问答快速指南：小型模块化反应堆

问答快速指南：小型模块化反应堆 关键要点 • 随着电力需求激增——部分由人工智能/数据中心的发展推动——核能提供了一种潜在的解决方案。据美国银行全球研究部称，技术上的新进展可能使小型模块化反应堆（SMR）在未来十年重塑核能供应链的转折点初现可见。 根据美国银行全球研究，如果小型模块化反应堆（SMRs）实现商业化，它们将比传统的、大规模的核电站（NPPs）具备五大主要优势：1）更高的可负担性；2）增强的安全性；3）模块化设计；4）更小的占地面积；以及5）减少二氧化碳排放。 • 随着2025年小型模块化反应堆（SMR）的发展势头日益增强，我们剖析了七个问题，以更好地理解未来的发展道路。 #1. 核反应堆是什么？核反应堆是一种能够包含和控制核裂变链式反应的装置，该反应过程会产生热量。热量被传递给冷却剂，冷却剂随后被用来产 生蒸汽。蒸汽驱动涡轮机，涡轮机进而产生电力。简而言之，核反应堆可以被视为核电站的心脏。 #2. 什么是小型模块化反应堆（SMR）？小型模块化反应堆（SMR）是零碳排放、先进的核裂变反应堆，可为用户提供基础负载电力，单台或单个模块的发电容量在 20至300兆瓦电（MW(e)）之间。它们的设计目标是成为传统大型AP-1000类型反应堆的小型化、预制版本。 根据博鳌亚洲研究所的研究，在过去十年中，公共和私营机构都积极努力，旨在将SMR技术付诸实践，因为其相较于核电站具有显著优势。 与传统的大型核电站相比，小型模块化反应堆（SMR）占地更少、建设周期更短，并且拥有更完善的安全特性（见附表1）。截至2024年，已有两台SMR投入运行。目前，全球正在开发超过80种商业SMR设计，旨在满足多样化的输出目标和广泛的应用需求。 价值链SMR价值链与大中型核反应堆类似，分为设计、设备和建造三个阶段。该行业采用“无厂设计”的生产模式，即设计公司外包 制造（即“晶圆厂”）给第三方。高昂的前期成本使得项目融资至关重要，主要科技企业正越来越多地投资或签订长期电力购买协议（PPA）以确保电力供应。 在制造和建设阶段，少数具备熔炼、铸造和成型关键金属部件能力（即铸造能力）的核心核蒸汽供应系统（NSSS）制造商作为核心供应商，而建筑公司负责现场施工。这些公司正通过与小型模块化反应堆（SMR）开发商建立早期合作或进行股权投资，以确保未来的制造和建设合同。 图1：小型模块化反应堆（SMR）是零碳、先进的核裂变反应堆，可提供基础电力，单台/模块的容量范围为20-300兆瓦（电）。 简述SMR #3. 它们有什么用途？小型模块化反应堆（SMRs）具有广泛的应用领域，包括：1）氢气生产，因为它们可以提供电解所需电力（电解是一种利用 电力将水分解成氢气和氧气的过程）；2）供热和海水淡化，得益于其选址灵活性和可靠性；以及3）空间和国防领域，由于其紧凑的尺寸、模块化设计和能够长时间提供可靠电源的能力（见附图2）。 图2：小型模块化反应堆（SMR）具有广泛的应用范围，包括制氢、供热和海水淡化，以及太空和国防领域的SMR应用。 #4. 目前正在开发哪些小型模块化反应堆？有趣的是，小型模块化反应堆被归类为技术中立型，这意味着它们不依赖于任何特定技术。因此，它们可以设计成轻水反 应堆（LWR）、重水反应堆、熔盐反应堆、高温气冷反应堆、液态金属反应堆等。 然而，大多数商业反应堆，无论是传统反应堆还是小型模块化反应堆（SMR），其设计都是压水堆（PWR），或者更具体地说，是轻水反应堆（LWR）。事实上，根据国际原子能机构（IAEA）先进反应堆信息系统，2022年，在开发中的SMR项目中，压水堆（PWR）SMR类型占比最大，其次是铅冷快堆、钠冷快堆和熔盐快堆类型。 技术进化 如展品3所示，SMR技术已随时间发展，早期原型可追溯至20世纪50年代。