SMR具有哪些特点?

SMR 具备经济性、灵活性、安全性更高的优势。

SMR 凭借其模块化设计、复制机会、灵活性和缩短的施工时间，提供了一种有前途且具有 成本效益的解决方案。SMR 可以为从偏远社区到大型电网的一切供电，使其适用于发展中 国家、能源密集型行业、数据中心甚至商船。截至 2024 年 3 月，全球规划或在建的小型 堆项目装机总量达到 22 吉瓦，较 2021 年上涨 65%，预计 2024 年将有 1760 亿美元投资进 入该领域。IAEA 预计乐观情况下，到 2050 年总核容量增加 2.5 倍，并且 SMR 将占新增核 容量的四分之一，发展前景广阔。 SMR 的各类优势使其在数据中心电源的长期供应里脱颖而出。从功率规模来看，小堆的功 率通常低于 300 兆瓦，当前开发的很多种堆型的功率都在数十兆瓦左右，这与一个大型数 据中心或超算集群的功耗相当。从可行性看，SMR 建设周期更短、造价更可控，并且相较 于大型核电站，小型模块化更灵活，也可分期匹配数据中心的投产。

对比大型核电站，SMR 具备建设周期更可控、成本控制更优、更灵活、安全等特点。（1）SMR 建设周期更可控。 SMR 是一种“短周期”的核电方法，旨在避免大型压水堆项目遇到的一些制造和调试陷阱。 其设计特点为模块化、工厂组装和可扩展，预计将更快地进入市场，目标建设时间为 3 到5 年，相较建造大型压水堆所需的 10 年大幅缩短。 SMR 中的术语“模块化”是指其可扩展性，以及在工厂环境中制造核蒸汽供应系统 （NSSS）的主要组件然后将它们运输到现场的能力。这有助于减少现场准备工作，并 且缩短施工时间。这一点非常重要，因为漫长的施工时间是大型机组的关键问题之一。 此外，核蒸汽供应系统主要部分的工厂内制造和完工也可以促进实施更高的质量标 准，例如焊缝检查。  大型核电站建设周期过长，不可控因素过多。SMR 相对于大型核反应堆的最大优势并 不一定是大幅减少资本，而是更确定不会陷入多年的拖延和数十亿美元的成本超支 的泥潭，这已经成为美国的核经验，最近的例子是 Vogtle 和 Summer 反应堆的经济困 境。例如 Vogtle 核电站的 3 号和 4 号机组于 2013 年先后启动建设，但由于建设多 次延期，这两台机组实际投运时间落后于计划 7 年，并且最终花费资金超过 300 亿美 元，严重超出预算（原总造价估计为 140 亿美元）。

（2）SMR 成本控制更优。 根据 IAEA 报告，建造 SMR 的隔夜资本成本（OCC）即不含利息资本开支为每 千瓦 2,000~6,000 美元，此成本估算包括反应器、电厂辅助设施和其他相关基础设施成本，基 于特定的反应器设计和项目位置彼此间具备较大资本成本差异。 与传统大型核电站相比，SMR 有望显著节省成本。大型核反应堆的每千瓦成本通常在 4,000~9,000 美元之间，对比 SMR，后者可以通过标准化设计和基于工厂的制造流程从规 模经济中受益。此外，SMR 的较小尺寸和模块化特性可以降低场地准备成本并缩短施工时 间，从而进一步节省成本。

根据统计，轻水小型模块化反应堆（LW-SMR）的隔夜资本成本(OCC)平均值为 5233 美 元/千瓦，标准差为 655 美元/千瓦，90%的概率在 4254 美元/千瓦至 6389 美元/千瓦 之间。而传统大型压水堆(PWR12-BE)的 OCC 平均值为 5,859 美元/千瓦，标准差为 681 美元/千瓦，90%的概率在 4,903 美元/千瓦至 7,122 美元/千瓦之间。

