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摘要：为了在2050年实现碳中和，可再生能源比例需要提高多少呢？虽然扩大可再生能源的导入是重要论点之一，但是鉴于其普及速度和受天气影响的发电量波动，考虑应多大程度导入“核能发电”或许才是更现实的选择。事实上，日本也开始讨论引入新一代核能——小型模块化反应堆（SMR）。本文将对克服“安全性”（核能最大课题）障碍的技术之一——SMR进行解说。

关键字：核能、小型核反应堆、核能制氢、高温气冷反应堆、氦气、高效制氢

目录

●什么是小型模块化反应堆（SMR）

●各国SMR开发的进展

●日立与GE合作，目标于2028年实现实用化

●三菱重工通过小型化和一体化来规避发生大规模事故的风险

●正在推动利用钠进行冷却的核反应堆的开发

●SMR所面临的课题

●日本能成功导入SMR吗？

什么是小型模块化反应堆（SMR）

小型模块化反应堆（SMR：Small Modular Reactor）是指输出相对较小、由封装（模块）制造的新一代核反应堆。根据IAEA（国际原子能机构）的定义，其输出功率在30万kW以下，约为主流大型反应堆（100万kW以上）规模的三分之一至四分之一，远小于主流大型反应堆。其中，5000kW小型反应堆夜也被称为微型核反应堆。

实际上，已存在接近SMR的反应堆。那便是核潜艇。在潜艇内部，安装有一个功率为数万千瓦的核反应堆，通过该核反应堆发电，在海中航行。

为了导入比主流大型反应堆工期更短、安全性更高的SMR，各国正在积极进行开发。2021年10月12日，法国总统马克龙宣布将致力于核能发电领域的“颠覆性创新”，并表示到2030年将投入10亿欧元（约73亿元）用于导入多个SMR。

据海外电力调查会称，全球正在开发的SMR有73座，其中美国（18座）和俄罗斯（17座）尤其积极，约占总数的一半。其次是中国8座，日本7座。

俄罗斯是世界上唯一实现SMR实用化的国家。2020年5月，搭载2座SMR的海上浮式核电站（FNPP: Floating Nuclear Power Plant）开始运行。另外，中国于2021年7月开工建设SMR“玲龙1号”。海外电力调查会表示：“美国、英国、加拿大将于2025年后建成，而俄罗斯和中国则领先，分别计划于2020年和2021年开始运行。”

日本也在讨论引入SMR。SMR具有以下4个特征：

●高安全性

●工期短

●核不扩散

●正在研究将其用于制氢

第一是高安全性。核能发电利用铀在核反应堆中发生核裂变时产生的热量使水沸腾产生蒸汽，然后用蒸汽的动力带动涡轮机发电。当反应堆失控时，需要对反应堆本体进行冷却，但是目前主流的大型核反应堆都存在一个问题，即必须用水泵抽水冷却，一旦断电便无法冷却。

然而，由于SMR体积小，因此冷却速度比大型反应堆快，而且，由于整个反应堆可以淹没在水池中，因此很难发生熔毁。

第二是工期短。由于SMR可以模块化后在工厂组装，然后运输到现场，因此品质管理容易，且工期短。

第三是核不扩散。核设施具有核不扩散原则，以防止转用于核武器。

SMR可以在工厂组装整个反应堆后再在现场安装。如果核反应堆能够搬运的话，发电结束后，就可以撤去整个核反应堆。这样的话，即使是在发展中国家制造，也可以防止发展中国家拆除SMR用于制造核武器。从这个意义上来说，符合核不扩散原则。

最后第四是用于制氢。核能不仅可以发电，还可以利用发电过程中释放的热量制氢。仅使用核能产生的电能进行电解水制造的氢称为黄氢，日本也正在对此进行研发。

在SMR的引入潮流下，全球各国都在积极进行技术开发。下文将对全球各国的开发状况进行说明。

各国SMR开发的进展

在实用化方面处于领先的是美国。

成立于2007年的New Scale Power公司计划于2029年开始运行1号机。已经获得美国核能管理委员会（NRC）的型式认证，接下来仅剩建设。该公司计划并排运行最多12座输出7.7万kW的模块反应堆，总输出功率略低于100万kW，接近大型核反应堆。由于紧急情况下整个反应堆都可以沉入池中，因此即使没有应急电源也可以冷却堆芯。

另一个特征是可以通过负荷追踪运行，根据可再生能源的波动来调整输出。该公司的核反应堆可以在可再生能源发电量大时减少发电量，在可再生能源发电量减少时提高发电量。可调整输出的特征将成为一个相当大的优势。

此外，美国能源部将向该公司投资4亿美元（约25亿元），同时日挥控股集团（0.4亿美元，约2.6亿元）和IHI（0.2亿美元，约1.3亿元）也将出资，在核反应堆安全壳等核心部件的开发和建设工程的管理等方面建立合作体制。

日立与GE合作，目标于2028年实现实用化

日本企业也在进行开发。

其中之一便是日立制作所与GE的合资公司——GE日立新清洁能源，目前正在开发BWRX-300（SMR）。

BWRX-300的输出功率为30万kW，其特征之一是“沸水型轻水反应堆（BWR）”。沸水型反应堆虽然与引发事故的福岛第一核电站属于同一类型，但与传统的沸水型反应堆相比，其通过大幅简化结构，降低了成本，避免了发生大规模事故的风险。

