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小型模块化核反应堆 (SMR) 是一种利用核反应产生的热量来制造蒸汽的集成装置。来源：Ingersoll et al., 2015.
上周，田纳西河谷管理局 (TVA) 提交了美国核管理委员会 (NRC) 有史以来第一份小型模块化核反应堆的许可申请。TVA 的申请是小型模块化反应堆（通常缩写为 SMR）从实验室走向市场的道路上的一个巨大里程碑，并为美国核电的未来带来了一线希望。
“此次提交是我们公司和核工业的一个关键里程碑，”TVA 首席核官乔·格莱姆斯说。“TVA 是业内第一家向 NRC 提交任何与 SMR 相关的申请的公司。这对我们来说是一项重大事件，因为我们将继续探索潜在的 SMR 技术，作为扩大我们多元化投资组合的一种方式，以确保为我们服务的人们提供安全可靠的能源供应。”
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美国核管理委员会将使用该申请审查位于田纳西州橡树岭附近的 1200 英亩克林奇河厂址的下一代核技术的潜在建设的场地安全性、环境和应急准备要求。
让我们回顾一下 SMR 相对于传统核反应堆设计的优势，以及为什么它们有潜力克服当今限制新建核电站的一些关键障碍。
小型至关重要
与核电站选址和融资相关的主要问题之一是经济性。过去，垂直整合的垄断公用事业公司可以对大型核电站进行 50 年的投资，因为他们知道他们拥有独家访问权的用户的费用将由他们承担。
在当今竞争激烈的电力市场中，发电商必须竞争以在需要的时间和地点以最低的价格提供电力。这一事实使得难以预测核电站的电力价格，从而更难以证明对核能的长期投资是合理的，而不是天然气或可再生能源等。并非巧合的是，美国在建的唯一的新核发电机组由受监管的公用事业公司南方公司所有。
传统核电站必须以巨大的规模建造才能证明其前期成本是合理的，这使得核能的投资前景更加糟糕。这意味着任何新的传统核电站都会给电力市场带来大量新电力，从而改变供需曲线并压低市场电力价格。这是一个简单的经济学原理：如果市场上的供应相对于需求过大，价格就会下降。类似的因素也压低了全球石油价格，因为沙特阿拉伯保持产量稳定以与美国石油生产商竞争。
SMR 没有传统核电站那样的规模问题。因为它们较小，所以它们需要较少的前期投资（即使每单位能源的生产成本更高）。此外，它们不太可能在市场上造成供应过剩。这些特点结合在一起，使得 SMR 从融资角度来看比传统核能更具吸引力。
模块化意味着大规模生产
SMR 中的 M 代表模块化，这意味着反应堆被设计为作为独立单元运行，但如果需要，可以互连以形成大型发电厂。这种设计的一个好处是，反应堆有可能在现代生产线上制造，而不是像传统的核电站那样作为定制的资本项目制造。
几个小型核模块可以互连以形成一个更大规模的核电站。来源：Ingersoll et al., 2015.
SMR 的大规模生产潜力意味着它们有潜力达到规模经济并实现比当今反应堆低得多的价格点。将传统的反应堆想象成劳斯莱斯汽车。每个单元都是定制的，并根据购买者的要求进行设计。而 SMR 更像是一辆丰田：每个单元都相同，但它们在不牺牲安全性或可靠性的情况下实现了更好的价格点。
虽然现有的美国反应堆没有标准设计，但法国已经完全标准化了其所有核电站的设计。标准化使法国成为核能领域的全球领导者（该国 75% 的电力来自核能），并实现了欧洲最低的电价之一，按购买力平价转换为美元后为每千瓦时 17 美分。相比之下，邻国德国为每千瓦时 37 美分，波兰为每千瓦时 34 美分。（所有数据来自国际能源署）。
足够灵活，可以与可再生能源友好相处
限制传统核电站的另一个因素是，它们的设计主要是在基本负荷下运行，即一年中的每一天几乎 24 小时以满负荷输出发电。在当今动态定价的电力市场中，事实证明这种功能实际上不是很有用。最有价值的发电厂可以以低成本生产电力，并且可以快速开启和关闭，以便在电力价格较高时捕获电力，并避免实时电力价格较低的时期——尤其是可再生能源生产过剩与需求相比导致价格变为负值的时期。
NuScale 是领先的 SMR 技术公司之一，其研究人员最近发表的一篇技术论文，题为“核能和可再生能源可以成为朋友吗？”显示了 NuScale 的 SMR 可以在电力供应与需求之间进行平衡的潜力——即使可再生能源占总发电量的很大一部分。他们的系统可以有效地在长、中、短期内调整其功率输出。可以使系统的一个或多个模块离线，以减少数天或数月的功率输出。可以调整反应堆的热输出，以调整从一小时到下一小时的功率输出。可以将蒸汽从涡轮机转移到冷凝器，以在几分钟的时间尺度上调整功率输出。所有这些功能都使 NuScale 的系统比传统核电具有决定性的经济优势——并将有助于将可再生能源与电网集成到未来。
下一步是什么
TVA 建造 SMR 工厂的举动将为下一代小型核电设施的选址、许可和运营提供宝贵的经验。虽然拟议的 SMR 设施要建成并投入运营还需要很长时间，但这无疑将有助于为美国核电的未来铺平道路。从这里开始，看看事情将如何发展，肯定会很有趣。
议程图片来源：Ingersoll et al., 2015。