2020年12月18日，加拿大自然資源部部長謝默斯·奧里根(Seamus O’regan)在(YouTube)視頻網(wǎng)站的一場虛擬直播中，介紹了加拿大政府的SMR《行動計劃》。他稱小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)是“下一個幫助我們在2050年前實現(xiàn)凈零排放的創(chuàng)新。” 并“將為未來創(chuàng)新的新篇章和成功奠定基礎(chǔ)”......到2040年，預(yù)計SMR的全球市場將達(dá)到$1500-3000億/年。所以，要“確保到那一天，加拿大準(zhǔn)備好發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用。”[1]

SMR《行動計劃》

開發(fā)SMR《行動計劃》是加拿大在國內(nèi)外開發(fā)、示范和部署多用途SMR的行動計劃。SMR是很有前途的新技術(shù)，可以帶來一系列好處。這個行動計劃是全加拿大努力，匯集了來自加拿大各地的關(guān)鍵推動者，稱之為“加拿大團隊”：聯(lián)邦政府、各省和地區(qū)、原居民和社區(qū)、電力設(shè)施、工業(yè)、創(chuàng)新者、實驗室、學(xué)術(shù)界和公民社會。SMR作為安全、清潔、負(fù)擔(dān)得起的能源來源，為有彈性、低碳的未來創(chuàng)造機會，并為加拿大和加拿大人民帶來利益。

美國和加拿大開發(fā)的SMR，最大特點是安全和經(jīng)濟。安全：電廠運行只是業(yè)主的事，不擾民，即應(yīng)急規(guī)劃區(qū)域的邊界是電廠“圍欄”或主廠房“外墻”。經(jīng)濟：指標(biāo)是相對的，可取代各種排放CO2的能源裝置，而成本低于燃煤或柴油機發(fā)電。

《行動計劃》響應(yīng)加拿大SMR路線圖中的全部53項建議，還包括超越SMR路線圖建議的“自愿行動”。路線圖進程產(chǎn)生的四個主題支柱繼續(xù)指導(dǎo)加拿大人的行動:

支柱1：演示和部署，包括風(fēng)險分擔(dān)

支柱2：政策、立法和規(guī)范條例，包括核責(zé)任、安全和廢物管理

支柱3：能力、參與和公眾信心，重點是原居民社區(qū)的參與

支柱4：國際伙伴關(guān)系和市場，包括國際支持框架

這讓更多的團體加入加拿大團隊，現(xiàn)已從參與路線圖的55個組織，發(fā)展到參與行動計劃的100多個組織。戰(zhàn)略伙伴關(guān)系對成功至關(guān)重要。

行動之路：SMR《行動計劃》是在2018年11月發(fā)布的《呼吁行動：加拿大小型模塊化反應(yīng)堆路線圖》基礎(chǔ)上邁出重要一步。[2] 這個文件長達(dá)89頁，在首屆國際第四代和小型反應(yīng)堆會議上發(fā)布，宣傳開發(fā)SMR的承諾。加拿大多個省政府、地方政府和電力公司組織共同制定了加拿大自然資源倡議，其路線圖包括53項建議，涉及廢物管理、監(jiān)管準(zhǔn)備和國際參與等多個課題。

奠定基礎(chǔ)：據(jù)加拿大自然資源部稱，這個行動計劃旨在“通過泛加拿大方式，與省和地區(qū)政府、原居民、工會勞工、公用事業(yè)、工業(yè)、創(chuàng)新者、學(xué)術(shù)界和公民社會合作”，推進SMR開發(fā)、示范和部署。除了一項原則聲明外，該計劃還包括許多“章節(jié)”，109個參與組織各一章，還列出450項具體行動的現(xiàn)況，各個組織都可參與或能完成。

鼓勵言辭：加拿大核協(xié)會主席兼首席執(zhí)行官約翰·戈爾曼(John Gorman)說，“SMR行動計劃加強了加拿大在創(chuàng)新、零排放核技術(shù)發(fā)展方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。” “小型模塊式反應(yīng)堆是其他清潔能源的強大推動者。它們有獨特的能力與可再生能源合作，可幫助脫碳有困難的關(guān)鍵地區(qū)和行業(yè)，實現(xiàn)減排目標(biāo)。”

