这是关于"以上皆非”
小型模块化核反应堆（SMR）的设计发电量不到300兆瓦，是1000至1600兆瓦的典型反应堆的几倍。虽然单个标准化模块较小，但计划通常要求在单个发电站安装多个模块。
核工业和美国能源部正在推动SMR的发展，据推测，SMR可以阻止气候变化最严重的影响。但是，SMR在这方面是一种实用且现实的技术吗？
要回答这个问题，有两个因素是最重要的——时间和成本。这些因素可以将smr分为两大类:
- 轻水反应堆基于与美国现在的动力反应堆相同的一般技术和设计原则，从理论上讲，轻水反应堆的认证和许可不那么复杂和困难。
- 使用一系列不同燃料设计的设计，例如像沙子一样穿过反应堆堆芯的实心球，或流经堆芯的熔融材料；慢化剂，如石墨；和冷却剂，如氦、液态钠或熔盐。
在这两方面，SMR的前景都很差。原因如下。
经济与规模
由于规模经济，核反应堆很大。一个产生三倍于SMR的功率的反应堆不需要三倍于SMR的钢材或三倍于SMR的工人。这种对小型反应堆的经济惩罚是美国在20世纪50年代和60年代建造的许多小型反应堆提前关闭的原因之一。
smr的支持者声称，模块化和工厂制造可以弥补小型反应堆经济上的不足。反应堆部件的大规模生产和在装配线上生产将降低成本。此外，这种观点认为，如果每千瓦的成本相当，就意味着每个小型反应堆的成本将大大降低，从而降低了买方的总体资本要求。
实现大规模生产的道路将是崎岖的。即使乐观的假设制造商可以迅速学会如何提高生产效率和降低成本,成千上万的SMRs,这都是价格较高的大型反应堆相比,必须制造价格每千瓦鼻中隔黏膜下切除术后的相当大的反应堆。
如果以历史为鉴，每千瓦的资本成本可能根本不会下降。从整个舰队的水平来看，美国和法国这两个拥有最多核电站的国家的核电学习率是负的——总的来说，较新的反应堆比较早的反应堆更昂贵。虽然由于规模小得多，每个SMR的成本会更低，但几个反应堆通常会安装在一个地点，这再次提高了买方的项目总成本。
大规模生产方面
如果批量生产的反应堆出现错误导致安全问题，那么整个批次可能必须召回，就像波音737 Max和787梦幻客机一样。但如何召回放射性反应堆呢？如果电力系统依赖于需要召回的工厂制造的相同反应堆，那么会发生什么？
这些问题没有被核工业或能源政策制定者解决——事实上，它们甚至没有被提出。然而，从智能手机到喷气式飞机，召回是大规模制造业的一个可预见且一贯的特征。
这个问题不仅仅是理论上的。
压水反应堆的一个重大经济问题是，轻水SMR通常采用的设计，包括NuScale设计，该设计已获得核管理委员会的有条件认证，需要提前更换蒸汽发生器——大型，昂贵的热交换器，其中来自反应堆的高压热水转化为驱动涡轮发电机的蒸汽。在过去十年中，这些问题导致南加州圣奥诺弗的两座反应堆和佛罗里达州水晶河的一座反应堆永久关闭。
一些SMR轻水设计将蒸汽发生器放置在反应堆容器内(图1)。更换是极其困难的;蒸汽发生器的问题可能导致反应堆永久关闭。
图1所示。反应堆容器内带有蒸汽发生器的SMR轻水设计示意图
资料来源:Glaser等人2015年
我们已经看到了模块化结构的问题。这是西屋AP1000反应堆设计的一个核心方面，但在美国和中国建造的AP1000反应堆出现了严重的施工成本超支和进度延误。2015年，佐治亚州公共服务委员会的一名前成员告诉《华尔街日报》：“模块化建设并不是公用事业公司承诺的解决方案。”
大规模生产的需求也造成了一个“先有鸡还是先有蛋”的经济问题。没有工厂，smr永远无法实现理论上的成本削减，而这是弥补规模经济不足的战略核心。但如果不降低成本，就不会有大量订单来刺激建立供应链所需的投资。
SMR迄今为止的业绩记录
到目前为止，SMR的业绩记录表明，SMR与它们的大表亲一样，在经济上遭遇了同样惨淡的失败。图2显示了拟建NuScale反应堆的资本成本上升和两个国外SMR的实际成本。因此，爱达荷州一个采用NuScale设计的拟建项目的总成本已经从2015年的30亿美元左右上升到2020年的61亿美元，远远早于任何混凝土浇筑。
图2。到目前为止，NuScale成本估算升级和SMR现实
资料来源:2020年拉
这种升级模式也可以用于其他SMR概念，特别是那些不是基于轻水反应堆的。例如，拟议中的钠反应堆——345mw，略大于SMR——是钠冷却的。尽管自1950年以来，全世界花费了大约1000亿美元，但钠冷却反应堆在全球的商业上一直失败。
这类设计获得安全批准的过程可能需要更长的时间，也更昂贵。在许多情况下，甚至建立认证程序也需要数年时间，因为每个设计类型的安全和事故模式都不同。例如，高温气体石墨反应堆的一个风险是火灾，而不是熔毁。NuScale SMR，即人们熟悉的轻水设计，预计仅开发和认证就将花费大约15亿美元。新的非轻水设计从概念阶段到许可审查和批准，很可能需要更多的成本和更长的时间。
对于SMR来说，始终如一地实现与当前大型反应堆相同的发电成本将是一项艰巨的任务——而鉴于大型反应堆的高昂成本，SMR仍然是一个经济失败。风能和太阳能发电的成本一直在下降，预计下降幅度会更大。
华尔街金融咨询公司Lazard估计，公用事业规模的太阳能和风能成本约为每兆瓦时40美元。核能的相应数字是这一数字的四倍，约为每兆瓦时160美元——这一差异足以利用需求响应和储存等补充技术来补偿太阳能和风能的间歇性。
SMR的支持者认为，核能可能为各种电源提供合适的补充，例如风能或光伏发电，它们在电网中的份额一直在增加。但这样的部署将带来巨大的成本损失。
