經合組織核能機構公布小堆近期部署潛力報告

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經合組織核能機構公布小堆近期部署潛力報告

【本刊2016年10月綜合報道】 經合組織核能機構(OECD/NEA)近期在網站上公布了一份題為《小型模塊堆：近期部署的核能市場潛力》的報告，介紹了核能機構近期獲得的小堆研究成果。下文對這篇報告的內容進行了簡要介紹。

在降低核電廠造價以及為小型電網系統供電等愿望的驅動下，小堆的發展和部署近年來備受關注。過去幾年中，許多小堆項目已取得顯著進展。兩種小堆設計已啟動首堆建設：阿根廷的CAREM-25設計和俄羅斯的KLT-40S(注：根據國際原子能機構(IAEA)的資料，有三種小堆設計啟動首堆建設，第三種設計是中國的高溫氣冷堆(HTR-PM))。為了能夠量化小堆的中短期市場規模，核能機構啟動了一個項目，收集和分析有關小堆經濟性和市場數據，包括估算工廠制造費用。首先向小堆供應商和潛在客戶發放調查問卷和進行面談，以收集相關數據。然后將這些數據用于評估小堆的商業部署潛力。在這項研究中，僅考慮成熟技術(即基于輕水堆技術的小堆設計)和預測中短期發展情景，以及小堆市場的各種影響因素。

小堆的經濟性和市場

小堆與大堆的不同之處在于小堆的輸出功率小(通常低于300 MWe)，而且許多小堆采用了模塊化設計。單個反應堆模塊能夠在工廠制造，然后運至廠區安裝。

小堆的經濟性(造價、運維費用和燃料費用)目前仍未得到實踐證明。根據小堆供應商的描述，小堆具有下述特點：

· 小堆設計者強調他們的設計方案加強了核安全，并允許使用獨特的非能動安全特性。

· 許多小堆設計受益于使用更少的結構件、系統和設備以及簡化的能量轉換系統。

· 由于建設單臺機組所需的前期投資較低，因此小堆電廠建設融資更容易。

· 在擁有大量可再生能源電廠或小型電網的市場中，由多座小堆組成的電廠可為電力公司提供更好的運行靈活性。大部分小堆設計能夠以負荷跟蹤的方式運行。

· 相對于大堆，小堆對電力傳輸基礎設施的要求較低，因此適于在更多的地點部署。

· 在涉及運行和停堆作業的人力資源管理方面，由多座小堆組成的電廠也優于由一座大堆組成的電廠。此外，電廠擁有多座小堆，可以避免電廠出現因停堆檢修和換料而長時間不能發電的情況，因為可以對多座小堆進行逐一停堆檢修和換料。

· 小堆的能量輸出非常適于現行的水暖輸配網絡，因此，小堆適于在發電的同時進行海水淡化(即水電聯供)和區域供暖(即熱電聯供)。

· 小堆的模塊化建設及其小尺寸有利于退役工作的開展。

根據目前的估計數據，如果能夠實現小堆的競爭優勢，那么小堆的單位裝機容量造價將低于大堆。如果實現批量建設，則可以通過優化供應鏈和降低融資費用來降低小堆造價。小堆供應商估計，大部分小堆設計需要建設5至7座電廠才能從供應鏈優化中受益。因此，對于小堆能否實現理想的競爭力，市場規模(決定實現工廠制造的可能性)尤為重要。

小堆的可變費用(即運維和燃料費用)很可能會高于大堆。預計小堆的燃料費用會高于大堆，因為小堆的堆芯尺寸小及其燃料利用效率較低。運維費用將取決于小堆設計者的一項能力，即向核安全監管機構證明小堆使用相對較少的人員也能夠滿足適用的安全和運行要求。對于由多座小堆組成的電廠，單位發電量的運維費用很可能會下降，但這將取決于監管要求。

因此，如果能夠實現工廠批量制造，則小堆造價的絕對值以及單位裝機容量的建設費用均可能低于大堆，但小堆的可變費用較高。在經濟性方面，小堆的發電成本在燃煤電廠和大型核電廠之間。

核能機構預測了小堆到2035年的兩種發展情景(詳見圖1)：一種是樂觀的高值情景，即小堆成功通過監管機構的審批并實現工廠制造；另一種是保守的低值情景，即小堆的建設和運行都很昂貴，因此僅建成數量有限的項目，包括原型堆和位于偏遠地區的電廠。

在高值情景中，小堆裝機容量到2035年將高達21 GWe，占全球核電總裝機容量的約3%。這一情景中，2020—2035年建設的小堆容量將占新建核電總容量的約9%。這兩種預測情景均沒有考慮小堆技術和監管框架的進一步發展導致核電市場發生巨大改變的可能性。

核能機構的這一預測結果與許多其他機構的預測結果類似。例如UxC公司2013年曾預計，小堆裝機容量2040年在中值情景中將達到22 GWe；在低值情景中將為9 GWe。而英國國家核實驗室(NNL)2014年公布的預測結果更高：2035年全球小堆市場規模達將65～85 GWe，僅中國和美國就達到15 GWe，前提是小堆相對于大堆具有經濟競爭力。

