聽(tīng)到“核電”一詞，通常會(huì)讓人聯(lián)想到巨大的發(fā)電廠和冷卻塔，但隨著小型模塊堆和微堆開(kāi)始成為現(xiàn)實(shí)，核電的面貌和影響范圍正在發(fā)生變化。

“小型模塊堆和微堆與大型核反應(yīng)堆一樣提供低碳能源，但它們更小、更靈活、更經(jīng)濟(jì)適用，因此它們可以用在較小的電網(wǎng)中，建在大型反應(yīng)堆不適用的難以到達(dá)的地方。”原子能機(jī)構(gòu)小型模塊堆技術(shù)工作組組長(zhǎng)FrederikReitsma說(shuō)，“許多小型模塊堆設(shè)計(jì)成不僅提供電力，而且提供非電力服務(wù)，增加了其清潔能源的好處和成本效益?！?/p>

小型模塊堆功率預(yù)計(jì)不超過(guò)300兆瓦（電），微堆依據(jù)設(shè)計(jì)的不同，功率不超過(guò)10兆瓦（電）。除了模塊化之外，其他一些共同特點(diǎn)是采用可提高安全性的非能動(dòng)內(nèi)置系統(tǒng)，能夠有效和靈活地生產(chǎn)能源以滿足波動(dòng)需求，以及設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，比當(dāng)前反應(yīng)堆建造速度更快、復(fù)雜程度更低。它們還具有工廠化制造的更多可能性，從而能夠減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，使它們更容易和更經(jīng)濟(jì)高效地復(fù)制以進(jìn)行更多部署。

“ 大型核反應(yīng)堆是一項(xiàng)重大工程，需要大量的長(zhǎng)期投資，這對(duì)某些情況是可行的，也是合適的。然而，對(duì)于其他情況，小型模塊堆和微堆可以是一種更現(xiàn)實(shí)和更快的方法，有時(shí)也是經(jīng)濟(jì)地獲得核電的唯一途徑。”Reitsma說(shuō)，“如果把這一點(diǎn)與有效的融資和市場(chǎng)政策結(jié)合起來(lái)，核電的用戶范圍會(huì)更加廣泛，使其成為能源市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力和吸引力的方案?！绷私飧嗪穗娙谫Y和市場(chǎng)政策信息，請(qǐng)參見(jiàn)此處。

首座小型模塊堆

世界上第一臺(tái)先進(jìn)小型模塊堆于2019年并網(wǎng)發(fā)電，并于2020年5月開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行。

位于俄羅斯北極海岸的“羅曼索諾夫院士號(hào)”浮動(dòng)核電廠配備兩臺(tái)35兆瓦（電）KLT40S 小型模塊堆機(jī)組，現(xiàn)在產(chǎn)生的能源足以為一個(gè)約10萬(wàn)人口的城市供電。該電廠還擁有每小時(shí)50千兆卡的供熱能力，并且用于海水淡化，每天可生產(chǎn)多達(dá)24萬(wàn)立方米的淡水飲用水。

“借助小型核反應(yīng)堆，北極地區(qū)最早可在2040年實(shí)現(xiàn)凈零排放?！倍砹_斯原子能海外公司負(fù)責(zé)市場(chǎng)和業(yè)務(wù)發(fā)展的副總經(jīng)理Anton Moskvin說(shuō)，“‘羅曼索諾夫院士號(hào)’將取代一座燃燒褐煤的電廠。除了有助于消除北極生態(tài)系統(tǒng)中的有害氣體排放外，它還將為該地區(qū)居民在寒冷的極北地區(qū)不至于無(wú)光無(wú)熱提供保障。”

處于建造后期的其他小型模塊堆包括阿根廷的30兆瓦（電）CAREM反應(yīng)堆和中國(guó)的210兆瓦（電）HTR-PM反應(yīng)堆。還有幾個(gè)項(xiàng)目已進(jìn)入監(jiān)管審批后期，包括美國(guó)NuScale 電力公司的小型模塊堆和加拿大的幾個(gè)項(xiàng)目。全世界總共有70多個(gè)小型模塊堆設(shè)計(jì)處于不同的發(fā)展階段。

原子能機(jī)構(gòu)開(kāi)展了一些與小型模塊堆有關(guān)的活動(dòng)，以支持世界范圍的研究和發(fā)展。原子能機(jī)構(gòu)促進(jìn)小型模塊堆設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和部署方面的合作，并作為共享小型模塊堆監(jiān)管知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的中心。