对比大型核电站，SMR 缩短工期降低了施工期间的间接成本和利息，LCOE 更低。 轻水小型模块化堆（LW-SMR）、气冷小型模块化堆（GC-SMR）和熔盐小型模块化堆（MSSMR）的 LCOE 分别为 89.6 美元/兆瓦时、81.5 美元/兆瓦时和 80.6 美元/兆瓦时，压 水堆（PWR12-BE）的 LCOE 为 86.4 美元/兆瓦时。其中 SMR 成本计算中包括美国《通 货膨胀削减法案》（IRA）中给予的 30 美元/兆瓦时补贴。 对比天然气发电，SMR 在碳税和补贴下发电经济性的相对优势将显现。通过碳税和补贴， SMR 将能实现与天然气联合循环(NGCC)电厂的 LCOE 平价。 无碳捕捉的 NGCC 以及 NGCC+碳捕捉技术的 LCOE 分别为 62.3 美元/兆瓦时和 88.5 美 元/兆瓦时。其中，NGCC 的年燃料成本为 29.3 美元/兆瓦时，约为 LW-SMR 燃料成本 （11.7 美元/兆瓦时）的三倍。 加碳税后 NGCC 发电成本将大幅上涨，此时 SMR 开始具备经济性竞争力。NGCC 发电的 直接二氧化碳排放量为 336 公斤/兆瓦时，加碳税后其 LCOE 将从 45.5 美元/兆瓦时 提升至 62.3 美元/兆瓦时，同比提升 37%（以碳税成本 50 美元/吨计算）。105 美元/ 吨的碳税将使 LCOE 与 MS-SMR 相等，130 美元/吨的碳税将使其与 LW-SMR 相等。 除了征收碳税之外，还可以向中小企业提供大量的前期资本补贴，以协调成本。例如： 对 MS-SMR 的资本补贴 1280 美元/千瓦（12.8 亿美元），再加上 50 美元/吨的碳税， 将使 MS-SMR 的 LOCE 与无碳捕捉的 NGCC 相等。对 LW-SMR 的直接资本补贴 1948 美元 /千瓦，对 GC-SMR 的直接资本补贴为 1335 美元/千瓦，将达到同样的效果。 EIA 预计，到 2050 年，即使征收 25 美元/吨的碳税，也会增加 59.1 吉瓦的新核电装 机容量。与小型反应堆相关的经济风险降低，再加上天然气碳社会成本的内部化，对 核电在应对气候变化方面的潜在作用具有深远的影响。

同时，扩大规模将加速 SMR 成本下降速度，与其他发电形式相比具有竞争力的水平。根据 美国能源部研究，在 2030 年至 2040 年期间，至少需要开发 10 到 15 个项目——以单个标 准 300MW SMR 容量，总量约在 3,000 到 4,500 MW。在此规模水平上，可以在整个核供应 链中释放规模经济。

（3）SMR 拥有更好的安全性和灵活性。 小堆适合为区域电网或小型电网进行分布式部署。它具有功率可变化、模块化快速组装、 运输便捷、出力稳定、适应性强等综合优势，能像自备电厂一样专门供电。传统大堆的辐 射应急计划区范围一般是 10 公里，而小堆只有 500 米左右，因此可以建在离城市、人口 密集区更近的地方。 安全性：堆芯的缩小使得功率输出更低，同时得到了更高的表面积-体积比，这将提高非 能动安全系统在正常运行工况和异常运行工况下的效率。例如，许多基于 LWR 的设计拥有 非常大的水存量，用于非能动冷却系统。对非能动冷却系统的依赖程度更高，使得设计更 加简化，运行和维护也更加简化。 灵活性增强：通过利用现有第二代反应堆的机动性能力，SMR 可以通过固有的设计特征以 及多机组的运行优化，实现负荷跟踪模式的增强。SMR 的灵活性还包括其部署能力(如选 址限制较少)和产品多样性(热电联产)。