長期以來，核電站象征著龐大。規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的核工程耗資不菲，且有著漫長的建造周期。一旦工期延誤，就意味著超支風(fēng)險。核工程師們正在通過縮小核反應(yīng)堆的體積來解決這些問題。未來的小型核反應(yīng)堆也許只有傳統(tǒng)反應(yīng)堆的1/3大小，可以先在工廠內(nèi)完工，再由卡車或船舶運抵現(xiàn)場組裝。

與傳統(tǒng)大型核電站相比，這種采用模塊化設(shè)計、設(shè)備系統(tǒng)模塊化工廠預(yù)制和現(xiàn)場模塊化組裝建設(shè)的小型模塊化核反應(yīng)堆（SMRs，Small Modular Reactors），意味著更低的造價、更易于建造安裝、建造周期更短，也更安全靈活。

美國是最早提出小型堆概念的國家之一，小堆也一直是美國先進核能研發(fā)的重點之一。近年來經(jīng)歷了大型核電項目建設(shè)拖期和嚴重超支后，美國政府對包括小堆在內(nèi)的新型的、低成本的核技術(shù)青睞有加。在特朗普所倡導(dǎo)的美國核能復(fù)興計劃中，小堆也將扮演重要角色。

可用船舶、卡車或火車運輸?shù)男⌒湍K堆

傳統(tǒng)的核電站反應(yīng)堆功率通常大于1000 MW（1MW=1000KW，1KW=1000W），但小型堆的功率僅為300 MW甚至更低。對于電力需求較小、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的國家和地區(qū)，抑或是邊遠地區(qū)的供電供熱、海水淡化、海上采油等，小型堆都被視為極佳的選擇。

前總統(tǒng)奧巴馬任上，美國政府對于小堆研發(fā)浪潮一直予以“高調(diào)”扶持。在將小堆落地的競賽中，由美國政府資助的美國紐斯凱爾電力公司（NuScale Power，下稱NuScale）走在了前列。

NuScale是一家致力于推廣小型模塊化反應(yīng)堆并使之商業(yè)化的公司，總部位于俄勒岡州波特蘭。2014年，美國能源部與NuScale簽署了協(xié)議，為期5年向其提供2.17億美元，以資助SMRs的設(shè)計研究。2016年12月31日，NuScale向美國核管會（NRC）提交了SMRs設(shè)計認證申請，這也是歷史首個向NRC遞交的SMRs設(shè)計認證申請。NRC預(yù)定的審查期限為40個月。一旦簽發(fā)，設(shè)計資質(zhì)的有效期為15年，配合建造許可申請（COLA）就可以建設(shè)和運營電廠。

NuScale小型模塊化反應(yīng)堆基于成熟的壓水堆技術(shù)，模塊化特色十分鮮明。由于采用了反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計理念，NuScale將核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的主要設(shè)備——堆芯、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、穩(wěn)壓器及蒸汽發(fā)生器等集成到一個模塊內(nèi)，從而實現(xiàn)了小型反應(yīng)堆的模塊化制造、運輸、安裝及換料。

官網(wǎng)資料顯示，每個NuScale模塊的熱功率為160 MWt、電功率為50MWe，成本低于5100美元/KW。模塊可以獨立運行，也可以與其他模塊一起組成多模塊配置，一座NuScale電站最多可容納12個模塊。由于每個NuScale模塊都具備自身的安全殼與反應(yīng)堆系統(tǒng)及特定的汽輪發(fā)電機組，在一個裝備了多模塊的核電廠，單個機組的換料工作可以在不影響其他機組正常發(fā)電的狀況下進行。

每個NuScale模塊（圓柱密封模塊中包含反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器）約76英尺高（約合23米）、15英尺寬（約合4.6米），這一設(shè)計使其能夠方便地以船舶、卡車或火車裝運。雖然是傳統(tǒng)輕水反應(yīng)堆的精簡版，但這種SMRs具有全新的、優(yōu)良的安全特性。由于反應(yīng)堆和安全殼都被置于位于地下的水池中，水作為冷卻介質(zhì)，反應(yīng)堆在自然循環(huán)下運行。它還有一套非能動安全系統(tǒng)，即使在持續(xù)性失電情況下（比如福島核事故中因海嘯引發(fā)的失電），也能夠自動關(guān)閉反應(yīng)堆或是在沒有人為干預(yù)的情況下冷卻反應(yīng)堆。

