《Atomic Insights》網(wǎng)站月中刊發(fā)羅德·亞當(dāng)斯(Rod Adams)的文章[1]，贊美硅谷核能創(chuàng)新公司奧克勞(Oklo)是顆“新星”，在“創(chuàng)造歷史”……

圖1 藝術(shù)家展示的奧羅拉(Aurora)核電裝置

新一代清潔能源即將出現(xiàn)

奧克勞(Oklo)是一家清潔能源公司，專注開(kāi)發(fā)人們想要購(gòu)買的產(chǎn)品和服務(wù)。2020年，他們提交、美國(guó)核管會(huì)(US NRC)也接受了他們的奧羅拉核電裝置(Aurora)建造與運(yùn)行聯(lián)合許可證申請(qǐng)，創(chuàng)造了歷史[2]。

過(guò)去幾年里，奧克勞還在多個(gè)方面取得顯著進(jìn)步。已批準(zhǔn)他們使用愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)科技園區(qū)的一個(gè)特定廠址[3]，建造他們的首個(gè)裝置。這種安排包括授予使用這個(gè)場(chǎng)地的長(zhǎng)期許可證。環(huán)境評(píng)估已在進(jìn)行中。

奧克勞進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，INL一直在保存EBR-II項(xiàng)目產(chǎn)生的核廢料，也知道這些廢料非常適合作為他們的反應(yīng)堆的核燃料。他們已經(jīng)與INL達(dá)成提供這種核廢料的協(xié)議，并經(jīng)美國(guó)能源部(DOE)批準(zhǔn)，用作他們的反應(yīng)堆的核燃料。

在開(kāi)發(fā)新一代核能的基本要素方面取得快速進(jìn)展的同時(shí)，奧克勞還一直在悄悄地打造吸引投資者的業(yè)務(wù)。有相當(dāng)多的證據(jù)證明這一點(diǎn)：因?yàn)閵W克勞一直非常成功地利用硅谷和其他地區(qū)可用的大量風(fēng)險(xiǎn)投資。

奧克勞公司由麻省理工學(xué)院(MIT)畢業(yè)生杰克·德威特(Jake Dewitte)和卡羅琳·科克倫(Caroline Cochran)于2013年創(chuàng)立，它通過(guò)了許多重要的技術(shù)里程碑，比許多核專業(yè)人士想象得要快。在此過(guò)程中，他們還對(duì)自己與風(fēng)險(xiǎn)投資的關(guān)系有了敏銳的理解，也磨練了自己向投資者傳達(dá)自己“愿景”的能力——這是一個(gè)企業(yè)家競(jìng)爭(zhēng)資助的基本要素。

“捕捉”長(zhǎng)期評(píng)估的方法

奧克勞公司的創(chuàng)始人首先申請(qǐng)并接受了位于硅谷的Y Combinator創(chuàng)業(yè)孵化器項(xiàng)目[4]，這是其他先進(jìn)堆企業(yè)幾乎沒(méi)有做過(guò)的早期步驟。認(rèn)識(shí)到很多投資活動(dòng)發(fā)生在那里，創(chuàng)始人把他們的公司搬到了硅谷。在那里，他們加入一個(gè)更廣泛的企業(yè)家社團(tuán)，磨練了技能，建立了早已證明非常重要的人際關(guān)系，使他們能夠成功地籌集到種子和A輪風(fēng)險(xiǎn)投資[5]。

很快發(fā)現(xiàn)，奧克勞已走過(guò)很長(zhǎng)的路。這個(gè)團(tuán)體在2019年12月就向世界介紹了奧羅拉核電裝置，展示了令人驚嘆、絢麗的建筑設(shè)計(jì)，激發(fā)每個(gè)人想象“第四代”核能的樣子。與此同時(shí)，奧克勞小心翼翼地管理自己的成長(zhǎng)，創(chuàng)造的企業(yè)文化和品牌形象散發(fā)出年輕創(chuàng)始人價(jià)值觀。

奧克勞建立了多元化、一體化、高效的團(tuán)隊(duì)，在運(yùn)營(yíng)的第七年，只有幾十名員工。盡管如此，奧克勞公司還是慷慨地投入時(shí)間，在核能界培養(yǎng)良好公民意識(shí)，在四年的“預(yù)許可申請(qǐng)”期間與NRC互動(dòng)，界定了改進(jìn)的審評(píng)參數(shù)，教育業(yè)內(nèi)人士了解第四代核能開(kāi)發(fā)人員的需求，還廣泛參與討論，向公眾解釋先進(jìn)核技術(shù)。

