經(jīng)合組織核能機構(gòu)（OECD/NEA）近期在網(wǎng)站上公布了一份題為《小型模塊堆：近期部署的核能市場潛力》的報告，介紹了核能機構(gòu)近期獲得的小堆研究成果。下文對這篇報告進(jìn)行了介紹。

在降低核電廠造價以及為小型電網(wǎng)系統(tǒng)供電等愿望的驅(qū)動下，小堆的發(fā)展和部署近年來備受關(guān)注。過去幾年中，許多小堆項目已取得顯著進(jìn)展。兩種小堆設(shè)計已啟動首堆建設(shè)：阿根廷的CAREM-25設(shè)計和俄羅斯的KLT-40S（注：根據(jù)國際原子能機構(gòu)（IAEA）的資料，有三種小堆設(shè)計啟動首堆建設(shè)，第三種設(shè)計是中國的高溫氣冷堆（HTR-PM））。為了能夠量化小堆的中短期市場規(guī)模，核能機構(gòu)啟動了一個項目，收集和分析有關(guān)小堆經(jīng)濟性和市場數(shù)據(jù)，包括估算工廠制造費用。首先向小堆供應(yīng)商和潛在客戶發(fā)放調(diào)查問卷和進(jìn)行面談，以收集相關(guān)數(shù)據(jù)。然后將這些數(shù)據(jù)用于評估小堆的商業(yè)部署潛力。在這項研究中，僅考慮成熟技術(shù)（即基于輕水堆技術(shù)的小堆設(shè)計）和預(yù)測中短期發(fā)展情景，并考慮小堆市場的各種影響因素。

小堆的經(jīng)濟性和市場

小堆與大堆的不同之處在于小堆的輸出功率?。ㄍǔ５陀?00 MWe），而且許多小堆采用了模塊化設(shè)計。單個反應(yīng)堆模塊能夠在工廠制造，然后運至廠區(qū)安裝。大部分小堆還受益于使用更少的結(jié)構(gòu)件、系統(tǒng)和設(shè)備。

小堆的經(jīng)濟性（造價、運維費用和燃料費用）目前仍未得到實踐證明。根據(jù)小堆供應(yīng)商的描述，小堆具有下述特點：

• 小堆設(shè)計者強調(diào)他們的設(shè)計方案加強了核安全，并允許使用獨特的非能動安全特性。

• 許多小堆設(shè)計受益于使用更少的結(jié)構(gòu)件、系統(tǒng)和設(shè)備以及簡化的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

• 由于建設(shè)單臺機組所需的前期投資較低，因此小堆電廠建設(shè)集資更容易。

• 在擁有大量可再生能源電廠或小型電網(wǎng)的市場中，由多座小堆組成的電廠可為電力公司提供更好的運行靈活性。大部分小堆設(shè)計能夠以負(fù)荷跟蹤的方式運行。

• 相對于大堆，小堆對電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的要求較低。因此小堆適于在更多的地點部署。

• 在涉及運行和停堆作業(yè)的人力資源管理方面，由多座小堆組成的電廠也優(yōu)于由一座大堆組成的電廠。此外，電廠擁有多座小堆，可以避免電廠出現(xiàn)因停堆檢修和換料而長時間不能發(fā)電的情況，因為可以對多座小堆進(jìn)行逐一停堆檢修和換料。

• 小堆的能量輸出非常適于現(xiàn)行的水暖輸配網(wǎng)絡(luò)，因此，小堆適于在發(fā)電的同時進(jìn)行海水淡化（即水電聯(lián)供）和區(qū)域供暖（即熱電聯(lián)供）。

• 小堆的模塊化建設(shè)及其小尺寸有利于退役工作的開展。

根據(jù)目前的估計數(shù)據(jù)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)小堆的競爭優(yōu)勢，那么小堆的單位裝機容量造價將低于大堆。如果實現(xiàn)批量建設(shè)，則可以通過優(yōu)化供應(yīng)鏈和降低融資費用來降低小堆造價。小堆供應(yīng)商估計，大部分小堆設(shè)計需要建設(shè)5至7座電廠才能從供應(yīng)鏈優(yōu)化中受益。因此，對于小堆能否實現(xiàn)理想的競爭力，市場規(guī)模（決定實現(xiàn)工廠制造的可能性）尤為重要。