NuScale公司研發(fā)的小堆除了可以使用傳統(tǒng)的輕水堆燃料外，還可以使用MOX燃料。

NuScale計劃的第一個SMRs核電廠廠址選在愛達荷國家實驗室（INL），業(yè)主為猶他州聯(lián)合市電力系統(tǒng)（UAMPS），西北能源（Energy Northwest）負責(zé)運營。如果一切進展順利，它將在2026年開始發(fā)電。盡管這距離現(xiàn)在還有近十年，但一旦美國核管會批準了其SMRs設(shè)計方案，NuScale就可以建立起供應(yīng)鏈和第三方制造流程，獲取客戶和推廣反應(yīng)堆也會變得快速和容易很多。當然，核電站選址仍需要通過額外的監(jiān)管許可。

除美國外，NuScale還計劃到2020年代中期，在英國運行第一座50MW的小型堆電廠。該公司曾作出保守估計，到2035年，全球?qū)⒂屑s55-75GW（1GW=1000MW）的小型堆電力需求——相當于1000座 NuScale發(fā)電模塊。

反應(yīng)堆更小，就更經(jīng)濟嗎？

NuScale每個模塊的施工周期為約為3年，這使得資金籌措更加容易，投資也可更快得到回報。該公司估計，一個電廠即使頂格配置12個模塊，也只需花費30億美元左右。相比之下，西屋公司位于佐治亞州沃格特勒廠址（Vogtle）的兩臺AP1000機組，最初預(yù)計耗資140億美元，之后增加到超過200億美元。

根據(jù)國際原子能機構(gòu)（IAEA）的統(tǒng)計，全球范圍內(nèi)大約有50種SMRs正處于概念設(shè)計、設(shè)計認證、申請許可等開發(fā)階段，其中已經(jīng)在建的有：阿根廷的CAREM一體化PWR、中國的HTR-PM高溫球床氣冷堆和俄羅斯的KLT40s浮動核電站。

如果早期項目能獲成功，大規(guī)模建設(shè)小型核電站的現(xiàn)實可能性將大大增加，進而降低核能行業(yè)的前期成本和風(fēng)險。但另一方面，這些小型核電站在被現(xiàn)實證明可行之前，我們無法獲知它們真正的經(jīng)濟效益。尤其是，相較于低成本的天然氣而言，小堆的經(jīng)濟性如何？初期投資的大大降低并不一定意味著其電力成本低廉。

Third Way智庫清潔能源項目的副主任瑞恩˙菲茨帕特里克（Ryan Fitzpatrick）對《麻省理工科技評論》稱，如果只是建造一個更小的核電站，每兆瓦時電力的成本不一定會下降，公司必須通過其他流程來節(jié)省成本。這些努力可以是更短的施工時間和以新設(shè)計降低管理費用等等。麻省理工學(xué)院（MIT）核科學(xué)與工程系教授尼爾˙托德雷亞斯（Neil Todreas）表示，降低成本的關(guān)鍵在于，建立工廠來大批量生產(chǎn)此類反應(yīng)堆。

然而，這將面臨“先有雞還是先有蛋”的難題：建設(shè)這些工廠需要大量訂單以獲得融資，但在公司能可靠地生產(chǎn)成本低廉的反應(yīng)堆之前，它很難獲得這些訂單。

《麻省理工科技評論》同時提出，由于特朗普政府的預(yù)算提案中大幅削減美國能源部的核電項目，所以該公司能否拿到余下的 4700 萬美元還是個未知數(shù)。事實上，一些共和黨議員今年5月曾在一份信中力促特朗普支持SMRs的發(fā)展，他們強調(diào)了迫在眉睫的來自中國和俄羅斯的競爭壓力。

此外，也有一些人擔(dān)心，核反應(yīng)堆變小而數(shù)量變多之后，可能誘發(fā)新型核擴散風(fēng)險。

憂思科學(xué)家聯(lián)盟（the Union of Concerned Scientists）針對現(xiàn)實中核電站的安全和安保提出了一些質(zhì)疑，他們指出，一個分布廣泛的、規(guī)模小但數(shù)量多的反應(yīng)堆網(wǎng)絡(luò)可能會讓防核材料擴散變得更困難，除了其他危險外，它們可能會被用來制造臟彈。

最終，小型模塊化反應(yīng)堆是否能成為理想的或是最經(jīng)濟的核能發(fā)電形式還不得而知。“但在一個已經(jīng)幾乎不可能新建任何核電站的國家，它是能讓整個行業(yè)再次前進的技術(shù)。”托德雷亞斯說道，“我無法確定未來幾十年里小型模塊堆是否會在美國大規(guī)模建造，或是完全取代大型發(fā)電站。但在短期內(nèi)，它們對于美國核能行業(yè)的健康發(fā)展非常重要。”