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美国参议院最近通过了一项两党皆支持的基础设施法案,核能倡导者们为该法案推出新的核反应堆计划和优惠政策而欢呼雀跃。该法案拨款60亿美元的资金,用于微型反应堆、小型模块化反应堆和先进核反应堆的研制,重点是示范反应堆。

但这种庆祝可能会很短暂。美国在核能领域的领导地位——得益于国内先进反应堆系统的成功——如果没有政府对强大研发基础设施的持续承诺,注定要失败。

这个基础设施就是,多功能测试反应堆(VTR,Versatile Test Reactor)。VTR可以测试新型核反应堆,还可以测试建造和运行这些新反应堆所需的新燃料和材料。然而我们今天根本无法做到这一点。

INL(爱达荷国家实验室)VTR(多功能试验反应堆)项目示意图。

美国先进的核反应堆开发商需要VTR才能成为国际标准的制定者,美国需要国内核市场的成功才能重新获得失去的全球领导地位。

遗憾的是,继参议院拨款委员会之后,众议院取消了多功能试验反应堆项目的资金。正如国会议员韦伯(德克萨斯州)在众议院慨叹,“2022年拨款法案没有提供任何资金。什么都没有,却还要保持多功能试验反应堆项目按预算和按计划进行。”

无论是俄勒冈州的NuScale Power将建造美国第一座小型模块化反应堆,加拿大的陆地能源公司将建造新的整体熔盐反应堆(IMSR),甚至是雷德蒙德的Helion Energy、西雅图的CTFusion或加拿大的General fusion等新的聚变反应堆公司,新的核设计都确实令人惊叹。

有些设计比其他设计走得更远,但所有这些都是伟大的设计,将改变这个星球的发电方式,无论是在北极或撒哈拉等恶劣气候下供电,还是为谷歌和亚马逊等大型服务器农场供电,为支持工业和海水淡化,或只是生产持续千年的全天候可靠的清洁低碳电力。

唯一的问题是——它们是否能及时做好准备,以缓解全球变暖的最糟糕局面?

如果没有长期支持示范反应堆的基础设施,我们可能看到第一批先进系统成功运行……然后就无法实现广泛的适应性改造和成本降低以进行渐进的和必要的改进。

去年12月,国会通过了《2020年能源法案》(the Energy Act of 2020),认识到解决快中子测试的研发差距至关重要。这是一项两党法案,提出了先进核能的变革愿景。2020年能源法案授权3.48亿美元用于2022财年的VTR。

这对核专业人士来说并不意外。 美国核学会在《美国核研发势在必行》报告中简洁地指出:“决策需要数据。VTR 通过允许对先进核燃料、材料和组件进行加速测试来提供这些数据。”

事实上,对VTR的需求得到了一系列活跃在能源、气候和国际领域的非政府组织的支持,例如美国核学会(American Nuclear Society)、两党政策研究所(the BiPartisan Policy Institute)、清洁空气工作组(Clean Air Task Force)、爱迪生电气研究所(Edison Electric Institute)等。每个组织都认识到 VTR 对于维持美国在先进核能领域的领导地位至关重要。

    为什么需要VTR ?

VTR 支持美国在全球研发基础设施方面保持竞争力。美国先进的核能开发商将继续在成功示范的基础上进行创新,以提高效率和市场,并通过实验创造更好和更持久的燃料和材料。

(容量系数是指某一特定时间内的净发电量与同一时期内连续全负荷运行时产生的能量之比。换句话说,它是一种衡量能源可靠程度的指标。)

你甚至可以从时间轴上看到它的趋势。众所周知,核能是迄今为止所有其他能源中容量系数最高的能源,但情况并非总是如此(见上图)。实现这一目标需要持续的时间和努力以及政府对研发的投资。

现在我们需要投资研发快中子能力,使先进的核系统再次实现这一目标,并重新获得美国在核能领域的领导地位。

    俄罗斯在先进核技术上“抢先一步”

国际燃料和材料的其他快中子试验堆在俄罗斯。美国公司如果想直接使用俄罗斯的快中子试验反应堆Bor-60,面临许多障碍,包括知识产权保护、安全和保障控制以及实验过程的透明度。

但泰拉能源(TerraPower)最近宣布在怀俄明州展示其 Natrium™钠冷却快速反应堆,已使用Bor-60测试反应堆进行材料辐照。因此,TerraPower在大力支持多功能试验反应堆方面处于独特的地位,公司表示:“在美国开发这种试验能力对快速反应堆的长期成功至关重要,有助于降低资本、运营和生命周期成本。”

目前,估计核能出口市场每年约为5500亿至7500亿美元,预计到2050年将增长两倍。与错过市场机会同样令人担忧的是,美国放弃其外国领导地位的地缘政治现实。

另一方面,中国的HTGR(高温气冷)球床反应堆,近期开始装载燃料,中国可能是未来真正的竞争对手。

直到最近,美国在制定民用核安全标准以及限制铀浓缩和再处理技术扩散方面有着强有力的发言权,因为在竞争激烈的全球反应堆和燃料循环服务市场上,美国公司是首选供应商。美国在民用核能领域的领导地位促成了制定国际核安全标准的国际原子能机构 (IAEA) 和负责协调出口管制政策的核供应国集团 (NSG) 的成立。

但随着美国影响力的减弱,俄罗斯和中国的国有企业迅速占了上风。俄罗斯国有核能机构俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)目前拥有世界上最大的外国投资组合——在12个国家处于不同实施阶段的35台发电机组——并监管着全球16%的核燃料市场。与此同时,随着今年1月华龙一号核电站的建成投产,中国在民用核能领域实现了自力更生的目标。中国目前在巴基斯坦建造出口型的华龙一号——HPR1000,并在阿根廷就另一个项目进行谈判。

俄罗斯和中国可以为客户国家提供从融资到退役的全套核电系统。这些核能出口使伙伴国家形成了100年的战略关系,涵盖核反应堆的建设、运营和退役,然后影响客户的核法规。俄罗斯和中国正在亚洲、东欧和南美培育这种关系。

这就是为什么大西洋理事会,最近呼吁为VTR提供资金:“VTR对于实现先进反应堆及其所需燃料的创新和广泛商业化至关重要。如果美国现在放弃在核能领域的全球领导地位,那么它就不太可能重新获得世界最大核能技术出口国的地位,美国将失去影响全球核安全和核不扩散标准的能力。”

形势严峻,但可以挽救。国会需要恢复对 VTR 的 2022 财年资金。

 
 
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