改变美国能源部：为先进核能商业化铺平道路

美国能源部可以更有效地帮助先进堆技术商业化，并促进所需的公私伙伴关系。核创新联盟的一份报告解释了这一点。

1、先进核能发展报告

美国能源部应该制定一项先进的核能战略计划(图源：JHVEPhoto)

美国能源部应制定一项先进核能战略计划，将先进核能商业化。

这是核创新联盟(NIA)一份报告的结论，该报告探讨了如何改造能源部，以实现国家的能源安全和清洁能源目标。

根据这份名为《转变美国能源部：为先进核能商业化铺平道路》的报告，制定了一项全面的先进核能战略计划，先进核电商业化至关重要，它还将为各种核能计划、项目和技术制定一个综合组织战略。

这报告包括先进反应堆示范计划(ARDP)示范项目、风险降低奖和2020年先进反应堆概念;燃料倡议;以及其他。

一个成功的战略计划将由美国核能办公室(NE)牵头，并将说明与美国能源部所有核相关计划的相互关系——贷款计划办公室(LPO)、清洁能源示范办公室(OCED)、能源高级研究计划署(ARPA-E)、科学办公室、技术转型办公室，和国家实验室，以及跨多个能源部办公室的举措。

报告指出，由于技术突破、技术障碍和世界事件，这样的计划肯定需要随着时间的推移进行调整，但调整的必要性或缺乏一致性，不应阻碍制定这样的计划。

报告还指出，尽管先进核能战略计划在任何情况下都是有用的，它与长期预算计划相结合将发挥最大功效，尽管历史上预算计划并不总是提交给国会。

另一个挑战是，核能方案目前彼此独立运作，并按预算编制。他们很难就共同的长期预算达成一致。

尽管如此，通过制定预算计划，能源部可以解决实现其目标所需的资源问题，并确定相关能源部办公室和国家实验室可以为这项工作做出哪些贡献。

它可以制定一项计划，雇佣更多的员工，支持更多的技术，并在商业化过程中为先进反应堆(主要根据ARDP)、燃料和核供应链提供奖励。

预算计划必须包含在更广泛的预算计划中，以确定能源部如何分配资源，以确保有一套解决方案可用于实现气候和能源目标。

2、制定战略计划

爱达荷国家实验室等实验室在开发商业先进反应堆方面发挥着关键作用。

除了呼吁制定预算编制的高级核能战略计划外，该报告还就美国能源部应如何实际制定该计划提出了建议。

主要建议是创建一个类似于20世纪60年代美国月球计划的先进核能“地球射手计划”(Earthshot)。然而，NIA强调，目标不仅仅是发展核技术，而是成功的商业部署。

通过更好地整合能源部现有的项目来支持商业开发，为先进的反应堆开发商提供更多的机会，获得商业上无法获得的或来自萎缩的供应链的材料、工具、组件和分析能力。

例如，先进核能地球射手计划将有助于确定和评估贷款担保的关键供应链项目。

报告称，先进堆还需要私营企业生产的专业燃料，能源部也有支持这些努力的计划，并补充说，“地球射手计划”方法将集中并更好地协调能源部为完整的先进堆示范计划(ARDP)所做的创新和开发工作，它获得了2020年《能源法》的授权，是资助商业先进堆演示的主要工具。

《基础设施投资和就业法案》增加了为期六年的25亿美元拨款，而2022年的《通胀削减法案》为2024年后投入服务的任何零排放电力生产商设立了生产税收抵免和投资税收抵免。

美国能源部后处理高放废物库存的位置(图源：DOE)

《通胀削减法案》还制定了一项能源部计划，以促进国内HALEU生产。

报告指出，在国家推动脱碳之际，这种结合为核创新创造了几十年来从未见过的机会。能源部计划宣布“六到八次” 地球射手计划，迄今为止，它已经公布了氢射手计划，其中包括作为无碳来源的核能。

关于地球射手计划，报告认为，在能源部需要完全整合的所有努力中，没有一项可能像国家实验室那样重要，因为每个国家实验室都有非凡的技术能力，并且往往在国会得到强有力的支持。