微型動(dòng)力源

雖然小型模塊堆的設(shè)計(jì)一般都是基于眾所周知的反應(yīng)堆系統(tǒng)，但微堆是你期望在科幻電影中看到的那種東西。它們足夠小，整個(gè)電廠可以在工廠里建造，然后用卡車運(yùn)輸。通過(guò)非能動(dòng)性自調(diào)節(jié)安全系統(tǒng)，它們只需要少量的勞動(dòng)人員就可以運(yùn)行。由于獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，它們可以在不同的地點(diǎn)移動(dòng)和使用。它們的功率可達(dá)10兆瓦（電），每周運(yùn)行7天，每天24小時(shí)，可為大約5000多個(gè)家庭提供10年或更長(zhǎng)時(shí)間的電力。

這些結(jié)構(gòu)緊湊、可移動(dòng)的反應(yīng)堆可作為醫(yī)院等地的備用電源，或取代通常以柴油為燃料的發(fā)電機(jī)，成為偏遠(yuǎn)社區(qū)以及工業(yè)區(qū)和礦區(qū)的唯一電力來(lái)源。

目前在世界各地由私營(yíng)公司和研究團(tuán)體正在開(kāi)發(fā)的微堆有十多座。

其中一座接近部署的微堆是由美國(guó)家新成立的Oklo公司正在開(kāi)發(fā)的1.5兆瓦（電）奧羅拉快中子堆。奧羅拉微堆目前正在走監(jiān)管程序，其設(shè)計(jì)主要利用自然物理現(xiàn)象進(jìn)行運(yùn)行和自調(diào)節(jié)，這意味著它的活動(dòng)部件非常少，從而提高了安全性。預(yù)計(jì)它還可以使用高豐度低濃鈾燃料，在不換料的情況下運(yùn)行數(shù)十年。

“裂變反應(yīng)可以有多種利用形式：小型堆和大型堆，不同的燃料，不同的冷卻方式，以及為商業(yè)模式、社區(qū)互動(dòng)和所有權(quán)提供多種不同的方式。”O(jiān)klo公司首席運(yùn)行官Caroline Cochran說(shuō)，“裂變的新穎使用和分布式小型裝置的建造，可以在最大限度地減少資源使用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展?！?/p>

其他處于后期階段的微堆包括由總部位于英國(guó)的歐洲鈾濃縮公司主導(dǎo)的U-Battery公司開(kāi)發(fā)的4兆瓦（電）反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)將于2028年開(kāi)始運(yùn)行。

大規(guī)模部署

小型模塊堆和微堆盡管取得了進(jìn)展，但還遠(yuǎn)未大規(guī)模部署。

“這是‘雞和蛋’的問(wèn)題，”Reitsma說(shuō)，“一方面，投資開(kāi)發(fā)和部署小型模塊堆需要有保障的市場(chǎng)和產(chǎn)品需求，但另一方面，如果沒(méi)有開(kāi)發(fā)和論證的資金，甚至沒(méi)有做必要的研究或建立可能需要許可證審批的試驗(yàn)設(shè)施，就無(wú)法確保市場(chǎng)。潛在的投資者如果對(duì)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)不確定，就會(huì)對(duì)新技術(shù)投資猶豫不決。”

部署的另一個(gè)主要障礙是對(duì)廣泛的小型模塊堆和微堆設(shè)計(jì)的法規(guī)適用。系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和部件的多樣化組合，意味著針對(duì)常規(guī)核電廠制定的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管方案必須重新加以評(píng)價(jià)和最終調(diào)整，以確保足夠的安全水平。了解更多小型模塊堆監(jiān)管過(guò)程信息，請(qǐng)參見(jiàn)此處。

“目前，許多首創(chuàng)先進(jìn)小型模塊堆一直走監(jiān)管程序，一旦完成，我們預(yù)計(jì)一般至少還需要四到五年的時(shí)間才能建成并運(yùn)行?！盧eitsma說(shuō)，“但隨著小型模塊堆和微堆成為主流，我們可以預(yù)期看到這個(gè)期限會(huì)縮短，因?yàn)椴渴疬^(guò)程應(yīng)該會(huì)變得更快、更具成本效益和更容易?！?/p>