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美國核能管理委員會通過首座小型模組式核反應爐設計

2018-05-29 10:29:07 科技新報   作者: 藍弋豐  

第三代與第三+ 世代的核電廠大而無當,在全球都成為追加預算不停、完工不斷延后、上線遙遙無期的超大型錢坑,導致許多計劃逐一取消。舊核電廠也狀況不妙,美國許多核電廠原本計劃延役,但成本遠高于其他發電方式而毫無競爭力,各大電力公司不斷威脅美國政府若不增加補貼就要關閉核電廠,在納稅人壓力下特朗普政府不敢明目張膽補貼,于是預期舊核電廠也會一一提早停役。

核工產業唯有將希望寄托在下一代的第四代核電廠,先前雖然有許多新創公司研發小型模組式核反應爐(small modular reactor,SMR),卻都只聞樓梯響,如今,終于有第一家向美國核能管理委員會提出設計圖( Nuclear Regulatory Commission,NRC)第一階段送審通過。

2018 年 4 月底,新規模能源(NuScale Power)宣布,已獲得美國核能管理委員會第一階段設計認證審查通過,可望成為打造全美第首個小型模組式核反應爐核電計劃的廠商,也可望成為全球第一。新規能源的第一個客戶,是猶他州聯合市政電力系統(Utah Associated Municipal Power Systems),計劃于愛達荷州興建 12 座 50 百萬瓦(Megawatt)發電容量小型模組式核反應爐,預定于 2020 年代中期開始運轉,可能是 2026 年。

新規模能源表示,設計特色為采用冷卻劑自然循環方式,不需馬達幫浦輸送,相較于競爭對手的優勢是機構更簡易,也因此提升耐用性與安全性,美國核能管理委員會在 11.5 萬小時的審查過程中,提出的資料要求相對較少。開發過程中,美國能源部核能辦公室的「美國先進核能發展產業機會基金」給予新規能源 4,000 萬美元的研發成本分擔補貼。

核能產業界早自 1990 年代起就一直談論第四代與小型模組式核反應爐的概念,但從來都只是學理或初期研究階段,新規能源此次審核通過,將過去的紙上談兵往前推進一大步,世人可望在 10 年內實際測試小型模組式核反應爐的真正可行性。

在全球核產業明顯走向衰亡的趨勢下,下一代核電廠的愿景,成為核產業界的一根救命稻草,訴諸規模較小不再大而無當,也就能把第三+ 世代超巨大錢坑的陰影拋在腦后;提出熱中子、快中子高溫反應,反應后產生的高能核廢料半衰期較過去的 3 萬年減少為 300 年;采用氣冷、液態鈉、液態鉛、熔鹽等各種不同冷卻技術,設計上一旦反應爐熔毀,反應會自動停止,提升安全性,且反應爐內的燃料也大幅減少,以新規模能源的技術為例,一個反應爐內僅有傳統核電廠反應爐內 5% 燃料,讓世人淡忘福島電廠為了持續冷卻反應堆,冷卻用水受輻射污染,得永無止境的新建蓄水池的噩夢。

太陽能和風能都在降價

不過小型模組式核反應爐仍然面臨嚴峻的商業挑戰。

猶他州聯合市政電力系統的 12 座反應爐計劃,總預算為 29 億美元,預計完工上線后,每度電均化成本目標( levelized cost of energy)為 0.065 美元。

根據美國能源資訊局(EIA)資料,預計 2022 年上線的第三代核能發電廠,每度電均化成本 0.09 美元,若是新規模能源的預估均化成本沒有往上追加,新一代的核電廠的確比現在世代更便宜。

然而,若跟其他能源比較,復循環燃氣發電每度電均化成本 0.0303 美元,先進式復循環燃氣發電 0.0328 美元,地熱均化成本 0.0431 美元,美國陸上風能的均化成本 0.048 美元,太陽能電池 0.0591 美元,也就是說,小型模組式核反應爐雖然贏過前一代核能,仍然幾乎比所有其他能源都來得貴,在美國只勝過離岸風能、生質能。

一個更大的挑戰是,不僅太陽能正在快速降價,美國陸上風能也變得無比便宜,連因為受到《瓊斯法案》干擾使得成本無法像歐洲那么低的美國離岸風能,受到產業已經逐漸進入成熟階段,成本也一樣快速降低。相對的,小型模組式核反應爐則才剛送設計圖審核通過,要進入成本快速下降階段還要很長的時間,在發展成熟之前,離岸風能早已成本降到遠低于小型模組式核反應爐。

新規模能源充分理解所面臨的市場挑戰,表示過去第一波核電廠興建時,當時美國電力市場處于高度政府管制,高度集中化,低市場競爭的情況,才使得核電廠得以生存,如今狀況已經完全不同,電力市場自由化程度提高,百花齊放,市場環境完全不同,新規模能源了解所面臨的挑戰,但認為新一代技術能解決傳統輕水式反應爐的高成本問題。

新規模能源以外,新一代核電廠宣稱最快能進入商用階段的,是中國華能興建中的球床反應爐核電廠山東石島灣核電廠,原本稱 2017 年底完工發電,但目前仍處于興建狀態。




責任編輯: 李穎

標簽:核電,美國,模組式,核反應爐設計