小堆的可變費用（即運維和燃料費用）很可能會高于大堆。預(yù)計小堆的燃料費用會高于大堆，因為小堆的堆芯尺寸小及其燃料利用效率較低。運維費用將取決于小堆設(shè)計者的一項能力，即向核安全監(jiān)管機構(gòu)證明小堆使用相對較少的人員也能夠滿足適用的安全和運行要求。對于由多座小堆組成的電廠，單位發(fā)電量的運維費用很可能會下降，但這將取決于監(jiān)管要求。

因此，如果能夠?qū)崿F(xiàn)工廠批量制造，則小堆造價的絕對值以及單位裝機容量的建設(shè)費用均可能低于大堆，但小堆的可變費用較高。在經(jīng)濟性方面，小堆的發(fā)電成本在燃煤電廠和大型核電廠之間。

核能機構(gòu)預(yù)測了小堆到2035年的兩種發(fā)展情景（詳見圖1）：一種是樂觀的高值情景，即小堆成功通過監(jiān)管機構(gòu)的審批并實現(xiàn)工廠制造；另一種是保守的低值情景，即小堆的建設(shè)和運行都很昂貴，因此僅建成數(shù)量有限的項目，包括原型堆和位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的電廠。

在高值情景中，小堆裝機容量到2035年將高達(dá)21 GWe，占全球核電總裝機容量的約3%。這一情景中，2020—2035年建設(shè)的小堆容量將占新建核電總?cè)萘康募s9%。這兩種預(yù)測情景均沒有考慮小堆技術(shù)和監(jiān)管框架的進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致核電市場發(fā)展巨大改變的可能性。

核能機構(gòu)的這一預(yù)測結(jié)果與許多其他機構(gòu)的預(yù)測結(jié)果類似。例如UxC公司2013年曾預(yù)計，小堆裝機容量2040年在中值情景中將達(dá)到22 GWe；在低值情景中將為9 GWe。而英國國家核實驗室（NNL）2014年公布的預(yù)測結(jié)果更高：2035年全球小堆市場規(guī)模達(dá)將65～85 GWe，僅中國和美國就達(dá)到15 GWe，前提是小堆相對于大堆具有經(jīng)濟競爭力。

小堆面臨的商業(yè)化挑戰(zhàn)

小堆具有經(jīng)濟競爭力的一個關(guān)鍵要素是能夠?qū)崿F(xiàn)工廠制造。顯然，如果不能批量制造，小堆將不具經(jīng)濟競爭力。由于小堆采用了工廠組裝模式，因此需要對現(xiàn)有核供應(yīng)鏈進(jìn)行重大改造，并要求工廠組裝過程具有靈活性和可擴展性。

小堆初期設(shè)備制造慢，因此應(yīng)將供應(yīng)鏈設(shè)計成隨著未來產(chǎn)品成熟以及市場信心增加而逐步加快制造速度的模式。艦船核動力堆供應(yīng)鏈便是采用這種供應(yīng)和組裝戰(zhàn)略的一個實例。成功實施這一方案需要滿足許多前提條件。其中包括產(chǎn)品應(yīng)實現(xiàn)高度標(biāo)準(zhǔn)化，這意味著供應(yīng)商必須在標(biāo)準(zhǔn)化和客戶專門需求之間尋求適當(dāng)?shù)钠胶?。此外，必須避免任何返工，因為這會干擾組裝過程。應(yīng)為正在開展的工作及時提供所有設(shè)備/部件/套件，因為任何延誤將會影響整座電廠而不僅僅是一臺機組的建設(shè)。

小堆工廠組裝面臨的一個重要挑戰(zhàn)是核監(jiān)管。雖然現(xiàn)有監(jiān)管框架涉及小堆的所有安全特性，但仍存在需要加以解決的諸多問題。尤其是，現(xiàn)行的監(jiān)管實踐與工廠組裝模式特別是自動組裝過程不匹配。

