SMR具有哪些特點?

SMR 具備經濟性、靈活性、安全性更高的優勢。

SMR 憑借其模塊化設計、復制機會、靈活性和縮短的施工時間，提供了一種有前途且具有 成本效益的解決方案。SMR 可以為從偏遠社區到大型電網的一切供電，使其適用于發展中 國家、能源密集型行業、數據中心甚至商船。截至 2024 年 3 月，全球規劃或在建的小型 堆項目裝機總量達到 22 吉瓦，較 2021 年上漲 65%，預計 2024 年將有 1760 億美元投資進 入該領域。IAEA 預計樂觀情況下，到 2050 年總核容量增加 2.5 倍，并且 SMR 將占新增核 容量的四分之一，發展前景廣闊。 SMR 的各類優勢使其在數據中心電源的長期供應里脫穎而出。從功率規模來看，小堆的功 率通常低于 300 兆瓦，當前開發的很多種堆型的功率都在數十兆瓦左右，這與一個大型數 據中心或超算集群的功耗相當。從可行性看，SMR 建設周期更短、造價更可控，并且相較 于大型核電站，小型模塊化更靈活，也可分期匹配數據中心的投產。

對比大型核電站，SMR 具備建設周期更可控、成本控制更優、更靈活、安全等特點。（1）SMR 建設周期更可控。 SMR 是一種“短周期”的核電方法，旨在避免大型壓水堆項目遇到的一些制造和調試陷阱。 其設計特點為模塊化、工廠組裝和可擴展，預計將更快地進入市場，目標建設時間為 3 到5 年，相較建造大型壓水堆所需的 10 年大幅縮短。 SMR 中的術語“模塊化”是指其可擴展性，以及在工廠環境中制造核蒸汽供應系統 （NSSS）的主要組件然后將它們運輸到現場的能力。這有助于減少現場準備工作，并 且縮短施工時間。這一點非常重要，因為漫長的施工時間是大型機組的關鍵問題之一。 此外，核蒸汽供應系統主要部分的工廠內制造和完工也可以促進實施更高的質量標 準，例如焊縫檢查。  大型核電站建設周期過長，不可控因素過多。SMR 相對于大型核反應堆的最大優勢并 不一定是大幅減少資本，而是更確定不會陷入多年的拖延和數十億美元的成本超支 的泥潭，這已經成為美國的核經驗，最近的例子是 Vogtle 和 Summer 反應堆的經濟困 境。例如 Vogtle 核電站的 3 號和 4 號機組于 2013 年先后啟動建設，但由于建設多 次延期，這兩臺機組實際投運時間落后于計劃 7 年，并且最終花費資金超過 300 億美 元，嚴重超出預算（原總造價估計為 140 億美元）。

（2）SMR 成本控制更優。 根據 IAEA 報告，建造 SMR 的隔夜資本成本（OCC）即不含利息資本開支為每 千瓦 2,000~6,000 美元，此成本估算包括反應器、電廠輔助設施和其他相關基礎設施成本，基 于特定的反應器設計和項目位置彼此間具備較大資本成本差異。 與傳統大型核電站相比，SMR 有望顯著節省成本。大型核反應堆的每千瓦成本通常在 4,000~9,000 美元之間，對比 SMR，后者可以通過標準化設計和基于工廠的制造流程從規 模經濟中受益。此外，SMR 的較小尺寸和模塊化特性可以降低場地準備成本并縮短施工時 間，從而進一步節省成本。

根據統計，輕水小型模塊化反應堆（LW-SMR）的隔夜資本成本(OCC)平均值為 5233 美 元/千瓦，標準差為 655 美元/千瓦，90%的概率在 4254 美元/千瓦至 6389 美元/千瓦 之間。而傳統大型壓水堆(PWR12-BE)的 OCC 平均值為 5,859 美元/千瓦，標準差為 681 美元/千瓦，90%的概率在 4,903 美元/千瓦至 7,122 美元/千瓦之間。

