核崛起
此次讨论的一个重要基础是，我们现有的核反应堆性能卓越。它能产生全国最可靠、最有弹性的电力，为家庭、医院、学校、企业和关键行业提供持续不断的电力。
随着沃格特勒 3 号机组于去年 11 月投入运行，沃格特勒 4 号机组于今年 4 月投入运行，以及多个先进反应堆项目的不断推进，核能将在世界未来能源中发挥重要作用。
美国最近牵头24个国家呼吁到2050年将全球核能发电量增加两倍。今年3月，30多个国家齐聚布鲁塞尔，参加首届核能峰会，承诺帮助释放核能的潜力。
西屋电气、通用电气和南方电力等长期处于核能领先地位的公司与越来越多的核能初创企业一起，正在与国家实验室合作研发创新反应堆设计、燃料开发和相关技术，以解决日益多样化的能源使用问题。
我们的国家正在向前迈进，这得益于前几代人未曾想象到的技术进步。但为了让美国核工业引领全球核能扩张，我们必须解决一些挑战。其中最重要的就是在短期内成功实现商业部署。
纸上反应堆的困境
1953 年夏天，原子能委员会海军反应堆部门负责人海曼·里科弗上将撰写了一份至今仍被经常引用的备忘录。里科弗的“纸上反应堆”备忘录传达了一个重要信息，尤其是对我们所有致力于开发和部署先进核反应堆的人来说。
他的备忘录指出，有关核能的决策往往是由那些对相关技术和细节缺乏深入了解的人做出的；规划与实际建造之间存在巨大差距；纸面上容易解决的问题在现实世界中往往很困难、耗时且昂贵。他将这种对比描述为学术反应堆和实际反应堆之间的区别。
然而，里科弗的根本信息很明确。尽管建造反应堆面临诸多挑战，但我们必须继续前进。我们必须成为解决方案的一部分，推动核能企业从几十年的纸上谈兵转变为建造和运营真正的反应堆。
爱达荷国家实验室支持的先进反应堆示范项目时间表。（图片：INL）
我之所以提到这一点，是因为国家实验室再次与工业界合作，打造新一代核反应堆，用于发电和电网以外的应用。为了实现这一目标，我们需要高度关注结果。我们需要创新，重新思考现状，接受变化，并交付私营部门想要和国家需要的项目。我们必须不懈创新，不仅在技术方面，而且在运营、政策和法规方面。
几十年来，美国核能行业一直停滞不前，先进技术往往无法超越概念阶段。这种情况正在开始改变。随着沃格特尔新机组的投入使用，又有 100 万户家庭和企业开始使用核能发电。犹他州联合市政电力系统和 NuScale Power 在无碳电力项目 (CFPP) 上的合作尽管已于去年 11 月终止，但仍然应该因其取得的进展而受到认可。该项目运用了核管理委员会的流程，生产出首个经 NRC 认证的小型模块化反应堆设计，并为 NRC 批准 SMR 先进设计功能铺平了道路，这些功能与操作员人员规模、缩小应急计划区规模和被动安全有关，包括无需连接到场外电源。该项目还在建立必要的供应链方面取得了重大进展，并表明联合许可证申请已经完成。虽然许多人认为该项目的取消是一个挫折，但 CFPP 推动了这一进程，并提供了宝贵的经验和教训。
例如，爱达荷国家实验室的微反应器应用研究验证和评估项目 (MARVEL) 进展顺利，意义重大，原因有很多。INL 与能源部合作，致力于在现场建造 50 年来第一座新型测试反应堆，这表明该机构重新致力于创新和部署。
MARVEL 将提供关键数据，并将成为反应堆部署各个方面的教育平台，包括安全、许可和环境评估。它将有助于证明美国重返核能行业。
另一项努力是 Pele 项目，这是国防部和 BWX Technologies 之间的合作。这种微反应堆设计将帮助我们的武装部队减少对柴油的依赖，并为军事和私营部门应用小型先进反应堆铺平道路。
此外，INL 正在与南方公司和 TerraPower 合作开展熔融氯化物反应堆实验，这可能是世界上第一个达到临界状态的快谱盐反应堆实验。
该实验室还与 X-energy 和 TerraPower 合作，支持美国能源部的两个先进反应堆示范计划项目。X-energy 正在开发 Xe-100，这是一种高温气冷球床模块化反应堆，而 TerraPower 正在研究 Natrium 反应堆设计，这是一种钠冷快堆，结合了热能存储，可实现灵活的电力输出。
这些先进的反应堆项目是对 INL 正在建设的一系列试验台和设施的补充，这将有助于私营公司开发和展示自己的反应堆设计。
事关国家安全
国家安全是我们迫切需要部署新核反应堆的另一个原因。几十年来，美国一直是核能开发和部署领域的世界领先者。尽管我们拥有专业知识、经验和历史领导地位，但美国已经落后了。