目前，约有80套第三代半（Gen 3.5）和第四代（Gen 4）设计正在开发中，目标是在2030年前实现商业化。根据美国银行全球研究（BofA Global Research）的数据，由于严格的监管障碍，基于现有反应堆类型的三代半（Gen 3.5）设计预计将比使用氦气或钠等替代冷却剂的第四代（Gen 4）型号更早进入市场。 随时间的SMR技术迁移附件3：第四代系统在可持续性、安全性、可靠性和经济性方面具有显著优势；预计将于2030年部署。 #5. 与传统核电站相比，小型模块化反应堆（SMR）有哪些优势？若实现商业化，小型模块化反应堆（SMRs）相较于传统的大型核电站（NPPs），具有五大主要优势，根据美国银行全球研究（Bo fA Global Research）的说法，这使得它们成为适用于多种应用的更具吸引力的选择。这些优势是： • 更高的经济性：与大型核电站相比，SMR（小型模块化反应堆）具有更低的初始资本成本，因而更具经济性。它们还可以主要在工厂内建造，通过批量生产和“干中学”的潜在成本降低来实现规模经济。此外，许多SMR需要高浓低富集度铀（HALEU），这使得这些小型反应堆在燃料消耗更少的情况下运行效率更高，从而有助于降低成本。 • 提高安全性：由于设计更简单、规模更小，小型模块化反应堆被认为比大型传统反应堆更安全。它们依靠自动控制系统在需要时停堆或冷却，因为它们所需的冷却剂更少，并且可以非常快速地降低功率。这些被动安全特性——依赖于重力、自然循环等自然现象的特性——意味着操作员几乎不需要进行人为干预。此外，它们的设计缺乏阀门、额外的安全泵、管道和电缆等部件，因此故障的仪器更少，并且如果/当故障发生时，可以迅速找到根本原因。 • 模块化：在此语境下，“模块化”指的是在工厂环境中制造反应堆堆芯关键部件，然后再将其运往使用地点的能力。这允许更短的建造时间（小型模块化反应堆为3年以内，而大型核电站超过6年），快速扩展，以及技术工人的集中。它还允许根据需求增长和输电改善而逐步增加机组容量。 • 占地面积小：美国能源部（DOE）的一项研究表明，小型模块化反应堆（SMR）的紧凑尺寸使其选址更具灵活性，当前核电站址或已退役的燃煤电站址都提供了多种选择。此外，它们还能独立于电网运行，这也增加了其灵活性。 • 2 生产：减少CO。另一个关键因素是小型模块化反应堆（SMR）提供的可靠性。它们可以以最少的停机时间向电网输送基础负荷零碳发电。此外，补料可以等待更长的周期（3-7年），并且可以对每个模块进行错开安排，以免失去全部容量。 #6. 在研发和部署SMR（小型模块化反应堆）方面存在哪些挑战？美国银行全球研究部认为，发展小型模块化反应堆（SMR）将面临重大挑战。这些挑战包括：首台（FOAK）技术的研发、许可、 开发和建设；供应链挑战；熟练工人的可用性；燃料的可用性；开发用于储存，以及可能回收乏燃料的方法。我们将在下文详细讨论这些问题。 • 供应链不发达：供应链不发达是阻碍小型模块化反应堆（SMR）发展的最大障碍之一。目前，全球只有一家工厂生产高富集铀（HALEU）——这是许多SMR所必需的组件。据美国银行全球研究部称，尽管美国已签署合同并试图激励国内HALEU生产，但要实现规模化生产可能需要数年时间。 • 缺乏劳动力：技能型劳动力短缺也是SMR发展的重大障碍。2012年至2022年，获得核工程专业学士学位的毕业生人数下降了25%。加上入门级岗位极少，劳动力队伍老龄化，导致工人短缺，尤其是对公用事业公司而言。 • 规定：通过核安全委员会（NRC）对小型模块化反应堆（SMR）的监管规定也减缓了相关计划。目前，仅有一种设计获得批准，但该技术背后的公司预计不会商业化这款型号。并且根据现行规定，预计NRC的批准流程需要5到10年（参见附图4）。 • 成本不可预测性：小型模块化反应堆（SMR）的经济性较为复杂。