重要的SMR開發(fā)商、美國NuScale 能源公司董事長兼首席執(zhí)行官John Hopkins說，“我們對加拿大啟動SMR行動計劃感到興奮，并對加拿大政府邁出重要的一步，使SMR技術(shù)成為其能源領(lǐng)域的關(guān)鍵組成部分表示贊賞。NuScale能源公司將用它證實的、可靠的、可擴展的技術(shù)，適宜滿足加拿大各地的特定電力需求，支持這個行動計劃。”

加拿大建筑工會執(zhí)行董事肖恩·斯特里克蘭(Sean Strickland)也強調(diào)發(fā)布這個計劃的積極作用。他說，“隨著更小、更簡單、更便宜核能需求的不斷增長，今天的聲明確保加拿大在核能方面發(fā)揮重要作用，同時幫助加拿大實現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)。目前核行業(yè)工會有幾千會員，可在SMR開發(fā)和維護中提供需要的高技能的勞動大軍。”

CEO SMR論壇

加拿大開發(fā)SMR的創(chuàng)意、路線圖和行動計劃，具體活動是在首席執(zhí)行官(CEO)SMR論壇的指導(dǎo)下進行的。[3] CEO SMR論壇成立于2019年，是安大略、新不倫瑞克和薩斯喀徹溫三省主要電力公司之間的合作。論壇由布魯斯電力公司(BrucePowe)、新不倫瑞克省電力公司(NBPower)、安大略發(fā)電公司(OPG)、薩斯克省電力公司(SaskPowe)、CANDU堆業(yè)主集團(COG)和加拿大核協(xié)會(CNA)的首席執(zhí)行官組成，目的是協(xié)調(diào)、優(yōu)化加拿大SMR開發(fā)和部署戰(zhàn)略的框架，實現(xiàn)行業(yè)大聯(lián)合。4家電力公司發(fā)電裝機總?cè)萘俊?1GWe，直接雇傭的員工2.04萬人。

這些電力(公用事業(yè))公司一直在合作，要使核能、特別是創(chuàng)新的SMR在加拿大和世界的低碳未來發(fā)揮關(guān)鍵作用。加拿大的SMR的路線圖開辟了成功的道路，CEO SMR論壇一直在努力，使加拿大成為世界這個高科技創(chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，以穩(wěn)定就業(yè)、知識產(chǎn)權(quán)和全球供應(yīng)鏈;在履行氣候變化和清潔能源承諾的同時，為地區(qū)發(fā)展開辟機遇，使有可能與北部和原居民社區(qū)就邊遠(yuǎn)能源問題進行建設(shè)性對話。

CEO SMR論壇依靠CEO SMR工作組支持、并制定加拿大統(tǒng)一的推進SMR發(fā)展的戰(zhàn)略。CEO SMR工作組合作伙伴包括4個電力公司以及CNL(加拿大核實驗室)、CNA和COG。CNL是SMR成功示范和部署戰(zhàn)略的關(guān)鍵伙伴。

CEO SMR工作組：支持省級的諒解備忘錄。2019年，安大略、新不倫瑞克和薩斯喀徹溫三省省長簽署合作開發(fā)SMR的諒解備忘錄。為支持這一重要舉措，CEO SMR論壇成立了跨省的諒解備忘錄小組，以確保按照諒解備忘錄推進各項活動得到各省的支持。4大電力公司和CNA參與跨省MOU小組。這個小組與省級部委的代表密切合作，按照MOU完成可行性研究，以及承諾應(yīng)交付的其他成果。

CEO SMR工作組：與行業(yè)伙伴協(xié)作。除支持CEO SMR論壇外，CEO SMR工作組還代為其他協(xié)作行業(yè)實體發(fā)揮重要作用。這些包括:

· CEO SMR工作組是COG SMR技術(shù)論壇(SMRTF)的資助成員。SMRTF由提供資助的成員和觀察員組成，其任務(wù)與活動在《行動計劃》中單獨的COG章節(jié)有詳細(xì)說明。

