近年來(lái)，隨著(zhù)核電行業(yè)持續復蘇，全球核電技術(shù)正在圍繞“小而美”展開(kāi)，核電小堆(SMR)、核電微型堆研發(fā)和部署不斷加速。國際原子能機構統計稱(chēng)，全球有超過(guò)80種SMR設計方案正在開(kāi)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(gè)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(guò)國際原子能機構安全審查，是全球首個(gè)三代輕水型SMR、首個(gè)陸上商用SMR，預計2026年全面完成建設并投入商業(yè)運營(yíng)。俄羅斯設計建造的全球首座浮動(dòng)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核電小堆研發(fā)和部署也提上日程。美國新能源開(kāi)發(fā)商NuScale Power的SMR技術(shù)方案已獲得美國核管理委員會(huì )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(huì )就該申請做出決定。此外，該公司還在推進(jìn)小堆項目潛在選址，目前考慮在羅馬尼亞尋找廠(chǎng)址。
NuScale Power總裁兼首席執行官霍普金斯透露，正與數據中心和其他大型工業(yè)企業(yè)等客戶(hù)進(jìn)行談判。“潛在客戶(hù)普遍都需要全天候清潔電力，且更傾向于采用建造—擁有—轉讓或建造—擁有的模式，即客戶(hù)提供長(cháng)期購電協(xié)議，開(kāi)發(fā)商幫助提供融資。事實(shí)上，中東歐客戶(hù)也對我們的SMR表達了濃厚興趣。”他說(shuō)。
阿根廷日前公布核電開(kāi)發(fā)計劃，旨在加大SMR開(kāi)發(fā)進(jìn)度，滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的能源需求，并支持人工智能(AI)發(fā)展。根據該計劃，首階段將集中精力在阿根廷Atucha核電站建造一個(gè)SMR。
SMR作為一種先進(jìn)核反應堆，雖然發(fā)電能力約為傳統核反應堆的1/3，但建造速度更快、成本更低，應急規劃區域也小得多。與傳統發(fā)電廠(chǎng)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(cháng)達30年，且占地面積小、靈活性較強，與數據中心很適配，同時(shí)與AI需求契合度也高。
去年第四季度以來(lái)，美股SMR產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司股價(jià)持續利好，這與科技巨頭紛紛加碼核電投資不無(wú)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(kāi)發(fā)SMR，成為繼微軟、谷歌之后又一個(gè)推動(dòng)SMR建設以滿(mǎn)足AI電力需求的大型科技公司。
微型反應堆研發(fā)已啟動(dòng)
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(huì )批準。
據悉，該微型堆類(lèi)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(diǎn)，主要使用充滿(mǎn)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動(dòng)渦輪機發(fā)電或被泵入供暖系統。
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(gè)顯著(zhù)增長(cháng)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。”微型堆輸出功率小得多，最大只有20兆瓦，相當于約2萬(wàn)戶(hù)家庭用電需求。據喬恩·鮑爾介紹，微型堆可為偏遠地區、大學(xué)、采礦作業(yè)、工業(yè)中心、數據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(chǎng)。美國B(niǎo)WX技術(shù)公司、X-energy公司也都在研究和設計自己的核電微型堆。X-energy公司首席執行官克萊·塞爾表示，核電微型堆市場(chǎng)正在加速興起，圍繞這個(gè)領(lǐng)域的研究越來(lái)越多。
核堆愈小挑戰愈大
油價(jià)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)電機廣泛應用于數據中心、偏遠社區以及海上油氣平臺等領(lǐng)域。與傳統大型核電站不同，這些反應堆能夠像大型電池一樣靈活運作，現場(chǎng)無(wú)需控制室或工作人員，運輸到現場(chǎng)后即可接入電網(wǎng)，連續運行數年，待用完后再送回制造商進(jìn)行燃料更換。
劍橋大學(xué)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(kāi)采鈷、錳等關(guān)鍵礦產(chǎn)金屬。“這將極大改變礦山運營(yíng)方式。目前，位于偏遠地區的大部分礦山仍然主要依賴(lài)柴油，如果安裝一個(gè)可持續運營(yíng)10至20年的核電微型堆，可以擁有清潔、高效、可持續的能源電力供應。”
不過(guò)，新技術(shù)也帶來(lái)新挑戰。世界核協(xié)會(huì )安全和許可項目負責人羅南·唐吉強調，如何安全建造、運輸和運行微型堆，還面臨挑戰和難題。一方面，監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(luò )攻擊等問(wèn)題制定規則，同時(shí)還要制定專(zhuān)屬的運輸和安裝規定，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(yíng)、核燃料泄漏和后期處理等問(wèn)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，我們需要謹慎且認真對待。”羅南·唐吉強調，“當前，許多現有反應堆規則不適用于微反應堆。國際原子能機構可能會(huì )發(fā)布高水平安全標準，這些標準通常會(huì )被納入國家法規，但不會(huì )很快實(shí)現，我們還有大量工作要做。”