支持者强调其潜在的成本和建设优势（模块化设计）；然而，批评者指出其当前的成本不可预测性。SMR 在示范项目中常常面临成本超支和延误，引发了对其经济可行性的担忧。这一挑战被可再生能源技术（如太阳能和风能）日益增强的成本竞争力所加剧，这可能导致 SMR 在经济上吸引力下降。 附件4：申请过程可能长达5至10年，即小型模块反应堆（SMR）的美国核管理委员会（NRC）申请流程。 #7. SMRs未来的发展前景如何？虽然美国银行全球研究部认为这些挑战是可以克服的，但他们也认识到，电力的绝对价格以及这些设备能够投入服务的速度至 关重要。而且，随着这项技术不断发展，项目得以建设，运营经验得以积累，经济效益将会提升。 因此，美国银行全球研究部将2025年视为SMR晶圆厂稳固的订单势头出现拐点的年份，部分原因是受政策指导推动。2025年5月23日，美国总统唐纳德·特朗普签署了四项行政命令，旨在加速美国核电站的建设。此外，美国政府还针对SMR提供了多项政策支持，包括： • 先进反应堆示范计划（ARDP）：美国能源部的一项计划，通过与美国工业界的成本分摊合作，支持并加速先进核反应堆的示范。 • 微反应器应用研究验证与评估（MARVEL）：由美国能源部开发的钠钾冷微反应器，将位于爱达荷国家实验室的瞬态反应堆试验设施。 对核能的需求增加 另一个可能推动SMR发展的因素？全球核能的复兴。 事实上，2014年至2024年间，美国电力需求年复合增长率（CAGR）为0.5%。如展位5所示，美国银行全球研究预计2024年至2035年间CAGR为2.5%，这反映了来自以下方面的增量需求：1）建筑电气化；2）数据中心；3）工业需求；4）电动汽车普及。欲了解更多关于美国电力需求和电网的信息，请参阅我们最近的出版物：《电力检查：电网怎么了？》 因此，根据美国银行全球研究机构的观点，鉴于小型模块化反应堆等先进技术相较于传统发电厂具有显著优势，在未来十年内，这些技术进步可能会重塑核能供应链，尤其是在能源需求方面。 附件5：美国银行全球研究部预测，2024至2035年（预测）期间，美国电力需求将保持2.5%的复合年均增长率。美国电力需求（单位：每年太瓦时），2014-2035年预测 贡献者 美国银行研究所分析师琳内尔·哈斯凯 贝莱德经济学家泰勒·鲍利 来源 河大成 研究分析师，美林证券（首尔） 惠朗研究分析师，美林证券（首尔） 安德鲁·奥宾 研究分析师，波士顿咨询公司 小畑健人 研究分析师，BofAS 日本 披露 这些材料由美国银行研究所编制，仅供一般信息目的。在提及美国银行数据的范围内，这些材料并非旨在反映或表明美国银行的运营结果、财务状况或业绩，也不应被视为依据。美国银行研究所是一个致力于发掘推动商业和社会进步的深刻见解的智库。该研究所利用美国银行全球的数据和资源，就经济、可持续性和全球转型提供重要、原创的视角。除非另有具体说明，此处表达的任何观点或意见均仅为美国银行研究所及其列出的任何个人作者所有，并非美国银行全球研究部门或美国银行公司及其附属公司或子公司（统称美国银行）任何其他部门或分部的产物。这些材料中的观点可能与美国银行全球研究部门或其他部门或分部表达的观点和意见有所不同。信息来源于被认为可靠的渠道，但美国银行不保证其完整性和准确性。这些材料不就任何产品或服务的可持续性做出任何声明。此处所述的关于可持续性的讨论有限。观点和估计构成我们这些材料日期时的判断，并可能未经通知而更改。此处表达的观点不应被解释为针对任何特定个人的个别投资建议，也不旨在作为针对任何特定个人的特定证券、金融工具、策略或银行服务的建议。本材料不构成美国银行代表任何个人购买或出售任何证券或金融工具或从事任何银行服务的要约或邀请。这些材料中的任何内容均不构成投资、法律、会计或税务建议。版权所有 2025 美国银行公司。保留所有权利。