小型模块化反应堆

PRISM:小型模块化反应器-能量转换难题中的缺失部分？ 小模块化反应堆-缺失 能量中的一部分转型拼图？ 4 ARTHURD.LITTLE AUTHORS LarsThurmann-Moe,BenediktUnger,MichaelKruse, FredrikPedersen,AndreasDobloug,StianRød 小型模块化反应堆(SMR)技术在纸上很有吸引力，但很难在实践中实现。尽管高 对SMR开发的投资，没有SMR尚未投入商业运营。然而，随着世界与 过渡的巨大挑战 来自化石燃料，兴趣的复兴已经出现在全球各地。 SMR最终是否达到了可以成为关键的阶段 能源解决方案的一部分？在这篇文章中，我们看看背景 SMR，它们的好处和挑战，以及为什么现在可能是正确的时间来建立一个有效的生态系统，以帮助他们从纸到现实。 DEADINTHEWATER？ 最初，核能被认为是廉价，“清洁”和稳定的。然而，三里岛、切尔诺贝利和 福岛可以理解地领导政府和公众 重新考虑。这些事故的严重后果导致了迅速决定在预期之前退役核计划 寿命。反核情绪导致核份额下降 占全球能源产量的比例，从20世纪90年代中期的17%到 今天大约10%。 除此之外，近年来核能的故事 凌乱和麻烦，关于废物的棘手问题处置、核能作为潜在的安全威胁 恐怖袭击的目标，最明显的是巨大的成本超支和显着延迟。例如，建设两个大型现代 英国欣克利角C的反应堆(EPR-1600s)最初是 估计耗资160亿英镑，并开始商业运营到2025年。 2023年2月，法国电力公司宣布其成本可能会增加 到327亿英镑，完工将推迟到2028年9月最早的-惊人的大约100%的成本超支 和三年的延迟。一些观察家得出结论，大规模核能发电的安全和经济风险 太伟大了，无法承担。 47 PRISM:小型模块化反应器-能量转换难题中的缺失部分？ THE在TRACTIONSOFSMRS 小型反应堆可以追溯到核电的早期 工业。建于苏联，美国和欧洲国家/地区 20世纪50年代至70年代，这些早期的小型反应堆最初用于潜艇和航空母舰的军事目的。小型反应堆 与大型核能相比，规模经济普遍较差 发电厂(LNPP)，通常至少为700MW-足够 为马德里大小的城市供电。然而，SMR可以规避利用模块化减少资本的经济劣势 投资。此外，简化生产和认证在工厂环境中可以显著减少建筑和部署时间表。 SMR部署比传统部署灵活得多 反应堆。美国的LNPP有一个800平方公里的紧急规划区 （大约是圣地亚哥的大小），SMR开发人员认为他们的安全区将等于现场边界的安全区。 此外，SMR的小容量有利于离网部署，解锁新的用例，如现场工业发电。 来自投资者 透视，SMRS有明显较低 UPFRONTINVESTMENT 要求，其中开启新的主张用于核能 较小的投资者。 市政当局，并进一步增加采用率。此外，较低项目复杂性和较短的部署时间可以减轻 核电新建项目的成本和进度风险。 而对于一些人来说，感知到的安全、安保和环境 任何形式的核裂变功率的风险仍然是不可接受的，因为许多其他国家，包括世界上许多政府，SMR 似乎提供了一种有效的方法来帮助满足基本负载的需求 发电没有建设和经营LNPP。 WHYAREN'TSMRSALREADYDEVELOPED? 来自投资者 从角度来看，SMR有大幅降低 前期投资 要求，它打开一个新的命题核能较小 投资者。这增加了的总资本池 核，减少压力关于地方政府和 鉴于小型反应堆的吸引力和悠久的历史，质疑为什么 没有SMR正在运行是合理的。事实上，SMR不是预期的开始商业运作，直到本世纪末 目前只有少数技术接近商业化。 大多数SMR仍处于概念阶段，因此很难 在没有进一步开发的情况下评估它们的商业可行性， 48 测试和部署。