Nuscale Power的模拟器控制室位于俄勒冈州的小型模块化反应堆设计设施。

Nuscale Power的模拟器控制室位于俄勒冈州的小型模块化反应堆设计设施。Courtesy of NuScale Power

当涉及到核电时,较小的会更好吗?

少数公司和政府正在努力开发小规模的核反应堆,支持者说,与传统核电相比,支持者更安全,更便宜且与可再生能源更兼容。但是批评家认为,这项新技术并没有解决对安全和放射性废物的担忧。

Huge computer screens line a dark, windowless control room in Corvallis, Oregon, where engineers at the company NuScale Power hope to define the next wave of nuclear energy. Glowing icons fill the screens, representing the power output of 12 miniature nuclear reactors. Together, these small modular reactors would generate about the same amount of power as one of the conventional nuclear plants that currently dot the United States — producing enough electricity to电力540,000房屋。在发光的屏幕上,一棵棕榈树指示其中哪个单元处于“岛模式”中,允许在紧急情况下与网格断开连接的单个反应器。

该控制室只是一个模型,实际上,计算机屏幕上描绘的反应器并不存在。然而,Nuscale在小型模块化反应堆(SMR)技术的开发上投资了超过9亿美元,该公司表示,这代表了下一代核电站。Nuscale正在制作全面的原型,并表示在两年内在爱达荷州的第一个核电站(一个720兆瓦的公用事业项目)中破解了它的正轨;美国核监管委员会刚刚完成了Nuscale设计审查的第四阶段,该委员会已审查了第一个SMR认证。该公司预计在2020年底之前获得最终批准。美国能源部已经投资3.17亿美元在Nuscale的SMR项目的研究与开发中。

NuScale is not alone in developing miniature reactors. In Russia, the governmenthas launched在北极海洋中浮动的70兆瓦反应堆。中国2016年宣布了计划建立自己的国家资助的浮动SMR设计。加拿大三个省 - 安大略省,新不伦瑞克和萨斯喀彻温省 -已经签署了备忘录研究小型模块反应堆的开发和部署。英国的劳斯莱斯财团正在努力开发440兆瓦的SMR。

拥护者说,随着可再生能源的生长,小型模块化反应堆可以更好地处理风和太阳能的可变性质。

支持者说,由于几个原因,这一新一波核反应堆的时机已经成熟了。首先,他们坚持认为,如果全球社区有希望将二氧化碳排放削减到本世纪中叶,那么新的核技术就必须加入其中。其次,传统的核能受到问题的困扰。许多现有的工厂正在衰老,新的核电建设受到大量延误和巨大的成本超支的困扰。大型核电站的成本可能超过100亿美元。最后,拥护者说,随着可再生能源的供应,小型模块化反应器可以更好地处理风和太阳能的可变性质,因为SMR更容易打开并保持运行。

然而,核能的批评者认为,小型模块化反应堆与大型反应堆相同的问题,最著名的是安全问题以及如何处理长寿放射性废物的尚未解决的问题。反对者说,即使以较小的形式,核能也很昂贵 - 它是最昂贵的能源形式之一,需要大量的政府补贴来建造和运行,更不用说保证了。Nuscale的SMR提供人造6.5每公斤时小时的帽子as an incentive to get its first project off the ground. Yet in September, the Los Angeles Department of Water and Power宣布它已经接受了可再生能源的竞标,其存储容量可以提供全天候的供应,每千瓦时2美分。

M.V.不列颠哥伦比亚大学裁军,全球和人类安全的西蒙斯主席拉马纳说,随着可再生性价格暴跌,核电无法竞争。现在,超过三分之一的美国核电站是无利可图或原定关闭的。在全球范围内,核能现在只提供11%的电力从1996年的创纪录的17.6%下降。在日本2011年的福岛灾难之后,德国决定完全关闭其核工业,而比利时,瑞士和意大利等国家拒绝取代现有反应堆或继续前进新的。

An artist's rendering of the small module reactor being developed by the Rolls-Royce Consortium.