· CEO SMR工作組成員還是“指導(dǎo)委員會”成員，監(jiān)督加拿大核工業(yè)SMR秘書處的工作。2020年初，CNA和COG合作成立了SMR秘書處。建立這個伙伴關(guān)系的目的是與支持伙伴進行接觸，協(xié)調(diào)、跟蹤和記錄關(guān)于“泛加拿大SMR路線圖”建議的進展。

· CEO SMR工作組還加入了加拿大行動計劃的指導(dǎo)組。

通過行業(yè)團體的合作和倡議，CEO SMR論壇和工作組成員與其他合作伙伴合作，繼續(xù)扮演重要角色，推動解決影響SMR成功的核心優(yōu)先事項，包括:

· 為首個商用堆分擔(dān)風(fēng)險的措施(與聯(lián)邦政府和各自的省份討論)

● 監(jiān)管參與和效率(通過COG監(jiān)管事務(wù)規(guī)劃)

● 燃料供應(yīng)(通過燃料供應(yīng)委員會)

● 廢物管理(通過COG放射性廢物領(lǐng)導(dǎo)論壇)

● 核責(zé)任(通過COG核責(zé)任任務(wù)組)

● 原居民和公眾參與(通過各電力公司、加拿大核安全委員會和加拿大自然資源部的活動)

● 核安全(通過COG SMR安全工作組)

這些優(yōu)先事項的性質(zhì)是多方面和復(fù)雜的。支持加拿大團隊(Team Canada)的合作伙伴，包括電力公司和業(yè)主-運營商、聯(lián)邦和省政府以及其他方面，響應(yīng)SMR路線圖要求的行動號召。不斷發(fā)展的伙伴關(guān)系和分擔(dān)責(zé)任對于構(gòu)成支持優(yōu)先事項的戰(zhàn)略至關(guān)重要，諸如分擔(dān)首個商用SMR的風(fēng)險、分擔(dān)廢物管理風(fēng)險和壽期成本、燃料供應(yīng)安全、SMR示范場址準(zhǔn)備等。

CEO SMR論壇努力攜手合作，在相應(yīng)行動上保持一致，并對政策和規(guī)定方面的改變提供行業(yè)見解，同時建立自信和能力，保持加拿大人對核工業(yè)安全的信任，使SMR有助于滿足加拿大到2050年實現(xiàn)凈零排放的承諾

CEO SMR論壇通過在每個轄區(qū)內(nèi)共同行動，聯(lián)合成為加拿大團隊，利用加拿大的廣泛能力，CEO SMR論壇的成員，認(rèn)可、支持加拿大的SMR行動計劃的原則。三省電力公司和CNL在示范和商業(yè)部署SMR型核能方面已走在前面，這就有可能提供清潔能源，發(fā)展經(jīng)濟，同時確立全新的商業(yè)機會。

開發(fā)和部署SMR的綜合方法

按照“泛”加拿大SMR路線圖的規(guī)定，SMR涵蓋廣泛的功率等級、設(shè)計類型、技術(shù)準(zhǔn)備水平和最終用戶應(yīng)用。在加拿大，從傳統(tǒng)上網(wǎng)發(fā)電到熱電聯(lián)產(chǎn)、重工業(yè)、礦業(yè)和遠(yuǎn)程社區(qū)能源供應(yīng)。

為了滿足加拿大的廣泛需求，四家電力公司在過去兩年一直在共同合作和投資，開發(fā)三個SMR項目“組”(Stream)。它們將降低碳排放量并為社區(qū)創(chuàng)造連接上網(wǎng)的機會(第1組)，支持核能技術(shù)進步和創(chuàng)新方法，減少核副產(chǎn)品(第2組)，并為偏遠(yuǎn)社區(qū)和礦山提供負(fù)擔(dān)得起的清潔能源(第3組)。三個組“平行發(fā)展，同等優(yōu)先”。