小堆面臨的商業化挑戰

小堆具有經濟競爭力的一個關鍵要素是能夠實現工廠制造。顯然，如果不能批量制造，小堆將不具經濟競爭力。由于小堆采用了工廠組裝模式，因此需要對現有核供應鏈進行重大改造，并要求工廠組裝過程具有靈活性和可擴展性。

小堆初期設備制造慢，因此應將供應鏈設計成隨著未來產品成熟以及市場信心增加而逐步加快制造速度的模式。艦船核動力堆供應鏈便是采用這種供應和組裝戰略的一個實例。成功實施這一方案需要滿足許多前提條件。其中包括產品應實現高度標準化，這意味著供應商必須在標準化和客戶專門需求之間尋求適當的平衡。此外，必須避免任何返工，因為這會干擾組裝過程。應為正在開展的工作及時提供所有設備/部件/套件，因為任何延誤將會影響整座電廠而不僅僅是一臺機組的建設。

圖1 2035年各地區的小堆裝機容量預測

小堆工廠組裝面臨的一個重要挑戰是核監管。雖然現有監管框架涉及小堆的所有安全特性，但仍存在需要加以解決的諸多問題。尤其是，現行的監管實踐與工廠組裝模式特別是自動組裝過程不匹配。

監管機構必須改進其工作方法，以便在組裝階段就盡可能對機組進行測試，并最大限度地降低返工的可能性。

其他重要的監管問題包括需要對下述事項進行驗證和核實：改進后的非能動安全系統和多模塊部署方式、應急規劃區的規模以及運營和安保所需的人員配備。這種驗證和核實工作可基于現有程序采用類似于大堆的風險指引法開展。

但是，必須證明小堆能夠滿足各種安全要求。監管機構及相關的技術支持單位需要時間和資源來對小堆設計的技術方案及其創新性進行評估。這一過程將導致小堆的審批出現延遲。在理想情況下，需要為小堆的成功部署制訂一種新的審批方法，以便允許進行工廠制造和系列部署。這可能不僅需要在監管機構之間進行協調，還需要在制造商之間進行協調。

多個國家的監管機構必須與小堆供應商密切合作，以檢驗各種方法和可能性。在各種擬議的審批方案中，飛機和發動機的審批方案經常作為參考范例被提及。但是，不能將航空業的審批方案直接適用于核工業。尤其是，小堆的全面工廠組裝使監管機構不能對所有組裝步驟進行檢查。需要為小堆制訂創新的審批方案，即將小堆機組的通用審批或許可審批、選址以及“主設施”(即各獨立的小堆機組組成的設施)的許可審批區分開來。

個案研究：美國

美國對核工業的復興非常感興趣，近年來尤其關注小堆的開發。根據美國國家環保局最新頒布的有關空氣污染的嚴格法規，美國必須關閉部分燃煤電廠。美國目前將小堆視為燃煤電廠的潛在替代方案。

美國過去幾年一直在積極推進小堆研發，多種小堆設計有可能在近期建設首堆，包括下述4家企業正在研發的小堆：巴布科克·威爾科克斯公司(B&W)、紐斯凱爾電力公司(NuScale Power)、西屋公司(Westinghouse)和霍爾臺克公司(Holtec)。美國能源部已開始為推進巴威和紐斯凱爾小堆設計的商業化提供總額將達4.52億美元的資金，以支持這兩種小堆的設計開發和審批計劃。

但是，由于在尋找電力公司客戶方面遲遲未能取得進展，巴威決定從2014年第三季度開始削減其小堆研發投入。西屋2014年2月宣布，由于未能獲得能源部的資助，決定縮減小堆研發計劃的規模。

小堆被認為是未來美國可用于新建電力裝機容量的候選方案，尤其是用于替代即將關閉的部分燃煤電廠。

美國約60 GWe的燃煤電廠是在1975年之前建設的，這些電廠的裝機容量通常為50～300 MWe。雖然美國的電價已發生很大變化，但發電成本一直占電價的約60%，且未來10年預計仍將保持這一水平。

在高值發展情景中，美國到2035年可能會建成高達3.5 GWe的小堆裝機容量。這相當于美國2035—2040年核電總裝機容量的3.5%。在低值發展情景中，美國僅會建成幾座原型堆。

許可審批仍是小堆商業化部署過程中面臨的一個重要挑戰。美國目前對小堆采用的審批方法與先進輕水堆的類似。近期，將通過對小堆的豁免請求以及編制專門的設計評審標準等方式解決小堆的先進特性問題。未來將根據從首批小堆的審批工作中獲得的經驗反饋，編制專門針對小堆的法規。目前，小堆供應商應當證明其設計能夠滿足美國核管會(NRC)的適用要求，尤其是有關設備制造、安保和運行的要求。這將是小堆經濟性及其未來能否在美國能源結構中占有一席之地的重要決定要素。