An artist's rendering of the small module reactor being developed by the Rolls-Royce Consortium.劳斯莱斯

但是,支持小型模块化反应堆发展的公司和科学家说,该技术为核能提供了新的前进方法,核能克服了传统,较大的反应堆的许多缺点。支持者说,SMR的过热的可能性要小得多,部分原因是它们的小核产生的热量远低于大型反应堆中的芯。SMR技术中的创新设计还可以降低其他工程风险,例如冷却液泵的失败。Nuscale说,其SMR的活动部件比传统反应堆少得多,从而降低了可能导致事故的失败的可能性。

Building smaller reactors also allows them to be mass-manufactured at a central facility and transported more easily, making it possible to install SMRs in remote locations where a conventional reactor isn’t feasible. (SMRs are generally designed to produce 50 to 300 megawatts of electricity, compared to the typical 1,000 megawatts of traditional large-scale reactors.) Perhaps most importantly, proponents argue that SMRs cost much less and can be built more quickly than large nuclear reactors, opening up new markets in the developing world.

Nuscale联合创始人兼首席技术官JoséReyes说:“我们将尽可能安全和简单。”


Making reactors smaller isn’t a new idea; in fact, the first civilian SMR was commissioned早在1955年。它建于明尼苏达州的埃尔克河,将预算额达到了980万美元,仅在其冷却系统中出现裂缝才出现了三年半的时间。从那时起,商业反应堆尺寸仅增长。

2000年,能源部资助了俄勒冈州立大学的一个项目,以研究多启示小型水反应堆。2007年,大学授予了SMR设计的Nuscale独家权利,并继续使用其测试设施。2011年,跨国工程公司Fluor Corporation投资了该公司。2018年,美国核监管委员会批准了该设计的第一阶段。Nuscale现在拥有529多个授予或待处理的专利,并接近400名员工。

更多的than 125 NuScale reactors could be put in a traditional reactor’s containment building.

许多开发中的SMR设计只需使用较少的燃料来缩小大型核电厂的系统。Nuscale的反应堆只有76英尺。尽管该公司计划以12人为单位部署它们,但可以将超过125个Nuscale反应堆放入传统的反应堆的围栏建筑中。

Nuscale的系统也是不可或缺的,这意味着燃料,蒸汽和发电机都将在一个容器中。该公司联合创始人雷耶斯(Reyes)说:“这降低了事故的风险,因为破裂的管道较少。”该技术还使用核心的热量来驱动冷却液流动,从而消除了对可能失败的冷却液泵和运动零件的需求。每个反应器将是独立的,有多个反应器共享一个冷却池。

If a traditional nuclear reactor’s cooling water is lost, its fission can increase, running away until it explodes, as happened in 1986 at Chernobyl in Ukraine. Even after a reactor is turned off, heat from the radioactive decay of fission can melt cores, as occurred in the Fukushima Daiichi nuclear disaster, when a tsunami damaged the generators pumping water through the shut-down reactors. That’s why NuScale engineers have also built relief valves on the reactor vessel, which open when power is lost and release steam into the vessel, where it condenses, recirculates, and provides cooling. Without the need for pumps, Reyes says, “Even under worst case scenarios, where we lose all off-site power, the reactor will safely automatically shut down and remain cool for an unlimited time.” He adds, “This is the first time that’s been done” for commercial nuclear power.

看看Nuscale的小型模块化反应堆技术的工作方式。

In 2015, the Utah Associated Municipal Power Systems, a utility that provides power throughout six states in the West,agreed to build第一个Nuscale反应堆。在能源部的财政支持下,该公用事业公司在爱达荷州爱达荷州瀑布附近的爱达荷州国家实验室中选择了一个地点。“这一过程非常漫长,非常乏味,而且非常昂贵,” Nuscale工程运营总监Ross Snuggerud说。“获得政府创建的设计批准的14亿美元障碍。”雷耶斯(Reyes)表示,该公司计划在2027年之前将反应堆投入使用。


