小型模块化反应堆在通往可持续能源未来道路上的真正力量：揭示关键机遇和挑战

揭示关键机遇和挑战 目录 前言3 简介5 1从承诺到真正的价值主张8 2 SMR竞争力之路20 3如果满足特定条件，预计将从2030年开始大规模部署28 结论41 前言 随着我们迈向可持续能源未来，小型模块化反应堆（SMR）成为另一种潜在的灵活可靠的低碳解决方案。近年来，SMR发展势头强劲，在全球范围内开发了若干设计和项目。一些进展顺利的项目正在吸引更广泛的行业和投资者群体的注意，他们正在寻找示范和首堆项目，以验证SMR的技术可行性、经济可行性和商业潜力。 在基准和乐观情景下，我们预测到2050年，将有400至700台小型模块化反应堆（以15万千瓦机组计）投入运营（总装机容量约60至100吉瓦）。展望2050年，我们预测其中约50%的SMR将部署于工业领域（以制氢、钢铁和铝为主要细分市场），约40%用于电网供电，约10%用于区域供热等应用。 我们同时也预计，到2050年，约50%的SMR将位于亚太地区（主要由中国驱动），17%在欧洲，16%在北美。 在利好政策和相关基础设施的支持下，预计首批示范项目将于2030年左右投入运营，其一次性工程造价（overnight CAPEX）预计为每千瓦1.5万至2万美元。随着行业从“首台套”（每千瓦8000至1.3万美元）向“推广部署”（每千瓦5000至7000美元）的过渡，成本预计将下降。 然而，要确保SMR的成功部署，确定性的支持是关键赋能因素，例如政府资助、监管能力、供应链整合以及生态系统协调。尽管私营部门正推动着研发工作，但政府将在制定有利的政策和许可框架方面奠定基础，以及提供长期支持方案以确保SMR投资的经济可行性方面发挥关键作用。行业参与者也需要采取协作方式，通过提供所需的供应链支持来促进核能的采用。 得益于系列化效应，模块化、共址建设、经验积累和标准化将成为优化SMR成本的关键驱动力，其效率和可实现性都将优于大型反应堆。 其他一些关键赋能因素还包括：标准化反应堆设计、在项目初期就获得ESG（环境、社会和治理）批准，以及简化许可和监管流程，以确保SMR的开发时间表按计划推进等等。 我们预计首批示范堆将于2030年左右投入运营，而从2040年代开始，随着第四代核能系统的出现并且能够响应更广泛的应用场景，SMR部署速度将出现真正的加速。 MileMilisavljevic安永-博智隆合伙人战略与交易美国安永会计师事务所 Jeremie Haddad法国安永咨询合伙人西欧电力和公用事业主管 ssamTaleb 法国安永咨询安永-博智隆合伙人战略与交易法国能源主管 简介 在此背景下，来自四大洲的20多个国家签署了一份联合宣言，承诺到2050年将核能装机容量增加到三倍，以此确认核能在实现净零排放中的关键作用。2026年3月，随着中国国家原子能机构在巴黎举行的核能峰会上宣布签署《三倍核能宣言》，加入该宣言的国家数量已达到38个。 世界正朝着低碳能源转型，逐步减少化石燃料的使用，并转向更多电气化应用。 尽管波动性可再生能源在这一转型中扮演着关键角色，但能源结构的转变不能完全依赖可再生能源，还需要额外的手段来平衡电力的供需。 增加国家电网中的核电装机容量，对于确保可靠的电力供应至关重要，同时有助于提升可再生能源消纳。此外，得益于60多年来持续提升的安全标准，核能的安全性和经济性已经在规模化部署中（例如1970年代至2010年代在美国、法国、韩国和中国进行的大型反应堆机群建设）得到证实。 此外，2023年11月，欧盟委员会正式宣布成立一个专注于小型模块化反应堆（SMR）的产业联盟，旨在加速这些技术的部署，并确保欧盟拥有强大的供应链。 然而，在过去20年里，核能的装机容量和市场份额一直停滞不前，在经合组织（OECD）国家中，退役停运的机组数量多于新增并网的机组。 近年来，核能出现了复苏的势头。