核能创新对减缓气候变化至关重要

在上周，两个新闻报道确实抓住了核能的潜在未来。《纽约时报》马修·沃尔德（Matthew Wald）从佐治亚州报道，那里的建设人员正在慢慢建造30年中的头两个新核反应堆。美国田纳西州《国家地理杂志》的威尔·弗格森（Will Ferguson）报道说，工程师和科学家正在采集核心样本并绘制区域地质图，这是建造世界上第一座小型模块化核反应堆的早期计划阶段的一部分。这两个项目都面临着独特的挑战，但它们都代表了减少美国（甚至可能成为世界）气候变暖碳排放的两条潜在核路径的开端。

乔治亚州的大型核能创新

我们都熟悉的核发电机在物理上被大型弯曲的冷却塔和滚滚的白蒸汽所认可，并且在实用上被认为是重要的无碳电力来源。全美国的大型核反应堆提供约19％的电力。

但是三十年来，核能行业一直停滞不前。由于各种因素的混合，包括更严格的法规，建筑成本上升，化石燃料价格下降以及三英里岛熔毁，因此未开发新的核电站。这种情况在2009年发生了变化，当时美国能源部为Alvin Vogtle核项目提供了83亿美元的贷款担保，该核电站旨在建造两个新的反应堆。2012年，核监管委员会（NRC）批准并开始建设。Vogtle以及南卡罗来纳州维吉尔夏季核电站正在建设的两个反应堆，代表了大规模传统核电的“下一代”。

特别是，耗资140亿美元的2234兆瓦Vogtle项目利用了两项创新，一项是监管方面的创新，另一项是技术创新。第一个创新是项目使用NRC的组合建筑和运营许可协议。在Vogtle之前，核电厂在建造之前获得了一份NRC许可证，然后在建造之后但在运行之前获得了一份NRC许可证。拆分过程增加了新电厂的建设成本和延迟，在某些情况下，新电厂的建设停滞或完全停止运营。最著名的是，长岛的Shoreham核电站由于NRC法规变更而导致成本超支，并且在地方当局未能提供许可所需的疏散计划后最终从未开始全面运营。

取而代之的是，新的组合许可流程要求在施工开始之前克服开发障碍。NRC通过预先批准反应堆设计来做到这一点，这可以提供监管确定性并减少施工期间潜在的成本超支。NRC已预先批准Vogtles（和Summers）在2011年选择了反应堆设计–西屋AP1000。

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第二项创新是AP1000核反应堆设计本身。它是最先进的压水反应堆，准备用于商业用途，并声称比现有反应堆更安全，更可靠。特别是，AP1000利用被动冷却系统，该系统可以在没有任何操作员干预的情况下，自动使反应堆至少三天不熔化。与上一代设计相比，它还产生更多的能量，但容纳的泵，管道和阀门更少，从而进一步提高了安全性并降低了成本。

田纳西州的小盒子核能创新

在核工业继续推动更多大型核电站建设的同时，新兴技术也显示出进步。特别是，小型模块化核反应堆（SMR）正在迈出从理论设计到商业试验项目的第一步。

SMR创新有可能解决传统核技术的关键问题：前期成本。尽管核能发电一旦开始运营就相对便宜，但成功开发新工厂可能要花费10到200亿美元-即使只有联邦贷款担保，只有少数能源公司才能做到这一点。SMR公司相信，他们可以以大约20亿美元（或成本的五分之一）的价格建造一座工厂。当然，一台SMR反应堆不会提供与一台大型反应堆相同的输出，但这实际上创造了灵活性。SMR可以堆叠在一起以满足特定区域的电力需求，因此，如果需要，人口较少的地区可以投资较少的SMR反应堆，而人口更多的地区可以增加更多的区域。发电机甚至可以在安装附加模块的同时开始运行SMR，因此，能源公司可以比建造大型传统反应堆（要在建设完成之前无法打开）早得多地收回前期成本。

SMR公司认为，进一步降低成本将来自于大规模生产SMR反应堆并运送到建筑工地的可能性，而不是大盒子工厂的现场组装（尽管Vogtle项目的某些部分也在这样做）。此外，SMR还具有独特的安全优势，例如具有空冷式被动安全系统的潜力，而不是当今使用的传统水冷系统，以及能够将整个反应堆一件式拆卸而不是逐件拆卸的能力。 。

沿着克林奇河开发的田纳西州SMR项目是能源部SMR计划下的第一个示范项目。具体来说，美国能源部将在5年内投资4.52亿美元，以加速SMR设计的许可，以提供监管确定性，以便私人公司可以在美国范围内开始开发它们。Babcock＆Wilcoxs的mPower设计（180 MW压水反应堆）是第一个获得该计划支持的项目，以开始完成设计认证，上述现场地质，NRC设计许可和早期工程活动。该项目与田纳西河谷管理局（TVA）建立了独特的合作关系，一旦SMR建成，该管理局便可以成为最终用户。美国能源部正在征求支持第二个下一代设计，该设计计划在今年年底宣布。

核能创新在应对气候变化中的作用

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目前，核能是唯一可以提供基本负荷电力的无碳能源，这是减少全球温室气体排放的关键特征。相反，渗透率越来越高的可再生能源需要公用事业规模的储能（成本或性能尚不具竞争力）或天然气厂达到高峰以平衡需求高峰。实际上，加州的碳排放量将会增加，因为它关闭了San Onofre核电站，该核电站的发电量占加利福尼亚州的十分之一，并且正在迅速努力以天然气和可再生技术的混合替代它。德国和日本也发生了同样的情况。

像可再生能源一样，大规模核部署的关键障碍是成本和不确定性。随着大型核电站的兴建，成本和建造挫折继续困扰着发展。正如马修·沃尔德（Matthew Wald）所知，Voggtles的建设“直升机运行没有按计划进行，与时间表密切相关的时间表-至少比肋节滑了14个月甚至更多。”正如威尔·弗格森（Will Ferguson）报道的那样，能源部的SMR支持仅扩展到许可和早期选址，而不是建设。截止到今天，包括TVA在内的所有电力供应商都没有同意在许可完成后实际资助SMR演示。

大工厂的前期成本和SMR的死亡谷支持是扩展核电的最直接障碍。目前尚不清楚大型核能是否会减少其成本超支，SMR可以通过提供具有成本竞争力的替代方案来完全解决该问题。当然，这些项目是美国能源部在研发下一代设计，材料和安全技术以及继续开展聚变能研究方面的投资的补充。尽管如此，仍有很大的机会将下一代核能（通过大型先进反应堆或新兴的SMR设计或两者兼而有之）更有效地纳入长期和短期减少碳排放的生产战略中。

通过。马修·斯蒂普（Matthew Stepp）