释放小型模块化反应堆的潜力

2132119510944810121913714核能装机容量（吉瓦）拥有核能能力的国家来源：国际原子能机构，政府报告；凯丰分析图1世界各国正在重新评估它们在核能方面的立场运行中计划在建筑中或委托非洲亚洲太平洋欧洲拉丁语美国加拿大和美国面对到2050年实现全球净零排放这一艰巨任务，世界各国都在寻求为其能源部门脱碳的途径。与此同时，欧洲的能源危机已成为一个严峻的警钟，提醒人们能源安全的重要性。尽管各国在实现净零排放的征程中面临诸多障碍，核能却在西方市场停滞不前。而小型模块化反应堆（SMRs）——这项备受瞩目的先进技术应运而生。 小于 3 GW3 10 GW10 50 GW超过50吉瓦新进入者；目前正在建设、调试或规划第一代反应堆这两个紧迫问题凸显了当前任务之复杂，需要在推广低碳能源和维持可靠的能源供应以满足不断增长的需求之间取得精妙的平衡。在这个关键节点上，许多国家正重新审视其核能战略和政策，特别是新兴的小型模块化反应堆（SMR）技术，将其作为解决这一难题两方面的潜在方案（见图1）。 全球核能发展轨迹亚太地区。值得注意的是，中国作为领跑者，在过去十年中建设了45吉瓦，另外还有25吉瓦正在建设中。印度也取得了进展，建设了6吉瓦的核电能力。在政治和民间对核能看法不一的背景下，日本正致力于发展先进核技术，而台湾则致力于逐步淘汰其核电站。韩国和俄罗斯继续是核技术的重大使用者和出口国，现在正在探索先进的反应堆设计。在中东地区，阿联酋启动了其第一座核电站，而沙特阿拉伯已宣布计划发展核能，这很可能在未来几年实现。不断变化的成本动态以及核能的相对经济性，特别是在煤炭和天然气价格上涨的背景下，正吸引更多潜在新进入者的关注，例如新加坡、孟加拉国、越南和澳大利亚。核能作为可靠的化石燃料替代品的相关性正获得全球关注。亚洲核能的强劲扩张尤其引人注目。在欧洲和北美洲，对核能的热情正在复苏，这可能有助于焕发其核基础设施。非洲和拉丁美洲在这方面也有一定潜力。非洲。古老大陆的核能格局正在变得清晰，以埃及与罗森塔姆的250亿欧元合作为例，该合作旨在建设一座计划于2028年完工的48万千瓦核电站。与此同时，尽管南非提出的25万千瓦扩建计划面临资金限制和公众反对的挑战，但该国仍保持着大陆上唯一核反应堆运营商的地位。加纳和摩洛哥目前拥有研究反应堆，以及乌干达，通过启动与潜在供应商的第一份协议来发展核能能力，取得了显著进展，这些能力可能到2030年代中期即可准备好。类似地，阿尔及利亚、突尼斯和肯尼亚也出现了早期阶段的兴趣，尽管目前还没有明确的战略。 解锁小型模块化反应堆的潜力2北美洲。加拿大，一个坚定的核能支持者，计划通过引进四座小型模块化反应堆来扩大其核能能力。相反，美国以其拥有世界上最大、最完善的核电站而闻名，正经历着核能兴趣的显著复苏。这种复兴是由多种因素推动的，包括《降低通胀法案》中的核能生产税收抵免、数个州废除禁止新建核设施的立法，以及推动下一代小型模块化反应堆的政策。拉丁美洲。阿根廷和巴西都拥有成熟的核计划，前者建设小型模块化反应堆，后者专注于燃料生产。墨西哥有一个160兆瓦容量的运行发电厂，最近参与了新核反应堆建设的可行性研究，但没有立即的计划。同样，关于核能推广的争论在智利、秘鲁和哥伦比亚等几个国家发生过，但也没有任何结果。欧洲。尽管获得了欧洲委员会的“绿色标签”认证，欧洲核能的潜力呈现出多元化的观点。法国、英国、芬兰和捷克等拥有成熟核计划的国家的长期以来表达了对核复兴的热切渴望。这种情绪最近在2023年联合国气候变化会议上他们表示到2050年将全球核能装机容量增加两倍时也可见一斑。特别是法国，作为拥有61吉瓦机组（大多建于20世纪70年代）的最大核能参与者，计划在今后发展中建设10吉瓦的第三代反应堆。波兰作为一个新的核能倡导者，已公布雄心勃勃的计划，将与西屋公司和高桥核能合作建设六台反应堆，以及六台小型模块化反应堆，目标是到2030年代末达到10吉瓦。