對比大型核電站，SMR 縮短工期降低了施工期間的間接成本和利息，LCOE 更低。 輕水小型模塊化堆（LW-SMR）、氣冷小型模塊化堆（GC-SMR）和熔鹽小型模塊化堆（MSSMR）的 LCOE 分別為 89.6 美元/兆瓦時、81.5 美元/兆瓦時和 80.6 美元/兆瓦時，壓 水堆（PWR12-BE）的 LCOE 為 86.4 美元/兆瓦時。其中 SMR 成本計算中包括美國《通 貨膨脹削減法案》（IRA）中給予的 30 美元/兆瓦時補貼。 對比天然氣發電，SMR 在碳稅和補貼下發電經濟性的相對優勢將顯現。通過碳稅和補貼， SMR 將能實現與天然氣聯合循環(NGCC)電廠的 LCOE 平價。 無碳捕捉的 NGCC 以及 NGCC+碳捕捉技術的 LCOE 分別為 62.3 美元/兆瓦時和 88.5 美 元/兆瓦時。其中，NGCC 的年燃料成本為 29.3 美元/兆瓦時，約為 LW-SMR 燃料成本 （11.7 美元/兆瓦時）的三倍。 加碳稅后 NGCC 發電成本將大幅上漲，此時 SMR 開始具備經濟性競爭力。NGCC 發電的 直接二氧化碳排放量為 336 公斤/兆瓦時，加碳稅后其 LCOE 將從 45.5 美元/兆瓦時 提升至 62.3 美元/兆瓦時，同比提升 37%（以碳稅成本 50 美元/噸計算）。105 美元/ 噸的碳稅將使 LCOE 與 MS-SMR 相等，130 美元/噸的碳稅將使其與 LW-SMR 相等。 除了征收碳稅之外，還可以向中小企業提供大量的前期資本補貼，以協調成本。例如： 對 MS-SMR 的資本補貼 1280 美元/千瓦（12.8 億美元），再加上 50 美元/噸的碳稅， 將使 MS-SMR 的 LOCE 與無碳捕捉的 NGCC 相等。對 LW-SMR 的直接資本補貼 1948 美元 /千瓦，對 GC-SMR 的直接資本補貼為 1335 美元/千瓦，將達到同樣的效果。 EIA 預計，到 2050 年，即使征收 25 美元/噸的碳稅，也會增加 59.1 吉瓦的新核電裝 機容量。與小型反應堆相關的經濟風險降低，再加上天然氣碳社會成本的內部化，對 核電在應對氣候變化方面的潛在作用具有深遠的影響。

同時，擴大規模將加速 SMR 成本下降速度，與其他發電形式相比具有競爭力的水平。根據 美國能源部研究，在 2030 年至 2040 年期間，至少需要開發 10 到 15 個項目——以單個標 準 300MW SMR 容量，總量約在 3,000 到 4,500 MW。在此規模水平上，可以在整個核供應 鏈中釋放規模經濟。

（3）SMR 擁有更好的安全性和靈活性。 小堆適合為區域電網或小型電網進行分布式部署。它具有功率可變化、模塊化快速組裝、 運輸便捷、出力穩定、適應性強等綜合優勢，能像自備電廠一樣專門供電。傳統大堆的輻 射應急計劃區范圍一般是 10 公里，而小堆只有 500 米左右，因此可以建在離城市、人口 密集區更近的地方。 安全性：堆芯的縮小使得功率輸出更低，同時得到了更高的表面積-體積比，這將提高非 能動安全系統在正常運行工況和異常運行工況下的效率。例如，許多基于 LWR 的設計擁有 非常大的水存量，用于非能動冷卻系統。對非能動冷卻系統的依賴程度更高，使得設計更 加簡化，運行和維護也更加簡化。 靈活性增強：通過利用現有第二代反應堆的機動性能力，SMR 可以通過固有的設計特征以 及多機組的運行優化，實現負荷跟蹤模式的增強。SMR 的靈活性還包括其部署能力(如選 址限制較少)和產品多樣性(熱電聯產)。