圖2 奧克勞公司的成員

奧克勞將價(jià)值融入他們的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，在電廠建筑內(nèi)創(chuàng)建了開(kāi)放的空間，便于各界人士理解。雖然看起來(lái)有點(diǎn)浪費(fèi)，但這樣的特性可以贏得邊遠(yuǎn)社區(qū)的支持，包括奧克勞最初的目標(biāo)客戶，評(píng)估奧羅拉如何取代他們“骯臟”的柴油發(fā)電機(jī)。在創(chuàng)造性地思考先進(jìn)核能如何幫助偏遠(yuǎn)社區(qū)提高生活質(zhì)量時(shí)，奧克勞已成功地吸引了相當(dāng)多客戶的興趣。

“同類首個(gè)”

奧克勞正在開(kāi)發(fā)“同類首個(gè)”(FOAK)先進(jìn)能源系統(tǒng)，通常包含獨(dú)特的成本和風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)嚇跑投資者。然而，奧克勞的簡(jiǎn)單、安全、小型堆“非能動(dòng)”地冷卻自身，這種設(shè)計(jì)已經(jīng)得到很好地證明。他們以實(shí)驗(yàn)增殖堆II(EBR-2)為基礎(chǔ)，這個(gè)快堆曾運(yùn)行了30年，提供了大量的性能數(shù)據(jù)，有助于NRC的監(jiān)管人員適應(yīng)設(shè)計(jì)的技術(shù)功能。

因此，雖然有些人可能認(rèn)為，奧克勞公司向NRC提出的“首個(gè)”第四代核能系統(tǒng)申請(qǐng)，可能永遠(yuǎn)不會(huì)獲得批準(zhǔn)，盡管它比之前的第三代核電廠提交的申請(qǐng)文件要“短”得多，但NRC接受了這個(gè)申請(qǐng)。根據(jù)《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》(NEIMA)的要求，審查過(guò)程預(yù)計(jì)需要三年時(shí)間，而不是四年才能完成。這意味著奧克勞公司應(yīng)在2023年上半年獲得NRC的“認(rèn)證書(shū)”。

與此同時(shí)，在INL，奧克勞已經(jīng)開(kāi)始與這個(gè)高度支持和有深厚技術(shù)基礎(chǔ)的社區(qū)發(fā)展相互關(guān)系。在那里，他們將獲得相當(dāng)多的專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)室資源。受保護(hù)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室基地，可使安全和核保障問(wèn)題獲得徹底解決，同時(shí)這個(gè)裝置也能克服某些“未經(jīng)證實(shí)”的爭(zhēng)議。

所有這些因素結(jié)合在一起，使奧克勞公司成為投資者的“極具誘惑力的機(jī)遇”。奧克勞公司本身就是個(gè)令人印象深刻的首創(chuàng)風(fēng)投企業(yè)。它展示的，是個(gè)精益、高效的組織，有能力取得長(zhǎng)足進(jìn)步。通過(guò)聰明地工作并愿意投資，讓人們參與進(jìn)來(lái)，奧克勞避免了許多過(guò)去與核開(kāi)發(fā)相關(guān)的陷阱、延誤和費(fèi)用。奧克勞公司已經(jīng)做好準(zhǔn)備，到2024年開(kāi)始建造第一個(gè)奧羅拉核電廠;“保守”地估計(jì)，到2025年完工。

技術(shù)設(shè)計(jì)與成本估算

羅德·亞當(dāng)斯(Rod Adams)早就在關(guān)注硅谷的這顆“新星”。因?yàn)橛性S多方面“出人意料”，令人振奮[6]。

奧羅拉核電裝置是快堆設(shè)計(jì)，熱/電功率4/1.5 MW ，無(wú)慢化劑，靠熱管液態(tài)金屬將堆芯裂變熱能傳輸給發(fā)電系統(tǒng)。

據(jù)奧克勞說(shuō)，奧羅拉建造成本約需1000萬(wàn)美元，運(yùn)營(yíng)成本300萬(wàn)美元/年，年發(fā)電量約131.4萬(wàn)kWh。核燃料和土地兩項(xiàng)，從能源部租借：不用高含量低濃縮鈾(HALEU)，堆芯裝料3噸，費(fèi)用1600萬(wàn)美元，這筆錢省了。租借、運(yùn)行壽期20年，平準(zhǔn)化發(fā)電成本約為180美元/MWh。這種類型的快堆，商用化后改進(jìn)型，在無(wú)需換料的情況下甚至可運(yùn)行40年或更久[7]。