第1組：重點任務(wù)是在加拿大為早期部署電網(wǎng)規(guī)模的SMR提供機會。推進上網(wǎng)規(guī)模SMR技術(shù)“堆群”的工作正在進行，以便即使部署，從而使電電力系統(tǒng)脫碳與經(jīng)濟、可靠的發(fā)電，滿足電力公司幾十年的需要。于此同時，進一步開發(fā)加拿大的核供應(yīng)鏈。對于上網(wǎng)的第1組反應(yīng)堆，OPG、BP和SaskP作為開發(fā)商合作伙伴，審評了潛在的SMR技術(shù)，部署目標(biāo)是首堆在2028年前后、在安大略省達(dá)靈頓核電現(xiàn)場建成發(fā)電。利用達(dá)林頓和布魯斯核電廠場址有效頒證設(shè)施的優(yōu)勢，能確認(rèn)加拿大的“先發(fā)優(yōu)勢”，支持第1組SMR下個階段在薩斯喀徹溫省的發(fā)展，并且用該省有潛力在2030年代初部署SMR，支持它的脫碳計劃。部分“先發(fā)優(yōu)勢”是有能力維持和建成加拿大核供應(yīng)鏈，并在安大略省通過坎杜堆整修，得到強化。

到目前為止，第1組反應(yīng)堆，主要是美國NRC已頒發(fā)、或即將頒發(fā)設(shè)計許可證的的小型輕水堆：NuScale能源公司的77MWe的PWR模塊和GEH公司開發(fā)的BWRX-300型BWR模塊。

圖1：NuScale 型PWR動力模塊(77 MWe)

圖2：BWRX-300型模塊化反應(yīng)堆

第2組：新布倫瑞克電力公司(NB P)繼續(xù)開發(fā)兩個先進堆設(shè)計，預(yù)期目標(biāo)是2030年代初-中期在萊普羅角核電現(xiàn)場建成發(fā)電。這種先進的SMR(又稱AMR)設(shè)計有許多額外的利益，如安全水平更高，設(shè)計簡單，成本低，而且能有效地再循環(huán)自己的乏燃料，減少現(xiàn)有CANDU堆的乏燃料庫存。這種AMR有熱電聯(lián)產(chǎn)能力，能給重工業(yè)提供工藝熱能，海水淡化或制氫效率高，有優(yōu)良的負(fù)荷跟蹤特性，適宜支持可再生能源發(fā)電的間歇性，而且有巨大的出口市場潛力。

NB省和NB P早在2018年就選定兩個AMR：美國先進堆概念公司(ARC)開發(fā)的ARC-100和英國Moltex能源公司開發(fā)的SSR-W-400。

ARC-100(MWe)是美國最早開發(fā)、最成熟的第四代鈉冷快堆(EBR-II)的“簡化版”。技術(shù)后援是阿貢和愛達(dá)荷國家實驗室，合作伙伴是GEH。乏核燃料后處理與再循環(huán)也是實驗室驗證過的技術(shù)。只要加拿大給機會，就“志在必得”。ARC-100堆芯出口冷卻劑溫度510℃，有負(fù)荷跟蹤能力，熱效率約為40%。運營成本預(yù)計為50美元/兆瓦時。

圖3：ARC-100 鈉冷快堆(金屬鈾合金燃料，20年換料周期，設(shè)計壽期60年)

SSR-W-400則是上個世紀(jì)50-60年代美國橡樹嶺國家實驗室實驗證實的MSRE技術(shù)的重大改進，是全世界有核或無核國家擬定開發(fā)SMR的希望和首選。最新設(shè)計的核島廠房結(jié)構(gòu)更像現(xiàn)代PWR，傳統(tǒng)核能界人生更容易接受。

圖4：最新SSR-W-400熔鹽快堆核島示意圖

第3組是微型SMR，可用來取代目前邊遠(yuǎn)地區(qū)采礦、北部邊遠(yuǎn)社區(qū)供熱和發(fā)電的柴油發(fā)電。這種堆型最先在加拿大核實驗室(CNL)園區(qū)進行示范，然后全面推開。首個項目將在2026年前后建成。潛在的西屋公司設(shè)計的伊達(dá)芬奇(eVinci)項目正在開發(fā)中，OPG也在支持全球第一能源公司(GFP)的項目(4MWe高溫氦氣冷堆)，已向CNSC提交首個SMR許可證申請。

