對於核電行業來說，小型可能很美好。這是許多新型核反應堆的潛在建造商所持的觀點。雖然美國政府並未放棄投資擁有傳統設計的大型機組，但能源部也宣佈提供 4.5 億美元的資金，以支援所謂的“小型模組化反應堆”的工程設計和許可。
能源部長朱棣文在一份宣告中宣佈了該項資金，旨在讓這種模組化反應堆在 2022 年接入電網。“奧巴馬政府和能源部致力於制定‘一切能源’戰略，以開發包括核能在內的所有美國能源，”該宣告稱，“能源部和私營行業正在努力使美國成為先進核能技術和製造領域的領導者。”
在全球範圍內，大型反應堆設計仍然是主要技術。降低成本的一種替代方案可以是小型新型反應堆，適用於電力需求較小的地區，或作為靈活發電設施的一部分，可以在必要時快速擴大規模。小型反應堆的最大發電量將為 300 兆瓦，足以為 20 多萬個美國家庭供電一年。此外，反應堆將採用模組化設計，即在工廠製造並運往現場，以降低成本。
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但是，此類反應堆仍然需要與目前正在建造的龐大輕水反應堆相同的發電、安全和廢物處理系統，以及至少在美國相同的嚴格許可要求，這可能會增加它們的成本。“是的，反應堆容器中的混凝土和鋼鐵更少了，”通用電氣日立核能公司（GE Hitachi Nuclear Energy）首席諮詢工程師、核工程師埃裡克·洛文說。該公司正在提出一種模組化的快堆，以幫助英國解決其鈽問題。但與核能相關的其他開支清單不會因新設計而改變，“這會讓小型模組化反應堆躊躇不前。”
迷你核反應堆
像在佐治亞州建造的兩座反應堆一樣，現代壓水反應堆可以使用裂變產生的熱量來燒開水，從而推動渦輪機旋轉，產生超過 1,000 兆瓦的電力。巴布科克和威爾科克斯公司（Babcock & Wilcox）曾經建造過大型壓水反應堆，以及適用於美國海軍潛艇的小型壓水反應堆，該公司希望將這些反應堆縮小到僅 180 兆瓦。“這並不是因為我們缺乏建造大型反應堆的知識，”B&W 模組化核能公司總裁克里斯·莫里說。
相反，B&W 認為，核能應用面臨的根本問題不是技術本身，而是建造大型核反應堆的財務風險。簡而言之，即使是最大的公用事業公司也沒有建造 70 億美元反應堆的資金，而且如此大型的專案往往會因專案延誤而導致成本膨脹。一個典型的例子是田納西河谷管理局（Tennessee Valley Authority）在其瓦茨巴核電站（Watts Bar Nuclear Power Plant）完成第二座反應堆的計劃。該反應堆最初於 20 世紀 70 年代開始建設，並於 2007 年恢復建設，目前已經落後於計劃，“而且成本將高於預期，”TVA 發言人特里·約翰遜承認。“這是一個規模問題，”莫里認為。
因此，B&W 設計了一種整體壓水反應堆，可以在工廠製造並運往現場。“我們希望能夠將其放在鐵路車輛上，”莫里說，因此這種自給自足的反應堆高 25 米，寬 4 米。這種在高壓和高溫下執行的反應堆並非真正的新型反應堆，它們曾在過去的幾十年裡為第一批商業核動力船舶提供動力，例如核動力貨船“薩凡納”號。
縮小反應堆並將部件（例如調節裂變過程的控制棒）放入反應堆容器內，還可以減少對冗餘安全系統的需求，以應對漏水管道等問題。反應堆的進出管道位於核燃料棒本身之上，確保任何洩漏都不會導致燃料裸露。此外，管道比大型反應堆所需的管道小得多。“與可能發生的洩漏的大小相比，反應堆中的水要多得多，”莫里解釋說。外部水箱可以容納足夠的額外水，以便在斷電的情況下冷卻反應堆兩週。此外，該反應堆本質上是一個核電池，因為它在很大程度上是自給自足的，因此是埋在地下，使其“免受龍捲風、颶風或海嘯等外部事件的影響”。
小型反應堆使用相同的核燃料棒，只是長度略短以適應，但其裂變速度較慢，執行四年後才需要新燃料。位於弗吉尼亞州林奇堡附近的一個測試設施正在執行，以確保紙面上看起來不錯的東西在實踐中也能奏效。B&W 已經在美國找到了一位潛在客戶——TVA，他們表示有興趣在其克林奇河站點建造多達六個小型模組化反應堆，該站點是 20 世紀 70 年代建造快增殖反應堆的失敗嘗試的所在地。
B&W mPower 反應堆並非唯一向前推進的小型模組化設計：西屋電氣、NuScale 和 Holtec（一家更以製造用於儲存乏核燃料的龐大混凝土和鋼製桶而聞名的公司）也擁有尺寸不同的類似設計。“小型反應堆的優點是：即使您需要 1000 兆瓦的電力，您也可以分批投資，並在下一個機組投入使用時賺錢，”西屋電氣執行長阿里斯·坎德里斯說。