相反，某些欧洲国家强调可再生能源相对于核能的优势。值得注意的是，德国自2011年以来已关闭了20吉瓦以上的装机容量，并在2023年4月完成了其淘汰计划。 211 1 11405101520105101520来源：国际原子能机构，政府报告；凯丰分析图 2欧洲、加拿大和美国的核电站正在老化核能时代 leet（年）装机容量（吉瓦）反应堆数量尽管核电在能力和地域覆盖方面有潜力为全球能源结构做出贡献，但过去几十年中，传统大型反应堆的推广面临各种挑战。公众认知、废物管理、对潜在扩散的担忧、主要由先前事故引起的安全问题以及日益强调分布式能源系统等因素都起到了作用。然而，源于更高的安全标准和定制化导致复杂性和项目完成延迟的上涨的夜间成本，是造成近几十年来核工业停滞的主要因素。因此，欧洲和北美的核能发现自己在一定程度上被日益增长的可再生能源主导所掩盖。欧洲和美国的老化核电站 15910512404550557160.5 0.4 0.49 924868 53 21 14045505521 2522释放小型模块化反应堆的潜力3欧洲加拿大and声明了联合这也体现在核电机组的老龄化上（见图2）。中国 reactors 的平均运行时间尚未达到10年，而欧洲、美国和加拿大的大部分 reactors 已经运行了35年或更长时间。例如，法国的 CP0和 CP1 设计 reactors 组成的机组的1/3 已经超过了其最初设计的40年寿命周期，加上10年的使用寿命延长，它们预计将在未来几年内退役。类似地，在美国，50% 的机组已经超过了40年的运行时间，超过了监管标准。 32 1 1 1 3 3102530350.419131472530352 除了从化石燃料转向、电气化趋势增长、零排放政策承诺以及核技术进步等因素外，全球核电站的老化也在推动对新鲜能源基础设施的需求。假设没有许可证延期，预计到2030年将有640吉瓦的全球产能被报废。即使及时更换，也仍需要增加137吉瓦才能满足全球电力需求增长所引发的核能供应，这与上述趋势相关。到2040年，对产能的需求将大幅增加：需要216吉瓦用于更换旧反应堆，还需要额外232吉瓦来满足不断增长的能源需求。展望到2050年，市场潜力——包括257吉瓦用于更换和338吉瓦用于新建——预计将在3.5万亿欧元到5.5万亿欧元之间，具体取决于反应堆成本波动。更小，模块化。人们对小型模块化反应堆（SMR）日益感兴趣，将其视为一个有前景的解决方案，以利用市场潜力。选择小型模块化反应堆的目标是利用核能的固有优势——一种可持续的、能源丰富的能源，以电力或热能的形式提供稳定输出——同时回避与推广大规模核反应堆项目相关联的挑战。 解锁小型模块化反应堆的潜力 4灵活性，通用性。小型模块化反应堆在容量方面提供了更高的灵活性，使其更容易调整电力和热力生产以满足不断变化的需求。这种可扩展性允许部署多个小型模块化反应堆组合使用，从而创建更具适应性和灵活性的电站配置。这一优势对于能源需求波动、能源需求增长或无电网的偏远地区（如矿区）尤其有用。此外，小型模块化反应堆的一个显著优点是占地面积较小，因此适用于更广泛的场地。它们可以部署在空间有限或大型电站难以建设的偏远地区。这种选址的灵活性增加了核电或热力部署的潜在地点，扩大了各地区获取清洁和可靠能源的机会。再者，小型模块化反应堆的模块化设计和较小尺寸为其提供了向电网规模较小或首次引入核电的国家出口的机会。这种国际扩张的潜力可能为核电技术开辟新市场，并在能源领域促进新的国际合作。生产，安装。它们较小的尺寸和模块化设计预计将促进并行处理，在制造和组装阶段创造优势，并允许进行功能和系统测试。这种创新方法可以实现反应堆部件的更快工厂生产，这些部件可以在受控环境下制造，并能够更方便地运输这些部件到预定地点。一旦到达现场，由于它们的模块化设计，组装小型模块化反应堆更加高效和有效。单个模块可以无缝集成，减少建造过程的复杂性。这种简化的方法不仅加快了整体建设时间表，还提高了项目进度的可预测性。 