与此同时，俄罗斯和中国积极推进核能部署，向其他国家出口反应堆、燃料和服务。这些出口是长期影响的战略工具，可能影响这些国家的能源和国家安全。当美国是核能领域的世界领先者时，我们出口了我们的技术并制定了世界安全标准。
目前，欧洲、非洲、中东和南美洲的国家正在考虑采用先进的核技术，为本国人民提供所需的清洁能源。由于美国缺乏强大的先进核工业，这些国家将向其他国家寻求帮助，包括俄罗斯和中国。我们谁都不应该希望这些国家制定世界安全和不扩散标准。我们谁都不应该乐于看到自己的核工业萎靡不振，被迫依赖竞争对手提供新的核反应堆、燃料和其他基本部件。
不断增长的客户群
在政治分歧的时代，核能是一个共识领域，受到各级政府两党的支持。
过去十年，国会通过了多项支持核能的法案，得到了共和党和民主党总统的支持。此外，各州也在探索和制定政策，用先进的核技术取代老化的基础设施。例如：怀俄明州正在与 TerraPower 合作，利用即将退役的煤电厂的基础设施和劳动力来支持其先进核反应堆设施的部署。
此外，陶氏化学、纽柯、亚马逊网络服务、Meta、谷歌和微软等行业巨头和主要能源用户越来越多地转向核能，以确保其运营获得不间断的无碳电力。
事实上，美国核能研究所最近的一项调查预测，到 2050 年，需要超过 99 千兆瓦的新核电来支持脱碳工作。这意味着未来 25 年内需要新建约 330 个 SMR，这将使我们目前的核电容量增加一倍以上。
然而，尽管公众普遍接受、两党支持、行业热情高涨且需求明确，美国核工业仍处于美国能源部最近一份报告中所描述的“潜在客户与部署所需的核工业基础投资之间的商业僵局——使脱碳目标面临风险”。许多利益相关者更愿意等待和观察，然后再承诺新的反应堆项目，这阻碍了开拓性的努力以获得牵引力或开始实现与第_n_种部署进展相关的成本和进度效益。相比之下，广泛的部署推动了可再生能源和其他先进技术的成本大幅降低。
我们面临的挑战
为了重新夺回全球领导地位，美国必须加快商业核电部署步伐，并采取紧急行动，高度关注成本和进度，并了解所需的规模。我们需要关注重大成果，例如让下一个 100 千兆瓦发电量投入使用。要做到这一点，我们需要能源开发商和用户走出场外，并清楚地了解推动先行者所需的财政和政策支持。
我们还需要一个促进创新、投资和部署的监管结构和流程。我们必须发展强大的国内供应链，并优先考虑 STEM 教育和劳动力发展。必须推行长期购电协议和成本超支保险等政策，以激励快速部署并减少早期采用者的障碍。考虑到气候变化、能源需求增长和地缘政治因素等严峻现实，我们应该自问，我们长期以来对风险的厌恶以及我们对许可、建设和交付新核电站的根深蒂固的保守主义是否符合社会的最佳利益。为了推动核能的发展，它对国家安全、电网稳定、经济增长和环境可持续性的贡献应该得到充分的认可和重视。
我们还必须为现有机组和未来的先进反应堆开发国内燃料供应。我们需要开发必要的供应链，以确保这些新技术能够在其使用寿命内生产清洁能源，使用寿命可达一个世纪。这不仅仅是一个为经济提供动力和保护环境的问题。这也关乎国家安全、国际领导力和全球竞争力。
结束我们的故事
我们的政策制定者显然已经做出了推动核能发展的明智决定。但我们——核能界——必须果断采取行动才能实现这一目标。政府、工业界和学术界的所有人都必须有意识地采取行动，以便我们能够为子孙后代发挥核能的潜力。
提高核电站开发和部署水平的唯一方法就是亲自动手。我们需要建设核电站。每建一座新核电站，我们都会学到东西。我们会不断进步。我们会建造更经济、投产速度更快的反应堆。我们需要带着紧迫感来对待这件事。即使延长了现有反应堆的许可证期限，时间也非常紧迫。我们需要快速部署，不仅是为了为电网供电，也是为了清洁运输、制造和工业应用。
2024 年 ANS 年度会议的主题恰如其分，因为风险从未如此之高。我们已经取得了长足进步，但仍有重大障碍需要克服。这是一场全球竞争。要取得成功，我们必须大胆而有策略——愿意承担经过深思熟虑的风险，接受变化，并帮助其他人了解风险所在。我们的成功至关重要。
约翰·瓦格纳 (John Wagner) 是爱达荷国家实验室主任兼巴特尔能源联盟 (Battelle Energy Alliance) 总裁，该联盟负责为美国能源部核能办公室管理 INL。瓦格纳还是本月 2024 年 ANS 年会的总主席。
核技术论坛
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