但多個反應堆站點在福島第一核電站被證明存在問題，其中一個站點的事故迅速演變成多個反應堆和乏燃料池的危機。“如果你要建造多個反應堆，你會在安全性方面獲得提高還是損失呢？”普林斯頓大學的物理學家 M.V. 拉瑪納問道。“我們不知道。”
“在發現任何新技術之初，都會形成這種美好的景象，”坎德里斯承認小型模組化反應堆。“在核能的早期，有人說它會便宜得無法計量。我們發現情況並非如此。”
替代燃料？
小型模組化反應堆可能有助於解決核工業面臨的兩大挑戰：現有反應堆產生的不斷增長的廢物儲存量以及大規模生產核武器產生的殘餘物，以及核電的整體安全性。通用電氣的 PRISM 快堆、通用原子的氦冷快堆或海波龍能源的液態鉛鉍冷堆都可以將廢物轉化為燃料。海波龍希望在南卡羅來納州的薩凡納河國家實驗室演示其反應堆，該反應堆能夠產生 25 兆瓦的電力。該站點還簽署了諒解備忘錄，以託管 NuScale 和 Holtech 反應堆的原型。
原則上，可以將這種核電池密封、放置在地下，並執行十年，然後再更換為一個全新的模組化反應堆。如果是在工廠製造，它們也可以很便宜。“核電沒有固有的理由必須很昂貴，”比爾·蓋茨在 2 月 28 日的 ARPA-e 峰會上說。蓋茨投資了TerraPower 提出的新型反應堆，他指出，核電的相對高昂成本主要源於內建的安全功能。
當然，評估此類新型反應堆的安全性需要時間，而且美國核管理委員會尚未收到任何小型模組化反應堆潛在供應商的申請，無論是快堆還是縮小版的輕水反應堆。此外，人員配備要求、應急計劃和清理資金等問題仍有待反應堆製造商和 NRC 之間協商解決，這是降低此類反應堆成本的關鍵組成部分。“工作人員一直認為，他們必須滿足與所有大型反應堆相同的安全要求，”NRC 新反應堆辦公室高階反應堆和規章制定部門主管邁克爾·梅菲爾德說。他指出，如果此類反應堆只是現有輕水反應堆的縮小版本，不需要新的法規，那麼許可時間表可以加快。“審查一個尺寸小得多、部件更少的反應堆為什麼需要這麼長時間？但這基於這樣一種概念，即供應商提交完整、高質量的申請，並比我們處理一些大型[反應堆]設計時更快地解決工作人員的擔憂。”
透過消除人為干預——利用無需操作員協助即可啟動的被動安全功能——人員配置需求可能會減少。如果採用埋藏或其他加固方式，支付保安人員的需求也可能會降低。“如果需要人來做某些事情，那不是一個好的設計，”蓋茨在ARPA-e會議上表示。
最終，這種小型化設計的成功與否可能與人力有關。“如果執行100兆瓦的電廠與執行1000兆瓦的電廠需要相同的管理費用，那麼在經濟上就存在問題，”Progress Energy的執行長William Johnson指出，該公司正在考慮未來是否建設新的核電站。
霍默·辛普森因素
當然，人為錯誤尚未從執行中的反應堆或僅存在於紙上的反應堆中消除。並且，就像在飛機或製藥開發中一樣，政府的決策將決定這些反應堆是否會成功。核監管委員會委員William Ostendorff在去年11月美國核學會會議上的一次演講中表示，小型模組化反應堆“成為現實取決於政府和核工業”。“關於新反應堆的許可，‘魔鬼在細節中’。”
無論未來小型模組化反應堆如何降低核電的成本，它都不太可能像目前的天然氣渦輪機那樣便宜。事實上，早在日本福島第一核電站發生堆芯熔燬事故之前，低天然氣價格就阻礙了美國核能的復興，除了佐治亞州和南卡羅來納州。“由於美國天然氣供應量意外充足，核能總體而言正面臨著激烈的競爭，”芝加哥大學去年11月發表的一項關於小型模組化反應堆前景的分析指出。該分析還認為，在實現大規模生產之前，小型反應堆的單位兆瓦成本將高於大型反應堆。“如果沒有某種形式的政府激勵，小型模組化反應堆不太可能實現商業化。”
但是，能源部提供的資金可能只支援兩種設計。競爭所激發的創新似乎不太可能。這最終可能會削弱美國核工業目前的優勢——從設計到運營再到監管。
這意味著世界其他地區——特別是正在建造幾乎所有型別反應堆的中國和俄羅斯——很可能會繼承核能的希望和危險，無論是小型還是大型。“中國和印度目前在核安全方面處於世界領先地位，”NRG執行長David Crane在3月20日的彭博新能源財經峰會上表示。由於天然氣價格下跌以及美國政府政策的不確定性，NRG在過去五年中啟動並放棄了至少建造兩座新大型反應堆的計劃。“如果我們不建造新的核電站，美國就無法在安全方面引領世界。”