監(jiān)管機構(gòu)必須改進(jìn)其工作方法，以便在組裝階段就盡可能對機組進(jìn)行測試，并最大限度地降低返工的可能性。

其他重要的監(jiān)管問題包括需要對下述事項進(jìn)行驗證和核實：改進(jìn)后的非能動安全系統(tǒng)和多模塊部署方式、應(yīng)急規(guī)劃區(qū)的規(guī)模以及運營和安保所需的人員配備。這種驗證和核實工作可基于現(xiàn)有程序采用類似于大堆的風(fēng)險指引法開展。

但是，必須證明小堆能夠滿足各種安全要求。監(jiān)管機構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)支持單位需要時間和資源來對小堆設(shè)計的技術(shù)方案和創(chuàng)新性進(jìn)行評估。這一過程將導(dǎo)致小堆的審批出現(xiàn)延遲。在理想情況下，需要為小堆的成功部署制訂一種新的審批方法，以便允許進(jìn)行工廠制造和系列部署。這可能不僅需要在監(jiān)管機構(gòu)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，還需要在制造商之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。

多個國家的監(jiān)管機構(gòu)必須與小堆供應(yīng)商密切合作，以檢驗各種方法和可能性。在各種擬議的審批方案中，飛機和發(fā)動機的審批方案經(jīng)常作為參考范例被提及。但是，不能將航空業(yè)的審批方案直接適用于核工業(yè)。尤其是，小堆的全面工廠組裝使監(jiān)管機構(gòu)不能對所有組裝步驟進(jìn)行檢查。需要為小堆制訂創(chuàng)新的審批方案，即將小堆機組的通用審批或許可審批、選址以及“主設(shè)施”（即各獨立的小堆機組組成的設(shè)施）的許可審批區(qū)分開來。

個案研究：美國

美國對核工業(yè)的復(fù)興非常感興趣，近年來尤其關(guān)注小堆的開發(fā)。根據(jù)美國國家環(huán)保局最新頒布的有關(guān)空氣污染的嚴(yán)格法規(guī)，美國必須關(guān)閉燃煤電廠。美國目前將小堆視為燃煤電廠的潛在替代方案。

美國過去幾年一直在積極推進(jìn)小堆研發(fā)，多種小堆設(shè)計有可能在近期建設(shè)首堆，包括下述4家企業(yè)正在研發(fā)的小堆：巴布科克·威爾科克斯公司（B&W）、紐斯凱爾電力公司（NuScale Power）、西屋公司（Westinghouse）和霍爾臺克公司（Holtec）。美國能源部已開始為推進(jìn)巴威和紐斯凱爾小堆設(shè)計的商業(yè)化提供總額將達(dá)4.52億美元的資金，以支持這兩種小堆的設(shè)計開發(fā)和審批計劃。

但是，由于在尋找電力公司客戶方面遲遲未能取得進(jìn)展，巴威決定從2014年第三季度開始削減其小堆研發(fā)投入。西屋2014年2月宣布，由于未能獲得能源部的資助，決定縮減小堆研發(fā)計劃的規(guī)模。

小堆被認(rèn)為是未來美國可用于新建電力裝機容量的候選方案，尤其是用于替代即將關(guān)閉的部分燃煤電廠。

美國約60 GWe的燃煤電廠是在1975年之前建設(shè)的，這些電廠的裝機容量通常為50～300 MWe。雖然美國的電價已發(fā)生很大變化，但發(fā)電成本一直占電價的約60%，且未來10年預(yù)計仍將保持這一水平。

在低電價情景下，美國可能會建設(shè)約3.5 GWe的小堆裝機容量。在高值發(fā)展情景中，美國到2035年可能會建成高達(dá)21 GWe的小堆裝機容量。這相當(dāng)于美國2035—2040年核電裝機總?cè)萘康募s3.5%。在低值發(fā)展情景中，美國僅會建成幾座原型堆。

