【科技.未來】小型核反應爐興起 可克服成本與安全挑戰?

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在日本福島核事故後,即使核電有近乎零排放的優點,不少國家都對之重新評估甚至擱置。知名引擎生產商勞斯萊斯(Rolls-Royce)卻在近日透露,已獲英國政府資助,將於十年內興建十多個小型模組核反應堆(small modular reactor,SMR)。研發SMR的公司聲稱它可以避免過往的核災難發生,並大大降低成本。到底SMR如何有別於傳統核反應堆?而這些承諾又是否真的能夠兌現,令核能成為未來能源主力?

承接上文︰新型核反應爐 可以小取勝?

價格可夠競爭力?

不過,SMR到底可以令核電成本降低多少?質疑者認為反應堆縮小,不代表電價不貴。美國馬里蘭大學公共政策教授Steve Fetter指出,SMR仍需要證明它們有成本競爭力。隨着風能和太陽能等可再生能源價格快速下降,而可用的天然氣又充裕,更小巧的核反應堆或難以找到它的市場。「是否有能力向先進核反應堆批出牌照,並且應用的規模足以對氣候變化有所影響,我對此十分懷疑。但是,我認為值得探索,因為它們是一種集中式的無碳電力,在這方面我們選擇不多。」

NuScale的SMR欲提供每千瓦時6.5美分的價格上限,作為誘因開展其第一個核電項目。這會比天然氣貴約20%,不過,Rosner預期:「天然氣的價格不會永遠保持低位。」各國還可能為碳排放定價,抬高化石燃料發電的成本。而與可再生能源相比,NuScale也處於劣勢,洛杉磯水電局去年9月宣布接受了來自可再生能源的電力競標,其存儲容量足以全天候供電,價格僅為每千瓦時兩美分。勞斯萊斯計亦類似,計劃將電力成本定為每兆瓦時60英鎊,這是2017年美國核能平均成本每兆瓦時33.5美元的約兩倍。

雖然SMR比傳統核電便宜,惟價格仍然未及天然氣或可再生能源。(Getty Images)

事實上,現時美國超過三分一核電都無利可圖或計劃關閉;核能在全球佔電力供應比例,從1996年歷史高峰的17.6%,跌至2015年僅佔10.8%。而在2011年日本福島核災難後,德國更決定完全關閉其核能產業,而比利時、瑞士、意大利等國家也拒絕更換新的核反應堆或制訂新的計劃。

畢竟,聲稱SMR可大幅降低成本之言仍有值得商椎之處。倫敦大學學院(UCL)名譽高級研究員Paul Dorfman提醒:「SMR模組化興建相對於定製現場興建的潛在成本優勢,可能是誇大了。生產線出錯可能會導致普遍的缺陷,在多個反應堆中蔓延,維修成本很高。建造一個1.2吉瓦(GW)的核電廠,比興建十幾個100兆瓦(MW)的更加合乎成本效益。」

SMR支持者聲稱,SMR可大量生產而大幅降低成本,惟質疑者則說現時設計未有劃一,成本降低有限。(Nuscale)

同時,一些批評者指出,要通過大量生產來節省成本,就需要有一個標準化的SMR設計,但現時不同國家和公司之間卻有好幾十款。加拿大英屬哥倫比亞大學物理學家M. V. Ramana更說,縮小反應堆有其缺點,較小的核反應堆從每噸燃料中只能提取較少能量,因而增加營運成本:「核反應堆增大是有原因的。NuScale從一開始就放棄了大規模的經濟好處。」

而且,SMR超支延期的往績實在太厚。西屋公司在一個SMR設計上花了十年研究,卻在2014年放棄;位於美國麻省的Transatomic Power在2018年放棄了熔鹽SMR研究;先進能源開發商Babcock & Wilcox的一項SMR設計,即使得到美國政府注資1.11億美元,也於2017年放棄。儘管俄羅斯有辧法讓其國家資助的浮水式SMR出海,它的建造成本也超出原先估算四倍,其能源成本也將比現時美國核能高出四倍。

質疑者提醒,過往已有不少SMR計劃超支或半途而廢。圖為俄羅斯的70兆瓦核反應堆「羅蒙諾索夫院士」(Akademik Lomonosov)。(AP)

所以,當NuScale的商務總監Tom Mundy認為SMR是「可在近期內應用的技術」,還有些公司則主張只有採用更加創新的技術,才能夠從根本上解決對於核安全和成本的憂慮。微軟創辦人蓋茨(Bill Gates)有份創立的泰拉能源(TerraPower)就設計了兩個核反應堆,使用了所謂「進階核能」或「第四代」技術。