作为海军上将海曼·里科弗，1957年，美国核工业对国会议员说：“任何你还没有建立的工厂总是比你的工厂更有效率 havebuilt.Thisisobvious.Theyareallefficientwhenyouhavenotdone 他们身上的任何东西，在谈话阶段。然后他们都很有效率，它们都很便宜。它们都很容易建造，没有一个 任何问题”。 SMR的发展缓慢可以归因于几个核能行业面临的挑战。多年来，LNPP的运营成本增加，而新项目遇到延误和成本超支。铀的昂贵过程 采矿和缺乏可行的核废料储存解决方案增加了 复杂性。由于反应堆之间的长间隙，劳动力不断减少建筑，以及影响融资的利率上升，也 导致轻重缓急和破坏发展努力核能。 此外，SMR技术开发的复杂性 对于开发人员和供应商来说，这是一个障碍。制作SMR 成本效益需要突破性创新来降低资本支出 和运营成本，以获得合理的水平化电力成本(LCOE)。在他们目前的发展状态下，SMR还不代表 商业上有竞争力的能源。然而，当我们看在提供类似可靠性的发电技术中 与SMR相比，竞争力变得更加明显1,2 （图1）。 上界 较低的边界 173 180 基于设计的LCOEVARIES 和生成 备注：LCOE对国家的敏感性项目具体条件很高。 图给出了指示视图 160 140 129 122 120105 94 100 84 79 80 97 67 86 60 77 66 67 40 20 38 41 47 0 SMRFOAK1 SMRNOAK1 NUCLEAR2 硬煤2 CCGT2 生物质量2 HYDRO2 地热2 图1：SMRS与SMRS的统一电力成本其他发电技术 1.亚瑟D.小分析（自下而上） 2.拉扎德(2021)，亚瑟·D·利特尔分析(自下而上) 注：FOAK：首创；NOAK：首创；CCGT：联合循环燃气轮机；平均值 2021年美元兑欧元汇率适用于LCOE数据来自Lazard研究49 PRISM:小型模块化反应器-能量转换难题中的缺失部分？ WHYSMRSAREAHOTTOPICNOW 当今的全球能源市场正面临着熊彼特比例作为脱碳的大风 化石燃料发电的现状。解雇核能是 在后福岛时代更容易，当许多有吸引力的替代品 wereavailable.Renewablesweregrowthfastandbeingmore 负担得起，而天然气足够干净，随时可用。然而，近年来价格上涨，加上强劲的 强调供应安全和稳定的电力供应，有改变了前景。此外，能量的间歇性通过可再生能源产生，再加上问题 如土地利用效率、网络成本和电网效率，意味着还需要其他能源来加速绿色转变 进一步。核仍然是稳定可用的少数选择之一基荷功率。 俄罗斯入侵乌克兰和随之而来的大量供应- 侧面干扰向世界各国领导人强调了这样的信息： 能源安全在一个动荡的地理环境中变得越来越重要。政治环境。传统的，不可再生能源 煤炭、石油和天然气仍然占世界上大多数 传统的，非- 可更新的能源来源例如煤、油和气体 Stillaccountforthe 世界多数能源消耗。 能源消耗。对于非生产国家, 这需要严重依赖 关于进口，作为储存这些类型的燃料用于超过几个月的 消费远远超过总存储容量。 因此，供应链对于确保可靠的能源至关重要准入，以及过度依赖进口的缺点 随着最近的发展变得明显。作为国家世界各地都在意识到减少依赖的必要性 在能源进口方面，以对冲突然的供应冲击，核能作为一种潜力开始变得更具吸引力 替代。核燃料的能量密度远远优于 其他来源，一个铀燃料颗粒(指尖大小) 含1吨煤，3.5桶石油或4,800桶的能源 立方米的天然气。对于一座1000兆3瓦的核电站，每天消耗的燃料刚刚超过3公斤。相比之下，燃煤具有类似容量的发电厂每天燃烧约1万吨。 随着核能对于面对 能源价格上涨和政府寻求能源安全 自主性，SMR越来越被认为是一种有吸引力的替代传统的核，无论是本身还是作为桥梁 下一代核反应堆。 503.根据核能研究所 稳定且运作良好 WHOISLEADINGTHEWAY 公开表达部署意向的国家数目 短期到中期的SMR一直在稳步增长。