近年來，隨著核電行業(yè)持續(xù)復蘇，全球核電技術正在圍繞“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。國際原子能機構統(tǒng)計稱，全球有超過80種SMR設計方案正在開發(fā)中，預計合計裝機量達300兆瓦。
值得關注的是，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年全面完成建設并投入商業(yè)運營。俄羅斯設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技術方案已獲得美國核管理委員會設計認證，眼下正在尋求將標準模塊設計升級至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)也得到多方關注。2024年12月，西屋電氣裝機8兆瓦的微型堆技術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：“核電微型堆技術將是一個顯著增長的領域，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技術公司、X-energy公司也都在研究和設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。”