在英格兰德比,劳斯莱斯财团正在开展另一种SMR设计 - 这是针对440兆瓦的反应堆,略微以外的范围通常被认为是小的,尽管劳斯莱斯认为这是实现经济的“最佳选择”规模。该财团计划将其SMR部署在以前的工业场所,甚至是基于关闭的大型核电站的理由。该设计仍处于早期阶段,劳斯莱斯(Rolls-Royce)说,其反应堆的操作至少十年了。迄今为止,劳斯莱斯已经从英国政府那里获得了1800万英镑,并要求增加2亿英镑。

Despite the financial and regulatory hurdles, both Rolls-Royce and NuScale anticipate a large market, including selling reactors to African and South American countries, where less robust grid systems might not support the energy load of traditional large-scale reactors. Even in developed countries, SMRs might provide the ability to generate electricity in new places. Canada, for instance,最近宣布一项计划,探索目前依188最新下载地址靠柴油发电的远北偏远地区潜在的SMR站点。

SMR对手坚持认为,无论大小,核能都无法解决成本和安全问题。

使SMR盈利的另一种方法可能是使用它们不仅是为网格发电,还要开发还可以产生氢或脱盐水的高级反应堆。Nuscale说,使用过多的能量进行淡化可能是一个有利可图的市场,有助于抵消脱盐的电力成本相对较高。


SMR对手坚持认为,无论大小,核能都无法解决成本和安全问题。批评家说,要通过大规模制造实现节省,需要进行标准化的SMR设计。目前,有数十个。SMR还必须大量建造。但是,对于一家公司投资制造反应堆及其组件,它将需要一个可靠的市场,许多私人投资者仍然对新技术保持警惕。预测核电制造商市场的核高级制造研究中心首席执行官安德鲁·斯托尔(Andrew Storer)说,就供应链公司而言,“我们正在为人们提供建议,'我们不投资。’”

Recent experience supports skepticism. Westinghouse worked on an SMR design for a decade before giving up in 2014. Massachusetts-based Transatomic Power, a nuclear technology firm, walked away from a molten salt SMR in 2018, and despite an $111 million dollar infusion from the U.S. government, a SMR design from Babcock &Wilcox, an advanced energy developer, folded in 2017. While the Russians have managed to get their state-funded SMR floating, its construction costs ran over estimates by four times, and its energy will cost about four times more than current U.S. nuclear costs.

根据英国联盟的一项分析,潜在的全球SMR市场(兆瓦)。

根据英国联盟的一项分析,潜在的全球SMR市场(兆瓦)。国家核实验室/ 劳斯莱斯

最终,每次核对话都变成了放射性废物和安全。使用加压水反应堆的SMR将继续产生高放射性的燃油,但是没有一个国家可以永久解决如何安全地存储这种废物。自1982年以来,美国一直在寻找一个放置永久性核废料存储库的地方。同时,美国70%的付费燃料is sitting in cooling pools, many of which are aging and vulnerable, and often in quantities much larger than what is considered safe.

Because NuScale hopes to replace coal-fired power plants in the U.S. and the UK, perhaps even building on the grounds of shuttered power plant sites in more populated areas, the Nuclear Regulatory Commission is considering eliminating some standard safety measures, including a requirement for an emergency evacuation zone and the need for backup power. NuScale says that because SMRs contain smaller quantities of radioactive materials and can be sited underground, their risks are lower and they require less security staff.

这引起了核专家的尖锐批评。即使是有关核电的相关科学家的联合,也说:“ NRC减少任何大小反应堆的安全性和安全要求是不负责任的。”


每个人似乎都同意的一件事是,需要新的,无碳的能源的需求是紧迫的。

核支持者认为,如果不依靠核能,将不可能足够快地实现零排放。但是,在能源政策上尚无共识,这是正确的:可再生能源的扩展比预期的要快,并且随着储能技术的不断提高,其潜力只会增长。

“目前需要发生的真正需要发生的事情是让低碳能源之间的竞争,看看谁能以最少的成本赋予减少碳的最大收益,”核监管机构的前成员彼得·布拉德福德(Peter Bradford)说。委员会。“只要研究与它所表现出的承诺成正比,我对政府在不同能源技术中的承保研究没有问题。”