許可審批仍是小堆商業(yè)化部署過程中面臨的一個重要挑戰(zhàn)。美國目前對小堆采用的審批方法與先進(jìn)輕水堆的類似。近期，將通過對小堆的豁免請求以及編制專門的設(shè)計評審標(biāo)準(zhǔn)等方式解決小堆的先進(jìn)特性問題。未來將根據(jù)從首批小堆的審批工作中獲得的經(jīng)驗反饋，編制專門針對小堆的法規(guī)。目前，小堆供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)證明其設(shè)計能夠滿足美國核管會（NRC）的適用要求，尤其是有關(guān)設(shè)備制造、安保和運行的要求。這將是小堆經(jīng)濟性及其未來能否在美國能源結(jié)構(gòu)中占有一席之地的重要決定要素。

個案研究：俄羅斯

小堆的目標(biāo)市場可分為兩類。一類是傳統(tǒng)市場，在這一市場中，小堆必須與其他能源競爭。另一類是利基市場，例如僅需要小規(guī)模發(fā)電機組的偏僻地區(qū)或與外界隔絕地區(qū)或島嶼，在這些地區(qū)使用其他非核能源發(fā)電的費用很高。

俄羅斯正基于KLT-40S設(shè)計建設(shè)一座浮動式核電廠。預(yù)計這座電廠將于2019年在俄東北部的楚科奇（Chukotka）地區(qū)投運。最新的估算表明。這座電廠的發(fā)電成本約為200美元/MWh。這主要是由于該電廠根據(jù)俄現(xiàn)有的法規(guī)要求配備了總計約250名工作人員。此外，該電廠的燃料費用很高，電廠駁船和海岸基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)也需要大量資金。

盡管浮動式核電廠的發(fā)電成本很高，但這種電廠被認(rèn)為是為俄偏僻地區(qū)供電的適當(dāng)解決方案，因為包括現(xiàn)有電網(wǎng)延伸在內(nèi)的其他技術(shù)方案的費用也很高。這些地區(qū)典型的電力裝機容量需求為50～100 MWe。估算結(jié)果表明，將現(xiàn)有電網(wǎng)延伸500～1000千米的費用高于在該地區(qū)建設(shè)一座小堆的費用。未來，俄可能建設(shè)多達(dá)7座浮動式核電廠，但具體數(shù)量將取決于首座電廠的經(jīng)驗反饋。

結(jié)論和建議

雖然目前仍未充分了解小堆的經(jīng)濟性，但小堆技術(shù)很有可能成為未來核電發(fā)展的一個方向。在核能機構(gòu)預(yù)計的高值發(fā)展情景中，全球到2035年將建成高達(dá)21 GWe的小堆裝機容量。小堆的未來市場前景將取決于原型堆和同類設(shè)計首堆能否成功部署。為了推進(jìn)小堆的商業(yè)化進(jìn)程，核能機構(gòu)提出下述建議。

政府和核工業(yè)界應(yīng)當(dāng)共同努力加速推進(jìn)原型堆的建設(shè)，以證明小堆的優(yōu)勢。準(zhǔn)備發(fā)展核電的國家應(yīng)當(dāng)考慮支持有關(guān)小堆的國際合作和聯(lián)合研發(fā)，并推進(jìn)小堆在本國和國際審批框架的相關(guān)工作。

小堆供應(yīng)商和潛在客戶應(yīng)當(dāng)與監(jiān)管機構(gòu)密切合作，以便盡早解決與小堆開發(fā)相關(guān)的各種問題（包括驗證創(chuàng)新的安全特性和相關(guān)技術(shù)方案）。對于將在其他國家部署的小堆，相關(guān)國家的核監(jiān)管機構(gòu)與非核監(jiān)管機構(gòu)（例如出口管控機構(gòu)）均應(yīng)涉及此過程。

小堆供應(yīng)商和客戶應(yīng)當(dāng)共同估算小堆電廠的經(jīng)濟性，并考慮小堆在新能源結(jié)構(gòu)尤其是在可再生能源占有較大份額的能源結(jié)構(gòu)中能夠發(fā)揮的作用。

應(yīng)當(dāng)在考慮小堆經(jīng)濟性的估算結(jié)果以及供應(yīng)鏈能力的前提下進(jìn)行詳細(xì)的小堆市場評估，并向決策者和公眾公布評估結(jié)果。