圖3 奧羅拉快堆裝置的“樸素”外觀

整個(gè)系統(tǒng)安裝在地下室內(nèi)。完成預(yù)定的運(yùn)行期后，乏核燃料返還能源部。現(xiàn)場(chǎng)退役，清空，奧克勞公司承諾購(gòu)買適當(dāng)?shù)呢?cái)務(wù)保證工具，支付預(yù)期的退役成本。

據(jù)提交的最終安全分析報(bào)告(FSAR)說(shuō)，反應(yīng)堆“禁區(qū)”、低人口區(qū)和應(yīng)急規(guī)劃區(qū)均由廠房外墻確定。廣泛的安全分析沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何可信的事件會(huì)釋放裂變產(chǎn)物或增加建筑物外的輻射水平。

預(yù)計(jì)“同類首個(gè)”發(fā)電裝置，正常運(yùn)行期間無(wú)需人員“干預(yù)”，兩個(gè)訓(xùn)練有素的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員即可維護(hù)廠房和二次發(fā)電系統(tǒng)。

奧克勞的成本看起來(lái)并不是那么古怪。報(bào)價(jià)是“同類首個(gè)”(FOAK)，發(fā)電裝置可放在離客戶足夠近的地方，使傳輸成本最小化。在加拿大邊疆區(qū)的某些社區(qū)，電力來(lái)自柴油發(fā)電機(jī)，它們?nèi)紵酿s分油通過(guò)卡車、駁船或飛機(jī)運(yùn)輸，價(jià)格不菲(約為2美元/kWh)。

奧克勞的低成本并不僅是為了吸引客戶的興趣。它的計(jì)劃是設(shè)計(jì)、建造、擁有和運(yùn)營(yíng)一發(fā)電裝置。收入將來(lái)自銷售這種發(fā)電裝置的各種產(chǎn)品：如熱、電，也許還有其他產(chǎn)品，如制氫或同位素生產(chǎn)。

值得質(zhì)疑的是核燃料的成本假設(shè)。奧克勞公司的設(shè)計(jì)結(jié)果導(dǎo)致低燃燃耗，為何假設(shè)輸入的核燃料使用20年后沒(méi)有剩余值?運(yùn)行初裝載的不是新鮮核材料(HALEU)，壽期末的燃耗很淺。在偏遠(yuǎn)寒冷的地區(qū)，奧羅拉核電裝置是“天然客戶”，出售熱量將是一種自然的額外收入。

爭(zhēng)議[8]

“微堆是個(gè)令人興奮的創(chuàng)新，完全顛覆了核能技術(shù)的敘事。”“微堆有望通過(guò)技術(shù)學(xué)習(xí)獲得成本競(jìng)爭(zhēng)力，從而改變這種范式。”小堆沒(méi)有“規(guī)模”經(jīng)濟(jì)，但有“數(shù)量”經(jīng)濟(jì)前景。奧克勞公司計(jì)劃擁有并運(yùn)營(yíng)這種微堆的客戶，還可能包括公用事業(yè)公司、工業(yè)場(chǎng)所、大公司和大學(xué)校園。

世界核協(xié)會(huì)(WNA)高級(jí)分析師喬納森·科布(Jonathan Cobb)告訴CNBC，“今天的大型反應(yīng)堆滿足大城市對(duì)清潔電力的需求。”“但較小的反應(yīng)堆能給偏遠(yuǎn)地區(qū)和其他位置提供低碳電力和熱能，這里所需的容量也就幾個(gè)MWe。”微堆因規(guī)模小、建造速度快。“保守估計(jì)，不到一年就能建成這種核電廠。”

快堆技術(shù)的重大優(yōu)勢(shì)在于能利用傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的乏核燃料。這種技術(shù)能“釋放核燃料內(nèi)剩余的能量”。也縮短了放射性廢料中有毒成分衰變的時(shí)間，從整體上改變核廢料的狀況：“就是把不得不考慮管理10萬(wàn)年或100萬(wàn)年的核廢料……實(shí)際上變成只考慮幾百年、也許幾千年的形式。”

奧克勞公司有宏偉的計(jì)劃，但仍需克服各種監(jiān)管障礙。某些安全專家對(duì)這個(gè)公司的微堆可以“無(wú)人值守”地運(yùn)行提出異議。憂思科學(xué)家聯(lián)盟(UCS)核能安全主任埃德溫·萊曼(Edwin Lyman)認(rèn)為，讓微堆“無(wú)人值守”是不安全的。他撰寫(xiě)了一份關(guān)于先進(jìn)核技術(shù)安全的廣泛而又詳盡的報(bào)告。

