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小型模組化核反應堆 (SMR) 是一種利用核反應產生的熱量來製造蒸汽的整合裝置。來源：Ingersoll et al., 2015.
上週，田納西河谷管理局 (TVA) 提交了美國核管理委員會 (NRC) 有史以來第一份小型模組化核反應堆的許可申請。TVA 的申請是小型模組化反應堆（通常縮寫為 SMR）從實驗室走向市場的道路上的一個巨大里程碑，併為美國核電的未來帶來了一線希望。
“此次提交是我們公司和核工業的一個關鍵里程碑，”TVA 首席核官喬·格萊姆斯說。“TVA 是業內第一家向 NRC 提交任何與 SMR 相關的申請的公司。這對我們來說是一項重大事件，因為我們將繼續探索潛在的 SMR 技術，作為擴大我們多元化投資組合的一種方式，以確保為我們服務的人們提供安全可靠的能源供應。”
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美國核管理委員會將使用該申請審查位於田納西州橡樹嶺附近的 1200 英畝克林奇河廠址的下一代核技術的潛在建設的場地安全性、環境和應急準備要求。
讓我們回顧一下 SMR 相對於傳統核反應堆設計的優勢，以及為什麼它們有潛力克服當今限制新建核電站的一些關鍵障礙。
小型至關重要
與核電站選址和融資相關的主要問題之一是經濟性。過去，垂直整合的壟斷公用事業公司可以對大型核電站進行 50 年的投資，因為他們知道他們擁有獨家訪問權的使用者的費用將由他們承擔。
在當今競爭激烈的電力市場中，發電商必須競爭以在需要的時間和地點以最低的價格提供電力。這一事實使得難以預測核電站的電力價格，從而更難以證明對核能的長期投資是合理的，而不是天然氣或可再生能源等。並非巧合的是，美國在建的唯一的新核發電機組由受監管的公用事業公司南方公司所有。
傳統核電站必須以巨大的規模建造才能證明其前期成本是合理的，這使得核能的投資前景更加糟糕。這意味著任何新的傳統核電站都會給電力市場帶來大量新電力，從而改變供需曲線並壓低市場電力價格。這是一個簡單的經濟學原理：如果市場上的供應相對於需求過大，價格就會下降。類似的因素也壓低了全球石油價格，因為沙烏地阿拉伯保持產量穩定以與美國石油生產商競爭。
SMR 沒有傳統核電站那樣的規模問題。因為它們較小，所以它們需要較少的前期投資（即使每單位能源的生產成本更高）。此外，它們不太可能在市場上造成供應過剩。這些特點結合在一起，使得 SMR 從融資角度來看比傳統核能更具吸引力。
模組化意味著大規模生產
SMR 中的 M 代表模組化，這意味著反應堆被設計為作為獨立單元執行，但如果需要，可以互連以形成大型發電廠。這種設計的一個好處是，反應堆有可能在現代生產線上製造，而不是像傳統的核電站那樣作為定製的資本專案製造。
幾個小型核模組可以互連以形成一個更大規模的核電站。來源：Ingersoll et al., 2015.
SMR 的大規模生產潛力意味著它們有潛力達到規模經濟並實現比當今反應堆低得多的價格點。將傳統的反應堆想象成勞斯萊斯汽車。每個單元都是定製的，並根據購買者的要求進行設計。而 SMR 更像是一輛豐田：每個單元都相同，但它們在不犧牲安全性或可靠性的情況下實現了更好的價格點。
雖然現有的美國反應堆沒有標準設計，但法國已經完全標準化了其所有核電站的設計。標準化使法國成為核能領域的全球領導者（該國 75% 的電力來自核能），並實現了歐洲最低的電價之一，按購買力平價轉換為美元后為每千瓦時 17 美分。相比之下，鄰國德國為每千瓦時 37 美分，波蘭為每千瓦時 34 美分。（所有資料來自國際能源署）。
足夠靈活，可以與可再生能源友好相處
限制傳統核電站的另一個因素是，它們的設計主要是在基本負荷下執行，即一年中的每一天幾乎 24 小時以滿負荷輸出發電。在當今動態定價的電力市場中，事實證明這種功能實際上不是很有用。最有價值的發電廠可以以低成本生產電力，並且可以快速開啟和關閉，以便在電力價格較高時捕獲電力，並避免即時電力價格較低的時期——尤其是可再生能源生產過剩與需求相比導致價格變為負值的時期。
NuScale 是領先的 SMR 技術公司之一，其研究人員最近發表的一篇技術論文，題為“核能和可再生能源可以成為朋友嗎？”顯示了 NuScale 的 SMR 可以在電力供應與需求之間進行平衡的潛力——即使可再生能源佔總發電量的很大一部分。他們的系統可以有效地在長、中、短期內調整其功率輸出。可以使系統的一個或多個模組離線，以減少數天或數月的功率輸出。可以調整反應堆的熱輸出，以調整從一小時到下一小時的功率輸出。可以將蒸汽從渦輪機轉移到冷凝器，以在幾分鐘的時間尺度上調整功率輸出。所有這些功能都使 NuScale 的系統比傳統核電具有決定性的經濟優勢——並將有助於將可再生能源與電網整合到未來。
下一步是什麼
TVA 建造 SMR 工廠的舉動將為下一代小型核電設施的選址、許可和運營提供寶貴的經驗。雖然擬議的 SMR 設施要建成並投入運營還需要很長時間，但這無疑將有助於為美國核電的未來鋪平道路。從這裡開始，看看事情將如何發展，肯定會很有趣。
議程圖片來源：Ingersoll et al., 2015。