小型模块化核反应堆可以帮助美国实现能源和排放目标——只要我们愿意

Josiah02

随着谷歌、亚马逊和微软等科技公司纷纷投资新兴低碳能源技术，人们对小型模块化核反应堆（SMR）的兴趣正在飙升。
它有潜力帮助这些公司和国家实现减排目标，同时满足日益增长的能源需求。但美国尚未启动其首座 SMR，而且该技术在成本和复杂性方面面临着巨大的部署挑战。
不过，密歇根大学的最新研究表明，SMR 在经济上是可行的，并将在 2050 年开始发挥其潜力。
《自然能源》杂志新研究报告的主要作者马克斯·瓦纳塔 (Max Vanatta) 表示：“尽管成本高昂且具有挑战性，但 SMR 确实具有部署的潜力。”瓦纳塔是密歇根大学环境与可持续发展学院和工业与运营工程系的博士生。
“尽管它们很贵，但它们仍然是成本最低的选择，”瓦纳塔说。
该研究预测，届时将部署足够多的 SMR，使该国每年的二氧化碳排放量减少高达 5900 万公吨。不过，要实现这一目标，他们需要政府以及开发和实施该技术的行业的帮助。
项目不是产品
核能的优势之一是，核能的使用方式与化石燃料非常相似。因此，核能可以与现有电网无缝集成。
但研究人员表示，核能也有其独特的考虑——如此独特以至于没有两座核电站是完全相同的。
“核反应堆并不是我们所认为的其他技术产品，”报告合著者、Alva Energy 首席技术官 Robb Stewart 表示，“它们更像是建设项目。”
对于传统核电站而言，这些项目涉及多种专业建筑和元件，包括著名的冷却塔。根据美国能源部的数据，在美国，核电站的最终发电量平均约为 1 千兆瓦。
斯图尔特说，SMR 仍是一个项目，但规模较小。它们将反应堆缩小以适应更模块化的设计，但代价是牺牲最大发电容量。最大的 SMR 发电量约为普通传统核电站的 30%，但它们可以安装在电力使用地点的一栋建筑内。
在这项新研究中，瓦纳塔、斯图尔特和密歇根大学能源系统助理教授迈克尔·克雷格考虑在 900 多个使用天然气的设施中部署 SMR ，以满足其工业供热需求。这些设施代表了 14 个热密集型行业，包括造纸厂、石油炼制厂和化学品制造商。
“通过低碳方式提供足够廉价的热量确实很难，”瓦纳塔说。“而这正是 SMR 的一个绝佳机会。”
为了进行分析，该团队开发了一个模型，在三个变量的背景下预测 SMR 在这些环境中部署的程度和影响。
如何提高 SMR 的竞争力
其中一个变量是天然气成本。研究小组发现，当天然气价格达到每百万英热单位（MMBtu，热含量的标准计量单位）6 美元或更高时，SMR 可以参与竞争。Vanatta 表示，虽然这不是天然气成本的最低数字，但这是一个现实的工业价格。
另一个变量是政府如何通过政策激励 SMR 开发。研究人员发现，税收抵免和碳税等激励措施产生了巨大影响，而直接补贴则没有。
“如果你只是用 100 亿美元的资金池来补贴 SMR 开发，用这笔钱在最便宜的设施里建造尽可能多的模块，那么它仍然不会起飞，”Vanatta 说。“其他政策产生了非常宝贵的影响。它们发挥了深远的作用。”
最后一个变量是建造和安装 SMR 的经验将在多大程度上降低未来 SMR 项目的成本。团队将此称为学习，这是斯图尔特最关注的项目组成部分。
斯图尔特说：“该模型的这种能力使其成为同类模型中的首创。”他补充说，该模型因此可以为其他技术的类似研究带来新的维度，特别是在低碳能源领域。
“很多技术刚刚走出实验室，”斯图尔特说。“无论是核能、电池储存还是地热技术，我们都希望了解从建造第一个系统到第 100 个系统的成本变化情况。”
从历史上看，传统核电站的成本降低经验并不多。瓦纳塔说，这是每个核项目都独一无二的另一个后果。
但他乐观地认为，小型模块化核反应堆的小型化和模块化设计将有助于扭转这一趋势。然而，即使在最坏的情况下，即小型模块化反应堆经历负面学习，项目之间的成本上升，该团队仍然看到了部署的潜力。
不过，研究人员强调，积极的学习会让这条路变得容易得多。
“我们需要确保我们能掌握这些经验并加以推广，”斯图尔特说。“我们需要确保这些经验不会被局限在某个企业或公用事业中。”
根据美国能源信息署的数据，目前传统核电站为美国提供约 100 千兆瓦的发电能力。该团队分析的设施在最佳情况下可以为 SMR 额外部署超过 20 千兆瓦的发电能力。
“我们需要尽一切努力，但这一切都是为了提供可靠的低碳能源，”瓦纳塔说道。