近年來，隨著核電行業(yè)持續(xù)復蘇，全球核電技術(shù)正在圍繞“小而美”展開，核電小堆(SMR)、核電微型堆研發(fā)和部署不斷加速。國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計稱，全球有超過80種SMR設(shè)計方案正在開發(fā)中，預計合計裝機量達300兆瓦。
值得關(guān)注的是，全球目前僅3個SMR在運行，分別位于中國、俄羅斯和日本。其中，中國“玲龍一號”通過國際原子能機構(gòu)安全審查，是全球首個三代輕水型SMR、首個陸上商用SMR，預計2026年全面完成建設(shè)并投入商業(yè)運營。俄羅斯設(shè)計建造的全球首座浮動核電站“羅蒙諾索夫院士號”采用SMR，并于2019年完成“處女航”。日本則是一座試驗反應爐。
小堆建設(shè)如火如荼
全球其他國家和地區(qū)核電小堆研發(fā)和部署也提上日程。美國新能源開發(fā)商NuScale Power的SMR技術(shù)方案已獲得美國核管理委員會設(shè)計認證，眼下正在尋求將標準模塊設(shè)計升級至77兆瓦，預計2025年中美國核管理委員會就該申請做出決定。此外，該公司還在推進小堆項目潛在選址，目前考慮在羅馬尼亞尋找廠址。
NuScale Power總裁兼首席執(zhí)行官霍普金斯透露，正與數(shù)據(jù)中心和其他大型工業(yè)企業(yè)等客戶進行談判。“潛在客戶普遍都需要全天候清潔電力，且更傾向于采用建造—擁有—轉(zhuǎn)讓或建造—擁有的模式，即客戶提供長期購電協(xié)議，開發(fā)商幫助提供融資。事實上，中東歐客戶也對我們的SMR表達了濃厚興趣。”他說。
阿根廷日前公布核電開發(fā)計劃，旨在加大SMR開發(fā)進度，滿足不斷增長的能源需求，并支持人工智能(AI)發(fā)展。根據(jù)該計劃，首階段將集中精力在阿根廷Atucha核電站建造一個SMR。
SMR作為一種先進核反應堆，雖然發(fā)電能力約為傳統(tǒng)核反應堆的1/3，但建造速度更快、成本更低，應急規(guī)劃區(qū)域也小得多。與傳統(tǒng)發(fā)電廠1至2年換料周期相比，SMR換料周期一般是3至7年，甚至可以長達30年，且占地面積小、靈活性較強，與數(shù)據(jù)中心很適配，同時與AI需求契合度也高。
去年第四季度以來，美股SMR產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司股價持續(xù)利好，這與科技巨頭紛紛加碼核電投資不無關(guān)系。2024年10月，亞馬遜與3家公司簽訂合作協(xié)議，初期投資超5億美元開發(fā)SMR，成為繼微軟、谷歌之后又一個推動SMR建設(shè)以滿足AI電力需求的大型科技公司。
微型反應堆研發(fā)已啟動
比SMR更小的微型堆研發(fā)也得到多方關(guān)注。2024年12月，西屋電氣裝機8兆瓦的微型堆技術(shù)方案獲得美國核管理委員會批準。
據(jù)悉，該微型堆類似一塊集裝箱大小的“核電池”，部件極少且可以便捷地運送至任何地點，主要使用充滿液態(tài)鈉的管道從核燃料中吸取熱量并傳遞到空氣中，然后被加熱的空氣可以驅(qū)動渦輪機發(fā)電或被泵入供暖系統(tǒng)。
西屋電氣該微型堆項目負責人喬恩·鮑爾表示：“核電微型堆技術(shù)將是一個顯著增長的領(lǐng)域，尤其適用于那些用電難、脫碳難的偏遠離網(wǎng)地區(qū)。”微型堆輸出功率小得多，最大只有20兆瓦，相當于約2萬戶家庭用電需求。據(jù)喬恩·鮑爾介紹，微型堆可為偏遠地區(qū)、大學、采礦作業(yè)、工業(yè)中心、數(shù)據(jù)中心等應用提供多功能和可擴展的能源，還可產(chǎn)生適合工業(yè)應用的高溫熱量，包括生產(chǎn)氫氣等替代燃料，并能靈活地平衡可再生能源發(fā)電。
據(jù)悉，在美國納斯達克上市的納米核能公司正在設(shè)計一種低壓冷卻劑微型堆，計劃2031年前推向市場。美國BWX技術(shù)公司、X-energy公司也都在研究和設(shè)計自己的核電微型堆。X-energy公司首席執(zhí)行官克萊·塞爾表示，核電微型堆市場正在加速興起，圍繞這個領(lǐng)域的研究越來越多。
核堆愈小挑戰(zhàn)愈大
油價網(wǎng)報道指出，微型堆的目標是替代柴油和天然氣發(fā)電機，這些發(fā)電機廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、偏遠社區(qū)以及海上油氣平臺等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)大型核電站不同，這些反應堆能夠像大型電池一樣靈活運作，現(xiàn)場無需控制室或工作人員，運輸?shù)浆F(xiàn)場后即可接入電網(wǎng)，連續(xù)運行數(shù)年，待用完后再送回制造商進行燃料更換。
劍橋大學地球與核材料教授伊恩·法爾南表示，微型堆也可以用于采礦業(yè)，特別是開采鈷、錳等關(guān)鍵礦產(chǎn)金屬。“這將極大改變礦山運營方式。目前，位于偏遠地區(qū)的大部分礦山仍然主要依賴柴油，如果安裝一個可持續(xù)運營10至20年的核電微型堆，可以擁有清潔、高效、可持續(xù)的能源電力供應。”
不過，新技術(shù)也帶來新挑戰(zhàn)。世界核協(xié)會安全和許可項目負責人羅南·唐吉強調(diào)，如何安全建造、運輸和運行微型堆，還面臨挑戰(zhàn)和難題。一方面，監(jiān)管機構(gòu)需要就微型堆是否可以遠程操作以及如何使其免受網(wǎng)絡(luò)攻擊等問題制定規(guī)則，同時還要制定專屬的運輸和安裝規(guī)定，尤其是跨境運輸和安裝。另一方面，微型堆體積較小，這使得其極容易成為核燃料盜竊目標。更重要的是微型堆的安全運輸和運營、核燃料泄漏和后期處理等問題，都亟需有效解決方案。
“顯然，圍繞微型堆還需攻克諸多挑戰(zhàn)，我們需要謹慎且認真對待。”羅南·唐吉強調(diào)，“當前，許多現(xiàn)有反應堆規(guī)則不適用于微反應堆。國際原子能機構(gòu)可能會發(fā)布高水平安全標準，這些標準通常會被納入國家法規(guī)，但不會很快實現(xiàn)，我們還有大量工作要做。”
