对于核电行业来说，小型可能很美好。这是许多新型核反应堆的潜在建造商所持的观点。虽然美国政府并未放弃投资拥有传统设计的大型机组，但能源部也宣布提供 4.5 亿美元的资金，以支持所谓的“小型模块化反应堆”的工程设计和许可。
能源部长朱棣文在一份声明中宣布了该项资金，旨在让这种模块化反应堆在 2022 年接入电网。“奥巴马政府和能源部致力于制定‘一切能源’战略，以开发包括核能在内的所有美国能源，”该声明称，“能源部和私营行业正在努力使美国成为先进核能技术和制造领域的领导者。”
在全球范围内，大型反应堆设计仍然是主要技术。降低成本的一种替代方案可以是小型新型反应堆，适用于电力需求较小的地区，或作为灵活发电设施的一部分，可以在必要时快速扩大规模。小型反应堆的最大发电量将为 300 兆瓦，足以为 20 多万个美国家庭供电一年。此外，反应堆将采用模块化设计，即在工厂制造并运往现场，以降低成本。
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但是，此类反应堆仍然需要与目前正在建造的庞大轻水反应堆相同的发电、安全和废物处理系统，以及至少在美国相同的严格许可要求，这可能会增加它们的成本。“是的，反应堆容器中的混凝土和钢铁更少了，”通用电气日立核能公司（GE Hitachi Nuclear Energy）首席咨询工程师、核工程师埃里克·洛文说。该公司正在提出一种模块化的快堆，以帮助英国解决其钚问题。但与核能相关的其他开支清单不会因新设计而改变，“这会让小型模块化反应堆踌躇不前。”
迷你核反应堆
像在佐治亚州建造的两座反应堆一样，现代压水反应堆可以使用裂变产生的热量来烧开水，从而推动涡轮机旋转，产生超过 1,000 兆瓦的电力。巴布科克和威尔科克斯公司（Babcock & Wilcox）曾经建造过大型压水反应堆，以及适用于美国海军潜艇的小型压水反应堆，该公司希望将这些反应堆缩小到仅 180 兆瓦。“这并不是因为我们缺乏建造大型反应堆的知识，”B&W 模块化核能公司总裁克里斯·莫里说。
相反，B&W 认为，核能应用面临的根本问题不是技术本身，而是建造大型核反应堆的财务风险。简而言之，即使是最大的公用事业公司也没有建造 70 亿美元反应堆的资金，而且如此大型的项目往往会因项目延误而导致成本膨胀。一个典型的例子是田纳西河谷管理局（Tennessee Valley Authority）在其瓦茨巴核电站（Watts Bar Nuclear Power Plant）完成第二座反应堆的计划。该反应堆最初于 20 世纪 70 年代开始建设，并于 2007 年恢复建设，目前已经落后于计划，“而且成本将高于预期，”TVA 发言人特里·约翰逊承认。“这是一个规模问题，”莫里认为。
因此，B&W 设计了一种整体压水反应堆，可以在工厂制造并运往现场。“我们希望能够将其放在铁路车辆上，”莫里说，因此这种自给自足的反应堆高 25 米，宽 4 米。这种在高压和高温下运行的反应堆并非真正的新型反应堆，它们曾在过去的几十年里为第一批商业核动力船舶提供动力，例如核动力货船“萨凡纳”号。
缩小反应堆并将部件（例如调节裂变过程的控制棒）放入反应堆容器内，还可以减少对冗余安全系统的需求，以应对漏水管道等问题。反应堆的进出管道位于核燃料棒本身之上，确保任何泄漏都不会导致燃料裸露。此外，管道比大型反应堆所需的管道小得多。“与可能发生的泄漏的大小相比，反应堆中的水要多得多，”莫里解释说。外部水箱可以容纳足够的额外水，以便在断电的情况下冷却反应堆两周。此外，该反应堆本质上是一个核电池，因为它在很大程度上是自给自足的，因此是埋在地下，使其“免受龙卷风、飓风或海啸等外部事件的影响”。
小型反应堆使用相同的核燃料棒，只是长度略短以适应，但其裂变速度较慢，运行四年后才需要新燃料。位于弗吉尼亚州林奇堡附近的一个测试设施正在运行，以确保纸面上看起来不错的东西在实践中也能奏效。B&W 已经在美国找到了一位潜在客户——TVA，他们表示有兴趣在其克林奇河站点建造多达六个小型模块化反应堆，该站点是 20 世纪 70 年代建造快增殖反应堆的失败尝试的所在地。
B&W mPower 反应堆并非唯一向前推进的小型模块化设计：西屋电气、NuScale 和 Holtec（一家更以制造用于储存乏核燃料的庞大混凝土和钢制桶而闻名的公司）也拥有尺寸不同的类似设计。“小型反应堆的优点是：即使您需要 1000 兆瓦的电力，您也可以分批投资，并在下一个机组投入使用时赚钱，”西屋电气首席执行官阿里斯·坎德里斯说。
