SMR 开发中的关键服务：克服挑战并推动标准化

工厂化生产是 SMR 的主要优势之一。(图片来源：劳斯莱斯 SMR)

核电不再存在形象问题。自 1990 年代以来导致核电衰落的负面情绪正在发生变化，国际原子能机构 (IAEA) 总干事拉斐尔·马里亚诺·格罗西表示，许多国家现在都在寻求引进或扩大核电产能。

1996 年，核能占全球能源产量的 17%。如今，这一数字约为 10%，但发展方向是明确的。全球有 50 多座反应堆正在建设中，主要在中国和印度，而其他国家则扭转了核能淘汰计划。例如，日本正在重启 9 座反应堆，到 2030 年将重启 30 座反应堆。

这些变化反映了一个不稳定时期。能源获取和供应安全已成为主要问题，一些国家不得不重新考虑中长期战略。这是一个问题，因为随着经济体从化石燃料向低碳或零碳能源转型，稳定对于限制干扰至关重要，尤其是那些引入自身间歇性程度的能源，如风能和太阳能。

鉴于这种情况，人们将注意力重新转向核能作为中间手段也就不足为奇了。核能安全、可试行、部署正确时具有成本效益，而且最重要的是零碳排放。诚然，在许多人似乎专注于“未来”发电方式的情况下，回归上个世纪开创的技术有一定的讽刺意味。然而，小型模块化反应堆 (SMR)——该行业最有前途的概念——带来的好处是引人注目的。

降低资本成本、平衡电网和大幅减少碳排放只是 SMR 提供的部分好处。这刺激了巨大的需求，并吸引了政府、投资者和一些业内知名公司的研发部门的投资。此外，还有大量由风险投资公司和财团支持的新企业进入市场，反映了全商业规模设计的变革力量和巨大的盈利潜力。

然而，如果不进行一系列变革，要达到这一点将非常困难。这些变革包括修订监管环境，以及与拥有核工程和关键服务知识的制造商进行更密切的合作。

掌握标准化

SMR 意义重大，因为它们是基于经过验证的科学。它们还符合这样一个理念：实现净零排放所需的绝大多数技术已经存在，尽管成熟度各不相同。

成熟度可以说是当今 SMR 市场最明显的问题。目前有超过 80 种设计处于不同的完成阶段，使用不同的冷却剂和反应堆类型。这种活跃程度无疑是积极的，但它也暗示着缺乏标准化，而标准化对于使 SMR 在经济上可行至关重要。

对于 SMR 和整个核工业而言，一个有吸引力的商业模式非常重要，尤其是在可再生能源“总成本”持续下降的情况下。虽然目前人们对 SMR 的兴趣很高，但如果 SMR 开始遭遇与美国沃格特勒、法国弗拉曼维尔 3 号和英国欣克利角等大型反应堆相同的延误和预算超支，投资者放弃 SMR 也是不无道理的。

但标准化不仅仅是那些负责资产负债表的人的问题。这也切中了 SMR 最初被提出的原因：便利性和覆盖范围。模块化反应堆使核电能够覆盖传统数百兆瓦电厂无法覆盖的地区。它们甚至有可能在相对较短的时间内提供临时电力，作为应急响应的一部分或支持区域经济发展。如果没有安全可靠的设计并受益于规模经济，这些机会是不切实际的，甚至是不可能的。

虽然从最严格的意义上来说，它尚未实现标准化，但确实有迹象表明它正在取得进展。例如，通用日立公司已经凭借 BWRX-300 取得了进展，这是一种 300 兆瓦的水冷反应堆，基于其 ESBWR 设计，即经济简化沸水反应堆。ESBWR 已经获得美国核管理委员会的许可，使用与目前在全球服役的其他通用日立反应堆相同的设备和燃料。已经进行了多项工程变更，包括减少安全泄压阀并增加设计压力。如果获得批准，通用日立的 SMR 可能会在 2020 年前实现并网。这将比大多数老牌企业开发的 SMR 的预计时间表要早，后者通常在 2030 年代中期。