核反应堆，无论大小，都不太适合应对变化，因为它们具有较高的固定成本（资本）和较低的可变成本（燃料和维护）。这就是为什么核电站被用作基本负荷电源——它们将固定成本分摊到最大的千瓦时数上，使每一个都更便宜。对可变性的响应将意味着大部分时间在部分负荷下运行，从而提高成本。
试图利用smr生产其他商品，如通过海水淡化或使用氢或高温加热来生产净水，也不经济，原因有很多，最重要的是能源供应的高成本，例如核能。
SMR与气候危机
气候问题迫在眉睫。IPCC和其他国际机构警告说，为了阻止气候变化造成不可逆转的损害，我们需要在未来十年内大幅减少排放。未来十年，SMR的贡献将基本为零。此外，SMR的前景也很黯淡，因为整个供应链需要在第一条供应链在现场构建、测试和验证之后才能建立起来。
自上个世纪以来，美国能源部(Department of Energy)一直在追求smr。2001年，美国能源部核能办公室预测，大约有10种SMR设计“具有经济潜力，并可在本十年结束前投入使用，前提是某些技术和许可问题得到解决。”
在这个乐观的想法过去近20年后，官方最早的预计部署日期仅为2029年至2030年的领先设计，NuScale。即使是那个日期也非常不确定，因为美国核管理委员会(Nuclear Regulatory Commission)的反应堆安全保障咨询委员会(Advisory Committee on Reactor保障)已经确定，在任何公用事业申请建造SMR的许可之前，都必须解决严重的安全问题。重要的是，一个核心问题涉及蒸汽发生器，如上所述，它位于反应堆容器内，是可靠性和经济问题的潜在来源。
SMR还转移了宝贵的公共资金。例如，联邦政府已为NuScale SMR设计的开发提供了至少3.14亿美元的资金，据报道，联邦政府已同意在新的配套资金中投入至多3.5亿美元。Babcock&Wilcox从能源部获得了超过1亿美元的mPower设计，但由于没有客户，于2017年放弃了该项目。
其他问题
水的使用是另一个令人担忧的问题，预计在未来会加剧。核电站有非常高的取水要求。一个300兆瓦的反应堆以90%的容量因数运行，将提取1.6亿至3.9亿加仑的水每一天，在放电前加热。通过使用空气冷却来减少对水的需求将需要增加一个塔和大型电风扇——进一步提高建设成本，并减少高达反应堆容量7%的发电量。
最后，SMR还将产生多种放射性核废料，因为反应堆的物理尺寸较小，并且由于经济原因采用了换料方式。基于轻水设计的SMR，如NuScale，每MWh的发电量也会产生更多的核废料。联邦政府已经支付了数十亿美元的罚款，因为它没有履行从现有反应堆获取乏燃料的合同义务。1982年《核废物政策法》的立法计划是在1998年开放一个深层地质处置库。近四十年后，这一计划付诸东流。
结论
SMR在快速过渡到无碳电力系统的需求方面没有重大的现实前景。即使是轻水设计公司（NuScale是进度最先进的公司）也能及时做出贡献，前景黯淡。其他设计的反应堆，如使用石墨燃料或钠冷却的反应堆，前景更为广阔。
smr要实现与大型反应堆同等的成本，将是一条艰难的道路。而这一成本仍然太高。在通往气候友好型能源系统的道路上，有两样东西是极度短缺的:时间和金钱。客观评价表明，SMRs在这两个方面都很差。smr在减缓气候变化方面发挥重大作用的前景根本不现实。
Arjun Makhijani是能源与环境研究所所长。号拉是加拿大温哥华英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)公共政策与全球事务学院(School of Public Policy and Global Affairs)刘全球问题研究所(Liu Institute for Global Issues)所长。
作者资源
akhijani用Arjun。2013 a。小型模块化反应堆的轻水设计:事实与分析塔科马公园:能源和环境研究所。https://ieer.org/wp/wp-content/uploads/2013/08/SmallModularReactors.RevisedSept2013.pdf。
——2013 b。行波反应堆:核彩虹尽头的钠冷却黄金塔科马公园:能源和环境研究所。https://ieer.org/wp/wp-content/uploads/2013/09/TravelingWaveReactor-Sept20131.pdf。
拉马纳，M.V.2020年。“闭上眼睛：犹他州相关市政电力系统建设NuScale小型模块化核反应堆提案的问题。”波特兰，俄勒冈州：俄勒冈州社会责任医师协会。https://www.oregonpsr.org/small_modular_reactors_smrs.
拉玛,2015号。《小型核反应堆被遗忘的历史》IEEE综览，2015年5月。http://spectrum.ieee.org/energy/nuclear/the-forgotten-history-of-small-nuclear-reactors.
格拉泽、亚历山大、M.V.拉马纳、阿里·艾哈迈德和罗伯特·索科洛。2015“小型模块化反应堆：核能的窗口”，能源技术精华。新泽西州普林斯顿：普林斯顿大学安德林格能源与环境中心。https://acee.princeton.edu/distillates/small-modular-reactors/
图片来源：NuScale Power，LLC