GE和日立以2028年左右实现实用化为目标，向NRC提交了有关安全审查项目的技术报告等，但尚未进行型式认定。另外，还将目光投向加拿大建设，加拿大核能安全委员会也同时开始了审查，预计将首先在加拿大而非美国开始运行。

GE和日立还在开发被称为PRISM（Power Reactor Innovative Small Module）的SMR。

PRISM是使用钠而不是水来冷却的反应堆。其将钠用作冷却材料，通过使钠循环生成高温钠，再从高温钠中生成热水来转动反应堆，因此也被称为“快速反应堆”。与传统的核反应堆相比，废弃物的有害程度低且数量较少。另外，从使用后的核燃料中提取的钚可以用作燃料也是其特征之一。

美国能源部计划在爱达荷国立研究所建设建造一座基于PRISM的多功能试验反应堆（VTR），输出功率为30万kW，并将于2030年前开始运行。

三菱重工通过小型化和一体化来规避发生大规模事故的风险

日立已经开始进行开发，三菱重工也紧随其后。

三菱重工开发的SMR为3万-30万kW级，通过从反应堆中产生的约300℃的高温高压水中生成蒸汽来转动反应堆。

概念设计已经完成，通过将制造蒸汽的热交换器等主要设备放入反应堆容器中，使其一体化，从而开发出非常简单的小型反应堆。

该反应堆实现实用化后，可应用于离岸岛屿和船舶的电源。

三菱重工还正在开发一种将氦气用作冷却材料的高温气冷反应堆（HTTR：High Temperature engineering Test Reactor）。其特征之一是通过使用氦气可以有效提取比高压水更高的热量。虽然距离实现实用化还需要时间，但是如果能获得1000℃的高温氦气，则发电效率将会提高，并且有望使用该热源高效制氢。

正在推动利用钠进行冷却的核反应堆的开发

比尔盖茨在美国创立了核能开发公司——TerraPower。

TerraPower正在开发一种名为“Natrium”的核反应堆。顾名思义，和上文提到的PRISM一样，其将钠用作冷却材料。Natrium的快速反应堆技术正在由GE日立开发。还与中国签署了合作协议，并于2021年6月宣布将在美国怀俄明州的一个旧燃煤场进行实证。

美国Ultra Safe Nuclear公司以开发微型反应堆（MMR：Micro Modular Reactor）为目标。母公司为加拿大企业，计划建设输出为5000kW的微型反应堆（MMR），并进行多台并排发电实证。其将发电20年，20年后，当发电结束时，将被拆除并更换新的模块，这将有助于核不扩散。

自1950年代以来，英国Rolls-Royce公司一直在为核潜艇设计和制造核反应堆。基于这些经验，该公司进入SMR领域，并正在着手开发名为“Rolls-Royce SMR”的反应堆。输出规模为44万kW～47万kW，大于其他公司的核反应堆，计划于2030年开始运行1号机，目标是到2035年开始运行约10台机组。该公司还于2016年成立了UK SMR联盟，与Assystem、Atkins、Jacobs、NNL、Nuclear AMRC等多家公司进行合作开发。

SMR所面临的课题

正如OECD／NEA（经济合作开发机构/核能机构）指出的“到2035年可能达到约2000万千瓦”，目前，不仅在日本，美国、加拿大、英国、俄罗斯、中国、韩国等国都在进行SMR的开发。

特别是美国、英国、加拿大为了领先世界，正在以举国之力致力于SMR开发。俄罗斯和中国也在瞄准SMR的海外市场。然而，也存在许多课题。

比如经济性方面，如果缩短工期，可以降低成本，但如果比较制造1座100万kW的大型反应堆和10座10万kW的小型反应堆，则小型反应堆将不再具有经济性优势。随着可再生能源发电成本的不断下降，尚不清楚其能否发挥成本竞争力。

另外，如果要设置多座小型反应堆，则与当地政府的协调也会变得复杂，程序也没有减少。而且，也不知道是否遵守了核不扩散的原则。如果在世界各地进行设置的话，放射性物质的管理将更加困难，转用于核武器的可能性将增加。

此外，PRISM和Natrium等核反应堆使用钠作为冷却材料，是否真的能正确处理钠尚有疑问。实际上，日本的快中子增殖反应堆“文殊”曾发生钠泄漏事故，并已于2016年决定废弃。

即使是SMR，核能本身的风险也不会变成零，后端的课题依然存在。乏核燃料的处理问题还未能得到解决。目前只有芬兰决定将其深埋地下。

日本能成功导入SMR吗？

在SMR的开发过程中，初创公司非常活跃，而非GE、三菱重工和阿海珐等传统反应堆制造商。虽然俄罗斯已开始进行2座的商业运行，但这并不足以说明其具有实用化前景。此外，是否真的比大型反应堆更安全还需要更多时间来实证。

不可否认，不排放CO₂的SMR可以作为实现碳中和的选项。

但是，在未完全恢复对核能信心的日本，能成功导入SMR吗？在10月22日内阁会议决定的第六次能源基本计划中，未提到核能的重建，关于核能政策的中长期讨论仍然搁置。

另外，也有意见认为，在讨论引入SMR之前，应致力于重启现有核电站并延长运行时间。

SMR的导入需要十分慎重的考虑。

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