它們運作時比輕水反應堆熱很多,使用熔鹽或鈉作為冷卻劑,而不需要維持高壓。在大氣壓力下運作,可避免一些對於輕水反應堆設備的要求。因此,泰拉能源行政總裁Chris Levesque揚言:「這在成本和安全方面都有巨大優勢,將會改變遊戲規則。」Levesque說,泰拉能源希望從政府取得「數十億美元」資金建造第一座核反應堆,認為這投資有其價值:「如果我們不投資核能,根本無法實現氣候目標,未來也無法擁有可負擔的電力和熱能。如果我們想要與天然氣競爭,就必須擺脫輕水技術,進入第四代核能。」

另有一些科學家和業者認為,SMR不足以解決大型核電廠的問題,或要靠「第四代」核能才可。(香港01製圖)

但是,支持者則堅稱,SMR的靈活性可令它在傳統核反應堆不適用的偏遠地區設廠。勞斯萊斯和NuScale都預期,SMR將會有龐大市場,例如向非洲和南美洲國家出售核反應堆,因為這些地方的供電系統未必能支持傳統大型核反應堆的能量負荷。而在發達國家,SMR或可令它們在一些新的地方產生電力。據英國國家核實驗室(NNL)估算,SMR技術的出口市場為3,250億美元。再者,SMR也不只可以為電網供電,還可用來生產氫氣燃料或化淡海水等,都是業者認為是有利可圖的市場,可有助抵銷相對高昂的電力成本。

傲慢的安全措施

然而,有關核電的討論最終也難逃放射性廢料和安全問題,SMR也未有解決方法。使用壓水反應堆的SMR將繼續產生高放射性的乏核燃料,如何安全地存儲這類廢物,沒有哪個國家有永久解決方案。自1982年以來,美國一直在尋找放置永久核廢料儲存庫的地方。同時,美國有70%的乏核燃料正放置於很多已經老化和脆弱的冷卻池中,而且數量通常遠多於安全範圍。

雖然業者聲稱SMR比傳統大型核電廠安全得多,但本身並無就放射性廢料和安全問題提出新解決方法。(Getty Images)

而當NuScale想要利用SMR的小巧靈活,在英、美取代燃煤發電廠,甚至在人煙較稠密地區中一些已關閉的發電廠基礎上興建新核反應堆,可能反而帶來更多安全憂慮。NuScale認為其SMR比傳統核電廠安全,無需電源也可關閉,所含放射性物質較少,因而希望NRC允許他們不需要滿足設立備用電源以及方圓32公里撤離區的安全要求,聲稱其反應堆不構成輻射擴散到核電廠邊界以外的風險。

這種想法引起一些核能專家的猛烈抨擊。即使是普遍支持核電的憂思科學家聯盟(UCS)也批評:「NRC為任何種類和大小的核反應堆降低安全要求,都是不負責任的。」該組織的核電安全總監Edwin Lyman擔心,設計SMR的公司對於他們所宣稱這些核反應堆的先天安全特性太有信心。他批評NuScale的安全要求傲慢,核安全依靠多種保護,而NuScale只為了降低成本而把它們逐層剝離。

有些業者主張,SMR比傳統大型核電廠安全,並希望把SMR建得更近市區,因而無需滿足舊有的安全準則,引起爭議。(Getty Images)

Lyman解釋,雖然SMR的尺寸和輸出功率較小,可更容易防止SMR的堆芯過熱甚至熔毀,但是,備用安全措施仍然很重要。核反應堆是複雜的系統,電腦模擬的事故場景仍有可能會錯過潛在的設計缺憾。一旦核設施真正啟動和運作,意料之外的後果仍有可能發生。所以他主張,新的核反應堆需要多重安全功能:「這樣,如果你猜錯了,或者分析上存在不確定性和錯過了某些事情,仍然有後援。」

在現階段,NRC前成員Peter Bradford認為SMR仍然值得探究:「現在真正需要出現的,是在低碳能源之間的競爭,看看哪個可以最低成本在減少碳排放上帶來最大利益。」Mundy對於SMR甚有信心:「我們不只是一個概念,不只是仍流於紙上談兵的技術,而是真的可行。」或許很快後,我們就會知道。

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上文節錄自第205期《香港01》周報(2020年3月16日)《以小取勝 抗衡氣候危機 新型核反應堆發電將成主流?》。

更多周報文章︰【01周報專頁】

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