目前， 30多个国家对SMR有既得利益，要么通过技术的开发或潜在部署。 毫不奇怪，拥有最多核经验的国家 在SMR部署中处于领先地位。然而，即使是那些没有核经验的人正在把注意力转向SMR，比如波兰、沙特阿拉伯和爱沙尼亚。 =国家积极寻找SMRDEPLOYMENT1 =没有SMR活动的国家 正在寻找SMR部署的国家1: 阿根廷、澳大利亚、比利时、巴西、保加利亚、加拿大、中国、捷克共和国、爱沙尼亚、芬兰、法国、加纳、印度、印度尼西亚、日本、约旦、哈萨克斯坦、肯尼亚、墨西哥、纳米比亚、荷兰、尼日利亚、菲律宾、波兰、卡塔尔、罗马尼亚、俄罗斯、沙特阿拉伯、南非、韩国、苏丹、瑞典、坦桑尼亚、泰国、阿联酋、 乌干达、英国、乌克兰、美国、赞比亚 1）与技术供应商达成协议的国家，有一个公共资助的项目评估 SMR为他们的能源结构，或者已经公开表示了他们的兴趣 图2：正在寻找SMR部署的国家 SMR空间挤满了80多种不同的技术 在发展中，每个都有自己独特的功能。作为行业随着技术的发展，大量的这些技术将失败，少数领导者将占上风。一些共同的特征与 成功: –政府支持：政府财政支持 机构是技术供应商成功的关键因素，因为 SMR设计的研发阶段是现金密集型的。国家/地区的供应商与可预测和有经验的政策制定者，如NRC 美国、加拿大的CNSC和英国的ONR也将一个优势。 51 –先发优势：首创（FOAK）反应堆通常是被认为比同类第N个风险更大，更麻烦 reactors(NOAK)。因此，已经成功部署的供应商他们的技术可能比那些获得更多的业务 后来到市场。 –传统技术与实验技术：市场 共识是，客户，特别是公用事业，更喜欢传统的并在实验中测试了技术（轻水反应堆） 需要改变政策的技术。 –供应商稳健性:供应商的感知稳健性将是一个重要因素。拥有既定核和 工程背景可能具有天然优势 （如GEHitachi、HoltecInternational等）。 –供应链稳健性：拥有已建立的供应链强大的核制造经验将是重要的建设 客户信心，考虑到以前的成本超支历史和延迟。 然而，第一个SMR进入市场的可能竞争者之一是，NuScale最初于2007年在俄勒冈州成立，目前正在预测2029年首次商业运营（图3）。 案例研究：NuScale第一类SMR 动力装置发展 第一个SMR接收A 标准设计应用 安全的第一 其客户 六模块化反应器 （UAMPS在美国） 美国批准(SDA) (50兆瓦模块) 将申请许可 施工和操作 SMR工厂在一起 带UAMPS（可乐许可） 商业运营 第一次的日期模块/反应器 FORMATIONOF NuScalePOWER,LLC 开始-ITS的应用 50MW反应器在 THEUS 首次申请 任何SMR设计许可 在美国(DCA) 增加的容量 其反应器以77兆瓦制造反应器成本有竞争力， 并申请许可增加的容量 设计 预期SDA批准 OFTHEUPDATED 容量模块 商业运营 所有六个的日期 模块 FULLSite 动员用于施工 (IDAHOUAMPS) 200720082013201620202022F2024F2025F2026F2029F2030 图3：NuScaleSMR开发时间表 52 THEIMPORTANCEOFBUILDINGTHEECOSYSTEM 使SMR能够克服发展挑战并实现 他们在能源转型中的潜力，创造正确的环境至关重要。在20世纪，核工业 在标准化和监管方面蓬勃发展。然而，今天的劳动力 缺乏必要的经验，现有的法规侧重于大型植物。 确保安全和公众可接受的基于SMR的核能 解决方案，一个由供应链、开发者、运营商、和维护提供商必须创建，同时监管 适合目的的环境。 首先，行业和监管机构必须合作建立标准并实现技术优势。模块化和工厂制造简化了供应链和施工，需要 支持它们的新监管规则。一种新的监管范式 使SMR能够克服发展挑战 并填补他们的潜力在能量转换中, 创造权