個案研究：俄羅斯

小堆的目標市場可分為兩類。一類是傳統市場，在這一市場中，小堆必須與其他能源競爭。另一類是利基市場，例如僅需要小規模發電機組的偏僻地區或與外界隔絕地區或島嶼，在這些地區使用其他非核能源發電的費用很高。

俄羅斯正基于KLT-40S設計建設一座浮動式核電廠。預計這座電廠將于2019年在俄東北部的楚科奇(Chukotka)地區投運。最新的估算表明，這座電廠的發電成本約為200美元/MWh。這主要是由于該電廠根據俄現有的法規要求配備了總計約250名工作人員。此外，該電廠的燃料費用很高，電廠駁船和岸上基礎設施的維護也需要大量資金。

盡管浮動式核電廠的發電成本很高，但這種電廠被認為是為俄偏僻地區供電的適當解決方案，因為包括現有電網延伸在內的其他技術方案的費用也很高。這些地區典型的電力裝機容量需求為50～100 MWe。估算結果表明，將現有電網延伸500～1000千米的費用高于在該地區建設一座小堆的費用。未來，俄可能建設多達7座浮動式核電廠，但具體數量將取決于首座電廠的經驗反饋。

結論和建議

雖然目前仍未充分了解小堆的經濟性，但小堆技術很有可能成為未來核電發展的一個方向。在核能機構預計的高值發展情景中，全球到2035年將建成高達21 GWe的小堆裝機容量。小堆的未來市場前景將取決于原型堆和同類設計首堆能否成功部署。為了推進小堆的商業化進程，核能機構提出下述建議。

政府和核工業界應當共同努力加速推進原型堆的建設，以證明小堆的優勢。準備發展核電的國家應當考慮支持有關小堆的國際合作和聯合研發，并推進小堆在本國和國際審批框架的相關工作。

小堆供應商和潛在客戶應當與監管機構密切合作，以便盡早解決與小堆開發相關的各種問題(包括驗證創新的安全特性和相關技術方案)。對于將在其他國家部署的小堆，相關國家的核監管機構與非核監管機構(例如出口管控機構)均應參與相關過程。

小堆供應商和客戶應當共同估算小堆電廠的經濟性，并考慮小堆在新能源結構尤其是在可再生能源占有較大份額的能源結構中能夠發揮的作用。

應當在考慮小堆經濟性的估算結果以及供應鏈能力的前提下進行詳細的小堆市場評估，并向決策者和公眾公布評估結果。

(伍浩松 譯 張 焰 校)

【本刊2016年10月綜合報道】 近期，波克什二期核電建設項目獲得相關部門發放的環境許可證。媒體表示，歐盟委員會為批準波克什二期項目設定了兩個前提條件。

獲得環境許可

據世界核新聞網站2016年9月30日報道，匈牙利負責波克什二期核電建設項目的政府專員Attila Aszódi 9月29日表示，該項目已獲得環境許可證，從而實現了一個重要里程碑。

這份許可證由巴拉尼亞州政府辦公室頒發，確認波克什二期能夠滿足匈牙利和歐盟的相關環境要求。

2014年12月19日，項目公司MVM Paks Ⅱ提交了超過2000頁的環境影響評估報告，從而啟動該項目的環評程序。環評過程中，曾按要求多次擴充報告內容。

該項目的廠址調查工作已經完成，相關申請文件正在編制中。Aszódi表示，目前預計項目公司將在10月底向匈牙利核監管機構提交建設2臺VVER-1200機組的廠址許可證申請，并在2017年春季獲得許可證。

獲得廠址許可證和環境許可證后，將啟動建設許可證申請的編制和提交工作。

預計該項目將在2018年啟動建設，具體時間將取決于歐盟委員會何時批準該項目。

前提條件

據英國《國際核工程》網站2016年8月3日報道， 匈牙利媒體近日指出，歐盟委員會為批準波克什二期項目設定了兩個前提條件。

第一個前提條件是與波克什二期監管相關的所有問題應當與下述兩者實現“明確分離”：匈牙利能源部門的現有決策以及整個電廠監管體系。第二個前提條件是波克什二期電廠生產的電力應當按照市場原則進行銷售，而不是直接出售給匈牙利國家電網運營商。

波克什核電廠目前擁有1982—1987年投運的4臺VVER-440機組。根據2014年初簽署的一份政府間協議，俄羅斯企業及其國際分包商將為波克什二期項目提供兩臺VVER-1200機組。預計這兩臺機組將分別在2018年和2019年啟動建設，并于2025年和2026年試運行。該項目的總投資將達125億歐元，其中俄將提供100億歐元貸款。匈牙利將在二期電廠投運后的21年內償還這筆貸款。

2015年11月，歐盟委員會啟動對這一項目以及將建設合同授予俄羅斯的調查程序。2016年1月，歐盟委員會表示懷疑匈牙利對該項目的資助計劃涉及國家援助。

(信息來源：世界核新聞網站和英國《國際核工程》網站)

(伍浩松 譯 王 政 校)