美國核能管理委員會通過首座小型模組式核反應爐設計

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 24 日 8:45 | 分類 核能 , 能源科技 follow us in feedly

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、完工不斷延後、上線遙遙無期的超大型錢坑,導致許多計畫逐一取消。舊核電廠也狀況不妙,美國許多核電廠原本計畫延役,但成本遠高於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,在納稅人壓力下川普政府不敢明目張膽補貼,於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託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 reactorSMR),卻都只聞樓梯響,如今,終於有第一家向美國核能管理委員會提出設計圖( Nuclear Regulatory CommissionNRC)第一階段送審通過。

2018 年 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畫的廠商,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),計劃於愛達荷州興建 12 50 百萬瓦(Megawatt)發電容量小型模組式核反應爐,預定於 2020 年代中期開始運轉,可能是 2026 年。

新規模能源表示,設計特色為採用冷卻劑自然循環方式,不需馬達幫浦輸送,相較於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,下一代核電廠的願景,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後;提出熱中子、快中子高溫反應,反應後產生的高能核廢料半衰期較過去的 3 萬年減少為 300 年;採用氣冷、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,冷卻用水受輻射汙染,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 座反應爐計畫,總預算為 29 億美元,預計完工上線後,每度電均化成本目標( levelized cost of energy)為 0.065 美元(約新台幣 1.94 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(約新台幣 2.68 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,複循環燃氣發電每度電均化成本 0.0303 美元,先進式複循環燃氣發電 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麼低的美國離岸風能,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於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於高度政府管制,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,但目前仍處於興建狀態。

(首圖來源:NuScale Power