但多个反应堆站点在福岛第一核电站被证明存在问题，其中一个站点的事故迅速演变成多个反应堆和乏燃料池的危机。“如果你要建造多个反应堆，你会在安全性方面获得提高还是损失呢？”普林斯顿大学的物理学家 M.V. 拉玛纳问道。“我们不知道。”
“在发现任何新技术之初，都会形成这种美好的景象，”坎德里斯承认小型模块化反应堆。“在核能的早期，有人说它会便宜得无法计量。我们发现情况并非如此。”
替代燃料？
小型模块化反应堆可能有助于解决核工业面临的两大挑战：现有反应堆产生的不断增长的废物储存量以及大规模生产核武器产生的残余物，以及核电的整体安全性。通用电气的 PRISM 快堆、通用原子的氦冷快堆或海波龙能源的液态铅铋冷堆都可以将废物转化为燃料。海波龙希望在南卡罗来纳州的萨凡纳河国家实验室演示其反应堆，该反应堆能够产生 25 兆瓦的电力。该站点还签署了谅解备忘录，以托管 NuScale 和 Holtech 反应堆的原型。
原则上，可以将这种核电池密封、放置在地下，并运行十年，然后再更换为一个全新的模块化反应堆。如果是在工厂制造，它们也可以很便宜。“核电没有固有的理由必须很昂贵，”比尔·盖茨在 2 月 28 日的 ARPA-e 峰会上说。盖茨投资了TerraPower 提出的新型反应堆，他指出，核电的相对高昂成本主要源于内置的安全功能。
当然，评估此类新型反应堆的安全性需要时间，而且美国核管理委员会尚未收到任何小型模块化反应堆潜在供应商的申请，无论是快堆还是缩小版的轻水反应堆。此外，人员配备要求、应急计划和清理资金等问题仍有待反应堆制造商和 NRC 之间协商解决，这是降低此类反应堆成本的关键组成部分。“工作人员一直认为，他们必须满足与所有大型反应堆相同的安全要求，”NRC 新反应堆办公室高级反应堆和规章制定部门主管迈克尔·梅菲尔德说。他指出，如果此类反应堆只是现有轻水反应堆的缩小版本，不需要新的法规，那么许可时间表可以加快。“审查一个尺寸小得多、部件更少的反应堆为什么需要这么长时间？但这基于这样一种概念，即供应商提交完整、高质量的申请，并比我们处理一些大型[反应堆]设计时更快地解决工作人员的担忧。”
通过消除人为干预——利用无需操作员协助即可启动的被动安全功能——人员配置需求可能会减少。如果采用埋藏或其他加固方式，支付保安人员的需求也可能会降低。“如果需要人来做某些事情，那不是一个好的设计，”盖茨在ARPA-e会议上表示。
最终，这种小型化设计的成功与否可能与人力有关。“如果运行100兆瓦的电厂与运行1000兆瓦的电厂需要相同的管理费用，那么在经济上就存在问题，”Progress Energy的首席执行官William Johnson指出，该公司正在考虑未来是否建设新的核电站。
霍默·辛普森因素
当然，人为错误尚未从运行中的反应堆或仅存在于纸上的反应堆中消除。并且，就像在飞机或制药开发中一样，政府的决策将决定这些反应堆是否会成功。核监管委员会委员William Ostendorff在去年11月美国核学会会议上的一次演讲中表示，小型模块化反应堆“成为现实取决于政府和核工业”。“关于新反应堆的许可，‘魔鬼在细节中’。”
无论未来小型模块化反应堆如何降低核电的成本，它都不太可能像目前的天然气涡轮机那样便宜。事实上，早在日本福岛第一核电站发生堆芯熔毁事故之前，低天然气价格就阻碍了美国核能的复兴，除了佐治亚州和南卡罗来纳州。“由于美国天然气供应量意外充足，核能总体而言正面临着激烈的竞争，”芝加哥大学去年11月发表的一项关于小型模块化反应堆前景的分析指出。该分析还认为，在实现大规模生产之前，小型反应堆的单位兆瓦成本将高于大型反应堆。“如果没有某种形式的政府激励，小型模块化反应堆不太可能实现商业化。”
但是，能源部提供的资金可能只支持两种设计。竞争所激发的创新似乎不太可能。这最终可能会削弱美国核工业目前的优势——从设计到运营再到监管。
这意味着世界其他地区——特别是正在建造几乎所有类型反应堆的中国和俄罗斯——很可能会继承核能的希望和危险，无论是小型还是大型。“中国和印度目前在核安全方面处于世界领先地位，”NRG首席执行官David Crane在3月20日的彭博新能源财经峰会上表示。由于天然气价格下跌以及美国政府政策的不确定性，NRG在过去五年中启动并放弃了至少建造两座新大型反应堆的计划。“如果我们不建造新的核电站，美国就无法在安全方面引领世界。”