然而，劳斯莱斯公司却提供了一个最好的例子，说明为什么在 SMR 开发过程中必须考虑商业现实。该公司目前正在参与一项由英国政府部分资助的 470 MWe 压水机组开发项目。该项目的初始 5 亿英镑(6.34 亿美元)资金将在 2024 年底前用完，这促使劳斯莱斯首席执行官公开要求政府在 2023 年底前起草部署计划。这些 SMR 预计耗资约 18 亿英镑(23 亿美元)——与 Sizewell C 一台机组可能需要的 90 亿英镑(114 亿美元)相比，这是一个巨大的节省。在通用设计评估完成之前，这一成本是否可以实现仍不清楚。

协调监管的承诺

很难忽视围绕 SMR 的监管迷宫以及这对推广的影响。设计和运营都需要许可证。这适用于开发 SMR 的供应商和最终用户。在大多数情况下，这两方将位于具有不同监管规定的不同国家。

鉴于正在开发的 SMR 设计方案数量众多，获得许可的进程变得缓慢而艰巨。监管机构对许多 SMR 设计并不熟悉，尤其是那些依赖创新反应堆和新制造方法的设计。

一些较成熟的 SMR 使用成熟的冷却剂，例如加压水，而其他 SMR 则依靠相对较新的方法，使用液态金属、氦和熔盐。任何与已知或已获批准的方案的偏差或变化都需要进行彻底的测试，以保证安全。

这是可以理解的，不应被视为商业成功的障碍。毕竟，当地方当局将核电更接近人们生活和工作的地方时，公众信心将是必不可少的。SMR 受益于较小的反应堆堆芯，因此放射性库存也较小，理论上可以减少屏蔽要求和应急计划区的大小。有些 SMR 还包括一个集成蒸汽供应系统，其中蒸汽发生器直接连接到反应堆。这些内置的被动安全系统为 SMR 提供了更长的、在某些情况下无限的应对时间，以应对场外电源故障。

尽管如此，该行业认识到跨境监管的复杂性。例如，2022 年，国际原子能机构宣布了一项核协调与标准化倡议，旨在简化 SMR 准备在全球范围内部署的流程。这还包括一个接受工厂组装零件的框架，一旦通过，将根据每个参与国监管机构共同制定的一套商定的制造原则创建一个全球生产网络。这个想法将遵循类似于目前已确立为全球航运和航空最佳实践的监管格局。

这将是向前迈出的重要一步，允许大量部件获得在多个国家生产的许可，从而创建降低成本所需的协调供应链。然而，这种解决方案也带来了一系列挑战。模块化结构和按照一致规范和标准制造的装配式部件将需要法律审查，特别是在物流方面。例如，可运输工厂的国际核责任制度仍不明确，环境保护和公众参与立法的适用性也同样不明确。

关键服务的作用

考虑到监管审批流程漫长(即使对于设计更先进的企业而言也是如此)，选择已知符合现有标准的方案显然是明智之举。这不仅是为了证明整体 SMR 概念，也是为了给各经济体提供一种实用的方式来补充可再生能源的可变性，而不会造成重大短缺。

阀门就是一个很好的例子。虽然阀门在整个构造中相对较小，但它们对于保持某些 SMR 设计在理想参数范围内运行至关重要。IMI Critical Engineering 正在帮助加速这一领域的进展，协助应用和设计几个核心组件，包括所有类型的安全泄压阀。这包括主蒸汽安全阀、主蒸汽和主给水隔离阀、涡轮旁通阀以及应急核心冷却系统过滤器。

所有这些产品都已获准在大型反应堆中使用。虽然它们无法在 SMR 中一模一样地应用，但它们在关键服务中已经经过了数千小时的运行验证，这减轻了监管人员在使用定制工程部件时遇到的一些不熟悉问题。这一点尤其重要，因为许多 SMR 设计都具有被动安全系统，这降低了新手、缺乏经验的操作员的进入门槛。

这并不是说在开发过程中可以忽略或加快组件的开发速度。每个部件，无论在哪里制造，都必须经过同样严格的测试程序，该程序是数十年来核能产品设计和工程安全的基础。但是，如果简单性和速度是使 SMR 取得成功的必要因素，那么开发人员明智的做法是与现有组件和了解它们在关键服务中表现的公司合作。这只是一个更大难题的一个方面，但对于引入一种能够以有意义的速度合法地使电网和更广泛的行业脱碳的技术而言，它同样重要。