NIA的分析指出，为了将能源部的核能计划完全整合到国家实验室，能源部可以从将国家实验室核能工作的监督整合到一个单一的管理者身上，以确保这些工作得到协调。

通过GAIN，能源部已经提供了一个单一的切入点，帮助公司应对美国能源部和国家实验室的官僚作风，但实验室的内部协调对于执行支持跨领域工作的计划也很重要，比如氢，这需要将先进堆技术与其他形式的清洁能源相结合。

橡树岭国家实验室(图源：ORNL)

能源部总部和国家实验室已经将重点放在ARDP的示范项目上，这些项目是公私合作伙伴关系。

这些合作伙伴关系是新设计及时成功商业化的关键，但一些能源部拨款接受者报告称，他们发现很难在各个能源部实验室内掌握和获取所有技术专业知识。

报道称，“地球射手计划”的另一个特点是，他们的目标是在全球市场上取得成功的清洁能源发电机和组件。

当然，这应该是先进核能地球射手计划的目标。

作者认为，美国应该致力于在这一领域发挥领导作用，而不是把机会留给商业或地缘政治对手。

此外，他们指出，俄乌战争使人们重新关注能源安全的重要性，并增加了改造能源部以开发新反应堆类型及其国内供应链的紧迫性。

作者指出，这也将使美国核能部门进入一些国家不愿与俄罗斯做生意而造成的真空。

他们说，核能设计和硬件曾经是美国的主要出口产品，现在可以再次成立。

一项关键建议是，能源部应建立一个先进地球射手计划，该地球射手计划将整合国家能力，支持综合燃料循环、先进反应堆和供应链创新，并使美国成为先进核能的全球领导者。

3、关注成本

图片美国能源部支持西屋公司的先进反应堆设计。

作者观察到，成本是先进反应堆在世界市场上取得成功的不可或缺的因素，更不用说在国内商业市场了，但他们补充说，核能的价格可能高于取决于天气条件的能源，因为可调度能源是一种价值更高的能源产品。

尽管如此，报告称，核能占据的市场份额的大小将在一定程度上取决于反应堆的建造和运营成本。

先进核能地球射手计划应该专注于降低成本，使成功的商业部署更容易实现。

例如，太阳能和氢地球射手计划都是根据成本(分别为每瓦和每公斤)来确定的。

作者表示，能源部应考虑将这一想法扩展到先进核能，并应考虑将成本作为组织原则，而不是仅专注于部署一定数量的先进堆或在预定日期前产生特定数量的先进核能。

报告的结论是，除非新核反应堆建设和运行的实际成本下降，否则核能将无法发挥其在缓解气候变化和能源安全方面的作用。

报告特别指出，开发人员必须能够可靠地按预算和时间表交付项目。这一问题历来是核部门面临的挑战，如果要发挥核潜力，就必须解决这一问题。

该报告认为，与工业界合作，能源部可以在实现这一目标方面发挥重要作用。

加速美国先进核能发展(图源：DOE)

首先，通过推广项目管理、合同和监督方面的最佳实践，其次，鼓励模块化、更小尺寸、更大批量的制造等设计创新，将简化反应堆项目。例如，该报告认为，先进反应堆设计中使用的某些组件的标准化可以为供应商创造一个更大、可预测的市场，从而促进其快速部署。

标准化部件的这种创新将使多个反应堆供应商能够利用成本和供应链效益，并对反应堆的建造速度产生复合影响。

核能不一定是最便宜的能源，因为它生产的电力是一种优质产品，在所有大气条件下都可以全天候使用。

但核能的价格需要更合理、更可预测，新项目也需要可靠交付。

该报告确实指出，最近的行业经验提供了有希望的结果。

目前的核能发电厂在2016年为自己设定了将运营成本削减30%的目标。这本来是有抱负的，但这场运动带来了新的想法，核能大军在2020年前实现了目标。

动机也是基于成本的：与天然气发电厂的电价相匹配。

根据NIA的说法，在建设背景下，目标应该根据每兆瓦热能的成本来设定——对于先进的堆，电力将不是唯一的产品——并且应该与地热能或具有碳捕获的天然气等其他清洁公司技术的成本相匹配。