此前在迪拜举行的COP28大会上，核能作为一个新的关键角色出现在这一能源行业的旗舰盛会上，而该活动传统上一直是以展示可再生能源为主。 SMR代表了该行业重新成为主流基荷能源的希望。 本报告旨在探讨这一核能行业千载难逢的机会，使其重拾发展节奏，重归增长轨道。 在此背景下，核能能否摆脱其“过于昂贵且过于缓慢”的名声，在通往净零星球的竞赛中发挥关键作用？ 我们所说的小型模块化反应堆（SMR）和先进模块化反应堆（AMR） 为便于阅读，在本报告中，SMR一词同时指III/III+和IV型反应堆，包括SMR和AMR。 什么是SMR？ 小型模块化反应堆（SMR）是先进的核反应堆，单台机组的功率容量预计高达300兆瓦，约为大型核电反应堆发电能力的三分之一。 SMR为： ◼小型——功率从2兆瓦到300兆瓦◼模块化——使系统和组件能够在工厂组装，并作为一个单元运输到安装位置◼反应堆——利用核裂变产生热量来发电 SMR有何作用？ SMR的发展状况如何？ 小型模块化反应堆旨在作为核能供应的补充，参与经济的脱碳进程。“大型”核反应堆通常只用于发电，即专门用于并入主干网的大规模电力生产。但SMR的目标是满足特定和局地对热力或电力的需求。 世界各地正在开发设计80多个商业SMR项目，一些SMR项目已在俄罗斯、中国和阿根廷投入使用。 在全球范围，SMR预计将从2030年开始迎来规模部署，AMR预计将从2040年开始部署 有赖于相对低的功率，它们可以更容易地集成到小型电力或热力网络中，靠近工业和孤立的用能场所。 小型模块化反应堆（SMR）与先进模块化反应堆（AMR）有何区别？ ◼目前存在两种类型的水冷反应堆：◼第三代（Gen. III）：传统的水冷反应堆◼第三代半（Gen. III+）：具备增强型安全特性的传统水冷反应堆◼小型模块化反应堆（SMR）可以是传统的水冷反应堆，与大型核电站相比，其功率范围更低。◼先进模块化反应堆（AMR，即第四代反应堆）集成了多种技术，旨在改进燃料循环并提升安全性。 NUWARD数字模型，资料来源:EDF，NUWARD 从承诺到真正的价值主张 随着能源转型带来的电力需求日益增长，小型模块化反应堆（SMR）提供了简单、可扩展且可靠的低碳电力。SMR能够与可再生能源形成互补，并带来多重效益，例如稳定电网、热电联产、减少土地占用以及实现能源去中心化。 此外，SMR的设计旨在绕过阻碍传统反应堆被广泛采用的一些障碍，如资金投入、建设周期、过度集中、安全以及核废料管理等问题。例如，部分第四代（Gen. IV）和三代半（Gen. III+）技术将包含被动安全特性，并利用大型核电站（NPP）产生的核废料来实现燃料循环的闭合。 尽管本报告中SMR的定义涵盖了第三代/三代半（Gen.III/III+）和第四代（Gen. IV）技术，但我们仍需加以区分：第三代/三代半（即通常情况下SMR所指代）是现有核电站的微型化版本，技术已经成熟；而第四代（即先进模块化反应堆AMR）则蕴含着重大的技术潜力。第四代反应堆提供了多样化的价值主张，包括更高温的热能应用、更强的安全性以及闭合燃料循环，但其技术成熟度目前还相对较低。 SMR的关键优势之一在于其多功能性，涵盖并网和离网应用。得益于热电联产、电力灵活性以及高温特性，SMR能够为电网、区域供暖、工业领域以及偏远地区提供能源。 根据应用场景和客户需求的不同，未来可能会出现两种主要的商业模式。一种是制造商模式：主要基于设计和许可（也可能包括组件制造和核电站建设），类似于大型核电站的模式，并适用于电网应用场景。另外一种是“能源即服务”（Energy-as-a-service, EaaS)模式：向最终客户提供交钥匙解决方案，更适用于离网应用。 最后，SMR的发展势头正劲，全球已有超过80个项目正在推进。然而，我们必须认识到，尽管围绕SMR的讨论十分热烈，但处于高级阶段的项目仍然寥寥无几，这一市场的经济模型和可行性仍有待验证。 随着能源转型带来的电力需求日益增长，小型模块化反应堆（SMR）提供了简单、可扩展且可靠的低碳电力。 