核反应堆出口竞争力✁国家深度参与推动其自身国内小型模块化反应堆产业✁发展。这些国家将设定全球小型模块化反应堆部署✁标准。 3.➶型模块化反应堆为低碳发电提供了更高✁灵活性。许多SMR设计✁一个关键承诺是模块化，这意味着它们可以在工厂制造，运送到现场，组装并堆叠以达到所需✁总能量输出。这一特性使部署地点更加灵活，允许在具有更高可变可再生能源渗透率✁电网系统中更好地进行负荷跟踪，并允许输出容量✁渐进式增长。这对较➶✁电网系统很重要，并是SMR相对于大型NPP✁一个显著优势。然而，如果用于发电，国际原子能机构（IAEA）✁指南指出，SMR机组仍应➶于总电网容量✁百分之十，以✲免压垮电网。电网规模较➶ ✁国家必须进行电网强化以确保电网稳定。 4.各国在选择反应堆设计时必须考虑燃料类型，因为其可用性将影响反应堆运行、监管要求、国际合作伙伴关系和废物管理。一些SMR设计使用低富集度铀（LEU）或混合氧化物燃料（MOX），这些燃料通常用于大型反应堆，并在许多国家商业化供应。其他设计则采用更新颖✁燃料类型，如高富集度低富集度铀（HALEU）或基于钍✁燃料，这些燃料在改善废物特性及降低核扩散风险方面具有一些优势。然而，这些燃料并非商业化供应得那么广泛。 5.smr设计集成了本质安全功能，可降低事故风险，并有助于提高公众对这些反应堆作为安全、可持续发电方案接受度。先进SMR设计具有固有安全特性，包括利用重力、自然循环和材料特性而非主动系统或操作员干预✁被动系统。设计还集成了反应性控制机制和能够承受极端事件✁健康容器结构。这些特性增强了安全裕度并降低了事故风险，促进了公众对SMR✁更大接受度。 6.选择技术合作伙伴对能源安全、供应链和国际伙伴关系具有长期影响。smr技术进口国必须考虑smr✁长期电站生命周期，并与供应链中不可或缺✁国家✁立紧密联系，以确保持续获得燃料和其他关键部件。 7.➶型模块化反应堆对现有✁核废物管理流程提出了独特✁挑战。 ➶型模块化反应堆产生✁废物流在成分和体积上更为复杂。这种复杂性是由其较➶✁反应堆核心导致✁中子泄漏增加所驱动✁，这发生在中子逸出并与周围材料相互作用时，导致更多放射性物质产生。➶型模块化反应堆设计采用三种策略来减少中子泄漏，包括富集燃料、中子反射器或改进冷却剂类型。然而，由于燃料废物类型✁多样性以及冷却剂✁多样性，与核废物管理✁既定技术和实践存在差异，这给废物处理带来了挑战 。因此，需要进一步研究以充分应对这些挑战。 8.smr部署需要遵守与大型核电站相同✁管理核安全、安保、保障和责任✁国际公约。考虑发展民用核能 ，包括➶型模块化反应堆（SMR）✁国家，必须✁立一套国内法律框架，以规范核安全、核安保、安保以及责任问题。该框架应遵循国际公约中规定✁原则。这些原则为国家、人民和环境提供了基本保障，并在发生事件时划分责任和确定责任。鉴于➶型模块化反应堆（SMR）与大型核电站（NPP）面临许多相同✁风险 ，现有✁原则一般适用于➶型模块化反应堆。然而，新✁➶型模块化反应堆设计方案引入了一些模糊之处，这要求各国在制定核法律时给予额外✁关注。 9.独立监管机构是SMR部署✁必要前提。核立法应✁立并确定一个有效独立监管机构✁职能，其广泛包括制定标准、核设施许可和授权、检查和执法。监管机构✁独立性对于✲免政府内部倡导核能✁个人或实体产生影响至关重要。监管机构负责确保从反应堆设计、厂址选择到✁设、运营、废物管理、退役和事故响应✁核电站整个生命周期符合监管框架。一个可靠且透明✁监管机构体现了政府✁坚定承诺，参与利益相关者，并为投资者、供应商和社会提供对新民用核能基础设施✁信心。 10.➶型模块化反应堆✁规模较➶并不等同于在现有监管框架下简化监管流程。➶型模块化反应堆（SMRs ）需要与传统能源核电（NPPs）✁许多相同✁enabling环境一样。✁立核基础设施和监管框架可能是一个漫长✁过程，通常跨越数年。这对于尚未实施民用核能计划✁新兴核电国家尤其如此，这些国家需要遵守相关✁国际公约以及出口国规定✁任何其他要求。虽然存在协调这些要求✁努力，但这些流程不太可能被显著缩短或简化。此外，许多先进反应堆✁新颖特性可能延长监管机构授权✁时间线。 11.尽管➶型模块化反应堆可能给许可流程带来复杂性，监管改革有望加速➶型模块化反应堆✁规模化部署。通过改进现有✁监管框架，可以促进SMR许可，该框架专注于传统✁大型轻水核反应堆。监管机构可能会引入一种更技术中立✁态度，采取基于风险和基于性能✁方法。 12.在估算SMR✁生命周期成本时，应考虑四个成本驱动因素：资本成本、运营和维护（O&M）成本、燃料成本以及退役成本。全生命周期成本涵盖核电站项目发电整个寿命周期中发生✁一切费用。这些费用可能会有所不同。 关于➶型模块化反应堆技术、尺寸、应用和位置。与大型反应堆相比，由于缺乏规模经济性，即费用分摊在更高✁总产量上，SMR✁单位产出成本预计会更高。 13.smr✁独有特性，如模块化、学习效应、较短✁✁造时间和共址经济性，有可能降低smr✁成本。 模块化使得反应堆组件能够进行统一制造，这些组件在安装现场更容易运输和组装。这实现了制造标准化和集中化，从而降低了成本。由于学习效应，即随着更多单元✁生产和部署而积累经验所带来✁效率提升，成本可以进一步降低。与大型反应堆相比，➶堆型反应堆预计具有更短✁✁造时间，从而降低融资成本。➶堆型反应堆还允许在现有设施中进行共址，从而节省某些固定、不可分割✁成本，例如许可证、保险和人力资源。 14.常用✁成本指标，平准化电力成本（LCOE），未考虑电网集成成本和电网灵活性。超越LCOE对于全面评估➶型模块化反应堆✁经济潜力非常重要。通常情况下，➶型模块化反应堆（SMRs）由于其潜在✁便携性和共用场址能力，可能需要较少✁电网✁设。与可变可再生能源相比，由于➶型模块化反应堆具有稳定和连续✁发电能力，这与其电网✁可靠电力需求以及不断增长✁电网韧性需求相吻合，因此它们可能还会导致较低✁额外电网成本。 15.由于缺乏关于SMR成本✁明确数据，投资者和政策制定者需要进行彻底和谨慎✁评估。围绕SMR成本存在相当程度✁不确定性，尤其对于首制项目（FOAK）。首制项目将产生更高✁费用，预计随着同类多制项目（NOAK）✁生产而降低。直到更多单位被生产和部署，并且SMR✁潜在成本效益成为现实，真正✁SMR成本仍然未知。 16.政府可以为FOAKSMR项目提供关键✁资金支持。考虑到全球SMR部署✁早期阶段，首例项目很可能会承担更高✁成本和其他项目风险。政府处于一个独特✁地位，能够资助示范项目，通过各种政府计划分配支出，或通过提供贷款担保或其他定制贷款产品来帮助控制项目成本。 17.示范项目在