一个延伸目标是在没有碳捕获的情况下，与天然气产生的蒸汽成本相匹配，这是公用事业行业目前的首选选择，因为没有要求减少气候迫使的排放。

4、变得更像商业

在该报告建议能源部的一个关键方面，涉及先进核能技术的商业化。

报告称，除了制定一项综合的先进核能战略计划外，能源部还可以在其运营中进行改进，以帮助实现对气候和能源安全目标至关重要的核技术商业化。

其中包括采取更像商业的方法，包括迅速、高效地执行任务，而不需要过多的官僚要求。

报告称，成功的企业善于为手头的任务配备合适的人员，理顺合同程序，并能够认识到他们将要追求的一些企业不会成功，而且会走进死胡同。

报告补充道，虽然能源部作为一个技术组织经常出现卓越的表现，但它现在也需要作为一个企业孵化器表现出色。

根据作者的说法，这意味着在谈判保密或知识产权协议时采用标准的商业程序;改善其商业运营，以反映气候挑战的紧迫性和私营部门的步伐;以及采取类似商业的态度，从战略上迅速决定技术方法是否可行和商业前景。

正如作者所观察到的，成功的私人企业尝试了很多想法，但放弃了那些不起作用的想法。

能源部应该采用的政府版本是为了投资组合的成功，而不是投资组合中的每个项目。

例如，如果某个特定问题有八个关键解决方案，重要的是我们要找到它们，即使需要十二到十六次尝试。

在找到这些解决方案的过程中，能源部也可以改进其运营。

政府合同通常规定，如果政府支付费用，则政府拥有知识产权。但知识产权正是私人投资者想要拥有的，而有问题的知识产权对政府来说可能价值不大。

能源部需要一种方法来解决创新者保留其知识产权的重要性，从而使合同发布更加顺利，开发商能够满足政府制定的积极部署时间表。

私营部门的投资者通常不会遇到这样的问题。报告称，能源部需要一种方法来迅速解决这些问题，以便开发商能够遵守政府制定的积极部署时间表。

同样，报告指出，能源部的保密协议缺乏有效的方法，因为它们是在个案基础上谈判的，而不是在国家实验室之间进行标准化。

作者表示，改善政府与政府寻求帮助实现其气候和能源雄心的公司之间的沟通也至关重要。

政府合同程序旨在确保一个机构不会偏袒一家私营公司。因此，通信往往很麻烦。虽然能源部在做出裁决之前需要保持中立，但这并不一定妨碍能源部与潜在公司进行讨论，只要这不会给该公司带来优势。

相比之下，私营部门的企业和大学可能有竞争压力等限制，但在签订合同之前仍有自由沟通的能力。

5、部门改革迫在眉睫

成功的商业需要有效的沟通。报告总结道，能源部现在管理的知识产权协议、保密协议和通信与私营部门不一致，更重要的是，与技术创新不一致。

投资者也在争先恐后地将他们的技术商业化，赶在竞争对手之前，及时满足新兴需求。

相比之下，政府更关心的是支出金额和遵守政府合同流程下的详细规则，而不是延误的成本。

虽然在某些情况下，优先考虑传统的政府程序是有意义的，但在涉及创新技术的情况下，这是没有意义的。这些延迟与激进的技术部署议程不兼容。

在开发新产品时，目标是以纳税人最低的成本部署新技术，同时认识到一些投资不会带来商业产品。

此外，延迟可以表示为添加到大气中的二氧化碳的百万分之一。

总之，该报告认为，能源部应该以企业的方式处理商业事务，能源部的工作应该以脱碳和加强能源竞争力和安全的时间紧迫为动力。

能源部必须培育的先进核技术将需要取代目前由碳排放发电提供动力的60%的电力系统，如果要取代目前用于交通、太空供暖和工业的碳排放技术，整个电力系统也必须大幅增长2到2.5倍。

通过与创业企业保持一致，精简、标准化并优化其合同、沟通和人员配置，能源部将能够更快地部署最可行的产品。

正如报告总结的那样，这对于满足缓解气候变化和能源安全的迫切需要至关重要。

最终，如何组织其先进的反应堆工作将由能源部决定，但NIA认为，先进核能地球射手计划模型是一种合乎逻辑和实用的方法。