如果說加拿大有核能開發(fā)的優(yōu)勢，首先想到的是國有的AECL公司，而CNL實際上是運營AECL國有資產(chǎn)的私營公司。目前CNL恰克河實驗室選中開發(fā)的先進模塊反應(yīng)堆(AMR)是美國NUSC公司開發(fā)的4 MWe高溫氦氣冷堆，加拿大陸地能源公司的IMSR。至于擬建的微堆，西屋公司驗證過的伊達(dá)芬奇(eVinci)，只是其中的選項之一。

CNL早就看中了英國Moltex公司開發(fā)的SSR-W的乏核燃料回收與再循環(huán)技術(shù)。所以單獨出資與Moltex公司聯(lián)合做實驗和工程設(shè)計，推進它早日開花、結(jié)果。

圖5：CNL喬克河核實驗室(轄區(qū)總面積達(dá)4000公頃)

圖6：西屋公司的伊達(dá)芬奇(eVinci)微堆設(shè)計概念圖：可移動式微堆，30天內(nèi)即可安裝到現(xiàn)場。反應(yīng)堆采用TRISO燃料和專用熱管設(shè)計，電功率15 MWe，可上網(wǎng)或在邊偏遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)、彈性運行。預(yù)計將在2024年之前演示驗證原型，20年代中后期實現(xiàn)全面部署。

圖7：GFP公司的喬克河實驗室科技園區(qū)微型模塊反應(yīng)堆(MMR)：美國超安全核能公司(NUSC)與安大略電力公司(OPG)聯(lián)合建造的4 MWe高溫氦氣冷堆(HGTR)。堆芯出口氦氣溫度630℃，運行壽期20年，期末返回供應(yīng)商，核設(shè)施運行無需外部電力和水源。

圖8：IMSR核電廠現(xiàn)場布置示意圖

加拿大開發(fā)SMR，不是她近鄰的“對手”而是“伙伴”，依靠自己特定的優(yōu)勢和地理位置，面向世界，而且已有大量私人投資用于開發(fā)，表明有獨到眼光和決斷。看到了SMR和AMR的特定優(yōu)勢，在全球深度能源轉(zhuǎn)型中不可或缺。世界其他國家和地區(qū)的綜合研究，也證明加拿大的選擇有很大吸引力，有潛力成為世界SMR技術(shù)與設(shè)備的“樞紐”.....

熔鹽堆是世界開發(fā)AMR的共同選擇

現(xiàn)在全世界有核國家，大都在開發(fā)熔鹽堆技術(shù)、想建熔鹽堆核電站。英國Moltex能源公司2016年推出穩(wěn)定熔鹽反應(yīng)堆(SSR)設(shè)計，加拿大新布倫瑞克省政府和電力公司2018年作出決定，邀請它到加拿大的普萊斯特角核電廠現(xiàn)場建示范堆。Moltex的突出特點是：與電網(wǎng)的相容性，理想;經(jīng)濟，卓越;基建成本，最低;平準(zhǔn)化成本，最低;工程準(zhǔn)備，技術(shù)準(zhǔn)備最少;乏燃料管理，用現(xiàn)有的乏燃料做燃料，是最理想的AMR堆型。Moltex能源公司的目標(biāo)仍然是2030年在加拿大建成發(fā)電。祝愿它成功!

圖9：ENGIE 的 “新興可持續(xù)技術(shù)”[4]

圖10：比利時Tractebel工程公司：主要SMR發(fā)展的世界概況[5]

附表：愛爾蘭《18 FOR 0 》“愛爾蘭的核能開發(fā)”選定技術(shù)審評[6]

資料與注釋：

1. ANS News，Canada unveils ambitious plan for SMRs，December 21, 2020

2. Canadian Small Modular Reactor Roadmap Steering Committee， A Call to Action: A Canadian Roadmap for Small Modular Reactors，November 2018

3. CANADA`S SMR action plan，CEO SMR Forum， December 18, 2020

4. ENGIE Research, Emerging Sustainable Technologies, Report from 2020 Technology Watch

5. Tractebel Business Line Nuclear，The rise of nuclear technology 2.0—Tractebel’s vision on Small Modular Reactors，December 2020

6. 18FOR0, NUCLEAR ENERGY DEVELOPMENT IN IRELAND PRELIMINARY STUDY, DECEMBER 2020