55:66解锁小型模块化反应堆的潜力 5系列生产，交付物流包括针对附加单元的程序学习系列和为非电力市场服务建设期间减少利息从较短的制造进度（上市时间）并可能降低WACCma单位tc时机h需求协调：设计简化标准化（许可，规范，法规）大型传统反应堆装置产能小型模块化反应堆的优势有望确立这种能源作为具有吸引力和经济竞争力的选择。注释：SMR是指小型模块化反应堆；WACC是指资本加权平均成本。资料来源：改编自IAEA，2014（H.H. Rogner）和NEA，逐步增加能力以改善配置；系统集成 1122332233445566图3几个因素可以弥补SMR最初可能由于有限倍数的规模经济提升SMR经济竞争力对大型传统反应堆的措施假设单单元且相同的大型反应堆设计方案概念（大型工厂直接缩小规模）多个单位Luo多个单元：店内制造学习曲线融资单元时间y的规模学习曲线：w恒模ving协调多重经济SMR经济学。采用工厂生产和模块化组装方式建造小型模块化反应堆预计将带来显著的成本节约，并缩短工期，而建造大型反应堆的过程则耗时且资源密集，工期大约要长三到四年。这些优势，加上标准化、规模经济和融资等促进因素，可以弥补从传统大型反应堆转向小型模块化反应堆时失去的规模经济效应。因此，尽管预计首批示范项目可能会遇到经济挑战（类似于导致最近取消的碳免费发电项目的情况），但小型模块化反应堆的持久优势将使其在长期内确立为核能领域中一种具有吸引力和经济竞争力的能源选择（见图3）。2022；凯丰能源转型研究所分析st经济s成本 夜er Ov 安全。小型模块化反应堆（SMR）的主要优势之一在于其增强了的安全性，这种特性源于多种因素的组合。虽然SMR与其大型同类反应堆保留了相同的安全特性，但其较小的尺寸本质上减少了潜在事故的影响，使其成为核能生产的更安全选择。此外，其紧凑的设计强化了被动安全系统的有效性，增强了反应堆的稳定性和安全性。在这种情况下，值得注意的是，SMR的设计考虑了当前的保障措施和安全要求，包含了能够承受基于设计的飞机坠毁场景和其他威胁的设施保护系统。这些方面是新SMR工程设计的重要组成部分，符合“安全设计”的原则。此外，SMR具有在地下建设的优势，增强了安全措施以应对与破坏和自然灾害相关的脆弱性。一些SMR被设计成在无需补充燃料的情况下长期运行，并且可以在制造、燃料、密封后运输到发电厂，减少了核材料的运输和处理。重要的是，轻水SMR预计将使用低富集度铀作为燃料，类似于大型核电站。这种做法不仅增强了安全性，还减少了核扩散的风险。此外，类似于大型反应堆，一些SMR被设计成将钚作为混合氧化物（MOX）燃料燃烧，有助于钚的处置，同时最大限度地减少需要处理的废物。综合来看，集成在SMR设计中的安全性和保障措施，创造了一项显著优势，特别是在许可过程中，并突显了它们提供安全和防扩散效益的潜力。 释放小型模块化反应堆的潜力 6SMR与其它技术的耦合。小型模块化反应堆将被证明是通用且适应性强的能源解决方案，其应用范围将超出传统的电力发电领域，包括并网和离网场景。例如，小型模块化反应堆可以通过电解在清洁氢气生产中发挥关键作用，为清洁能源转型提供可持续且可靠的能源来源。在这种情况下，与发电企业的合作也为通过负荷跟踪降低成本提供了机会。也就是说，可以在用电低谷时段利用电力进行电解生产，通过稳定生产并消除波动，使双方受益。小型模块化反应堆在通过海水淡化生产淡水方面也已显示出前景，这与大型反应堆已展示出的效果相似。海水淡化虽然有效，但以高能耗而闻名，通常每生产1立方米淡水需要3至9千瓦时的能源，导致运营成本高昂。小型模块化反应堆可以作为一种可行的能源来为海水淡化厂供电，作为联合发电系统的一部分。除了这些应用之外，小型模块化反应堆在放射性同位素生产方面也具有潜力，这对于医疗治疗、诊断和科学研究至关重要。它们精确且受控的辐射输出使其成为高效、安全地产生放射性同位素的理想选择，从而推动医疗保健和科学进步。此外，小型模块化反应堆可作为工业热能生成的