基荷容量 在各类应用电气化、逐步淘汰化石能源的背景下，小型模块化反应堆提供大量可靠的无碳基荷电力，可作为传统化石能源的理想替代品。 满足不断增长的电力需求离不开核能。在联合国COP28气候变化大会上，通用电气日立（GEHitachi）及其他行业领袖共同签署了《净零核电行业承诺》，致力于到2050年实现“三倍核能”计划。 电网稳定 波动性可再生能源需要电网具备更强的稳定性，而小型模块化反应堆通过灵活运行或负荷跟随模式，能够有效支撑电网稳定。 热电联产 SMR能够实现热电联产，同时满足离网应用场景日益增长的电力需求。 土地占用 核能的平均土地占用强度最低，仅为7.1公顷/太瓦时/年。相比之下，太阳能光伏的土地占用强度高达2000公顷/太瓦时/年。 布拉德·哈奈特通用电气日立核能公司战略营销负责人 去中心化 SMR为2-300兆瓦甚至需求更低的用户提供了经济实惠的选择。相比传统的大型核电站，它适用于更多样化的应用场景，包括偏远地区。 SMR的设计旨在绕过阻碍传统核反应堆被广泛采用的一些障碍，包括财务成本、建设周期、集中化管理、安全以及核废料处理等方面的问题。 SMR特性的比较优势 熔盐技术通过几何结构确保了非能动反应堆的安全，快中子使部分现有的核乏燃料重新利用作燃料。 四代技术，尤其是高温气冷堆(HTGR)，凭借其固有的安全特性，能够在500℃上下温度产生热量，以满足对蒸汽和热能需求量大，且难以实现脱碳的重工业的需要。 NAAREA首席执行官 Antoine GuyotJimmy首席执行官 Thorizon模块化核心设计利用流体特性实现非能动安全。 Thorizon首席运营官兼法国董事 newcleo的先进快速反应堆解决方案独具特色：我们的设计及固有安全特性使我们的反应堆能够比其他技术拥有更广泛的选择区域。我们采用回收的乏燃料，不仅将降低自身运营的碳足迹，还将有效实现燃料循环闭合，减少长寿命废物的存量。此外，我们技术的简单性意味着我们的反应堆将具备极强的成本竞争力。 SMR的一个关键特点是，其单位CAPEX低于大型堆，这降低了投资者的资产负债表风险，尤其是在那些大型核电站曾因成本和进度严重超支而遭受重创的地区。 GE日立核能公司战略营销主管 Stefano Buonnewcleo首席执行官 第三代/三代半小型模块化反应堆是小型化的现有核电站，第四代先进小型模块化反应堆则代表技术未来 水冷堆 液态金属堆（快中子光谱1,2） 差异化因素 ◼大多数能够利用电力和热能启动去中心化生产系统的成熟技术都与产业密切相关。◼热应用：低温热（＜300℃）用于区域供热、海水淡化、低温电解等 ◼用于产生高温热能的技术，以满足工业高需求。◼热应用：超高温度（＜1000°C）用于石油化工、煤气化、蒸汽电解、蒸汽甲烷重整、热化学工艺、钢铁等。 ◼非能动安全技术应用于常压且所需水量较少的场景。 ◼一些熔盐反应堆可归类为快中子堆，从而能够利用大型核电站及其他小型模块化反应堆产生的核废料，实现燃料循环的闭环。 ◼热应用：高温（<800°C）下生产部分石化产品、制氢和炼油等。 ◼允许使用来自大型核电厂和其他SMR的核废料来实现燃料循环闭环的技术。◼铅和钠冷却的反应堆可以在接近大气压的水平下运行。◼加热应用：中温（<600°C）‡，适用于甲醇、石油精炼等领域。 SMR凭借热电联产、不同功率范围（从2到300兆瓦电力）以及高温特性，可应用于多种并网和离网场景。 说明 ◼电网：SMR具有提升电网可靠性的潜力，并有助于增强综合能源系统的韧性。小型模块化反应堆还能为电网容量有限的偏远地区提供电力。小型模块化反应堆特别满足了小型国家的需求——在这些国家，由于电网规模和政府预算的限制，大型反应堆并不太可行。 ◼钢铁：随着转炉炼钢工艺（BOF）向直接还原铁-电弧炉工艺（DRI-EAF）的演进，该行业对电力的需求将显著增加，SMR可以提供电力和0-5