发挥小型模块化反应堆的潜力

2023-11-18 14:40  来源:创新新闻网    小堆  核反应堆

小型模块化反应堆是一种新型核反应堆,可以提供更清洁、更安全、更容易获取的核能。NEA 讨论了中小型反应堆面临的优势和挑战。


小型模块化反应堆是一种新型核反应堆,可以提供更清洁、更安全、更容易获取的核能。NEA 讨论了中小型反应堆面临的优势和挑战。

小型模块化反应堆(SMR)是一种新型核反应堆,其持续创新有助于解决全球多个能源政策优先事项。这些范围从电力脱碳到确保不确定世界中的能源供应安全,为缓解能源贫困和促进经济发展和繁荣提供选择。

核势

核能已经在许多国家的能源系统中发挥着重要作用,目前运行的 444 个核反应堆提供了世界约 10% 的电力。这些反应堆主要是千兆瓦级的,提供电网基荷电力。核能可以发挥更大的作用。NEA 最近的分析(NEA,2022)发现,要达到国际气候变化专门委员会(IPCC,2018)与 1.5°C 情景一致的平均路径,需要到 2050 年将全球核电装机容量增加两倍,达到 1,160 吉瓦。这是通过现有核反应堆的长期运行、大规模第三代核电站以及用于电力和非电力应用的小型反应堆的结合来实现的。

一些国家正在推进中小型反应堆的创新。这包括处于各个开发阶段的中小型反应堆,从新概念的基础研究到成熟设计的商业部署和运营。这一创新管道包括一系列反应堆概念——从现有轻水反应堆技术的渐进式创新到先进的第四代反应堆概念的突破。它还包括各种配置的小型模块化反应堆,其中一些是陆基反应堆,另一些是多模块、海基或可运输的。这些创新融合了新材料、一系列冷却剂和创新燃料。该创新管道准备生产各种不同尺寸的商业SMR,从小于5兆瓦的电力到大于300兆瓦的电力,出口温度从约285°C到近900°C。

图 1. 全球核电装机容量差距(2020-2050 年) 资料来源:NEA 2022

SMR的特点

小型模块化反应堆具有许多支持其商业可行性的属性。许多新技术都融入了被动安全的概念,这意味着它们不需要主动干预或断电即可关闭。结合较小的库存或现场材料,这可以减少所需应急规划区域的规模,促进选址并可能减少电网需求。与此同时,一些中小型反应堆的设计可以重复利用乏核燃料,从而减少必须在深层地质处置库中储存和管理的高放射性废物的数量。通过设计标准化、简化和模块化,中小型反应堆还旨在通过批量建造来降低成本。比传统核电站规模更小、规模更大,应该会增加对更广泛的私人投资者的吸引力。

小型模块化反应堆管道有可能支持各种能源政策优先事项。其中包括电力供应的脱碳以及大型核电站和可变可再生能源供应可能受到限制的新应用的脱碳。这些新的市场和应用范围从替代并网发电中的煤炭到替代某些行业和区域供热的化石热电联产。在许多情况下,SMR 将成为不同地区和环境中实现净零排放的游戏规则改变者。

其中一些技术现已推向市场,许多其他技术将在未来 5 到 10 年内推出。凭借如此多样的技术和规格,核能机构 (NEA) 正在寻求帮助各国监测中小型反应堆的进展,同时考虑实现净零排放的可行途径。

NEA SMR 仪表板于今年早些时候发布,就是为了实现这一目标。它超越了技术准备水平,并评估了六个额外有利条件的进展:许可准备情况、选址、融资、供应链、参与和燃料。在每个领域,NEA 都定义了客观标准,反映了在首个部署和商业化方面取得的实质性进展。NEA SMR 仪表板仅使用可验证的公共来源的信息,并已更新以包含更多数量的 SMR 项目和计划。它受益于与 SMR 设计师的协商,他们有机会对其评估草案发表评论,并补充可以独立验证的进一步信息。

将 SMR 变为现实

NEA SMR 仪表板的汇编揭示了 NEA 和非 NEA 成员国在 SMR 部署和商业化方面取得的重大进展,其中大部分进展发生在过去两年。

总体而言,可以看出推出 SMR 的两个机会窗口(图 2)。随着 2030 年至 2040 年脱碳工作的加速,那些技术水平和许可准备程度较高的企业将在 2050 年实现净零排放方面发挥重要作用。技术和许可准备水平较低的企业可以从 2040 年开始大规模部署,以帮助保持2050年后净零排放。

图 2:SMR 支持净零目标的机会之窗。资料来源:国家能源局 2022

然而,新核技术的部署和商业化面临着许多挑战,NEA 及其成员国正在通过加强国际合作来应对这些挑战。

2023 年 9 月,国家能源局在其首届新核路线图会议上召集了数十位能源部长和私营部门首席执行官,讨论应对这些挑战的最佳方法。二十个国家商定了一份联合声明,承诺利用核能实现净零排放,并制定了一系列指导政策来实现这一目标。他们的行动呼吁在 COP28 气候会议召开前夕尤为重要。

SMR 插图©shutterstock/vectorwin

挑战

扩大部署包括中小型反应堆在内的新核项目的第一个关键挑战是融资渠道。在可能的情况下,有权这样做的跨国开发银行、国际金融机构和区域机构应考虑为核能提供融资。如果核能在金融分类中酌情与其他低碳能源一起分类,并纳入环境、社会和治理(ESG)政策,那么新的核项目将更容易获得融资。

为了使中小型反应堆足够快地上线以帮助实现净零排放,需要做更多的工作来创建有利的政策框架、监管途径、法规和标准。分享最佳实践和其他形式的国际合作有助于加速这一进程。这对于中小型反应堆尤其重要,因为正在研究的一些技术是创新的。合作还将有助于确保乏核燃料和高放射性废物的储存、运输、后处理和回收以及处置的安全和有效策略。

如果中小型反应堆等新核设施要经济且及时,供应链就必须平稳且可预测。这包括核燃料的供应,从铀提取到转化、浓缩和燃料制造。小型模块化反应堆还特别适合混合能源系统,该系统整合了所有低排放能源,因此培育此类新能源系统将有助于加快向净零经济的过渡。例如,SMR可以帮助降低生产氢气的成本,然后将其用于重工业等难以减少的行业。

几十年来从未出现过的核能项目活动不断增加,需要投资于教育和培训具有创新性和多样性的熟练劳动力。在所有阶段,公众都需要通过透明、包容和民主的决策过程来参与。

应对所有这些挑战的最佳方法是开展国际合作,让利益相关者定期交换信息,包括最佳实践和经验教训。NEA 旨在通过其工作帮助其成员国发展和支持由政府官员、行业领袖、研究人员、民间社会和其他感兴趣团体组成的网络,以最大限度地发挥中小型反应堆和其他核能技术的潜力。共同努力将帮助各国利用当前核能创新,寻求维持能源供应安全,以可承受的成本提供电力,并在本世纪中叶实现净零排放。

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