萊曼接受CNBC采訪時(shí)說(shuō)，“最大的問(wèn)題是，經(jīng)濟(jì)效益太差，實(shí)際上違背了‘規(guī)模經(jīng)濟(jì)’。微堆供應(yīng)商正在推動(dòng)減少(甚至完全取消)運(yùn)行和安保等人員。”“即使是個(gè)非常小的反應(yīng)堆，也含有足夠多的放射性物質(zhì)，如遭到破壞，會(huì)造成大問(wèn)題，而且從未證實(shí)這種反應(yīng)堆‘如此安全’，甚至沒(méi)有運(yùn)行人員也能正常運(yùn)行。”萊曼說(shuō)，微堆使用的核燃料，“必須嚴(yán)格防范盜竊”。

美國(guó)普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究物理學(xué)家、公共與國(guó)際事務(wù)名譽(yù)教授弗蘭克·馮·希佩爾(Frank N. von Hippel)也對(duì)小型堆的經(jīng)濟(jì)性表示擔(dān)憂。他憂慮必要的安保開(kāi)支。希佩爾告訴CNBC，“一個(gè)問(wèn)題是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要什么樣的安保安排?全天候多個(gè)警衛(wèi)可能會(huì)消耗大部分總收益。”

奧克勞公司聯(lián)合創(chuàng)始人卡羅琳·科克倫(Caroline Cochran)回應(yīng)這些擔(dān)憂時(shí)說(shuō)，在美國(guó)和全球范圍，已經(jīng)有某些核反應(yīng)堆“在沒(méi)有安全部隊(duì)的情況下運(yùn)行，而且過(guò)去幾十年來(lái)有完美的安全記錄。”

核能智庫(kù)核創(chuàng)新聯(lián)盟(NIA)項(xiàng)目經(jīng)理亞歷克斯·吉爾伯特(Alex Gilbert)說(shuō)，同樣重要的是，要承認(rèn)這種機(jī)組都很小，因此“無(wú)法單獨(dú)達(dá)到廣泛脫碳所需的規(guī)模。”“微堆可以幫助較小的電網(wǎng)脫碳，但只是應(yīng)對(duì)氣候挑戰(zhàn)所需的核能創(chuàng)新的第一步。” 但科克倫說(shuō)，向清潔能源過(guò)渡的迫切需要指向的戰(zhàn)略是，“讓我們利用擁有的各種工具。”

啟示

近兩年來(lái)，一直在關(guān)注奧克勞公司微堆項(xiàng)目的進(jìn)展。盡管并不了解項(xiàng)目的具體內(nèi)容、是否能夠成功，但它的思維模式和開(kāi)辟的“道路”引人思考，值得討論。

這是美國(guó)2013年成立的私營(yíng)公司，首次提出并獲美國(guó)核管會(huì)接受的非輕水反應(yīng)堆聯(lián)合許可申請(qǐng)(COL)。這個(gè)申請(qǐng)，很可能成為今后所有非輕水堆許可申請(qǐng)的重要先例。因此奧克勞公司的奧羅拉快堆，既是科技創(chuàng)新，也是制度創(chuàng)新，意義重大。

重要的是“道路”：籍籍無(wú)名的私營(yíng)初創(chuàng)公司開(kāi)發(fā)的規(guī)模極小的“微堆”，能讓美國(guó)能源部出資、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室甘愿無(wú)條件配合，在自己的“園區(qū)”內(nèi)示范，標(biāo)明重要的是新服務(wù)的能源市場(chǎng)的潛質(zhì)和“范式”。美國(guó)核管會(huì)已經(jīng)“內(nèi)化”了國(guó)會(huì)和奧巴馬政府頒布的立法中所給予的指導(dǎo)，正在努力重新獲得作為世界上最好的核監(jiān)管機(jī)構(gòu)的地位。

奧克勞的設(shè)計(jì)，很可能從技術(shù)上開(kāi)辟了一種“安全”模式：反應(yīng)堆功率水平足夠小、但可提供有價(jià)值的能源，安全問(wèn)題不會(huì)成為挑戰(zhàn)。

美國(guó)能源部、INL處理老式快堆乏核燃料的“啟示”：與其把敏感的可裂變/易裂變鈾、钚和釷與高放裂變產(chǎn)物混合后固化處置，或制成MOX燃料再入堆一次，不如盡快認(rèn)證、開(kāi)始構(gòu)建奧羅拉型的新設(shè)計(jì)，一次裝料，運(yùn)行20年甚至更久。美國(guó)Elysium工業(yè)公司開(kāi)發(fā)的氯化物熔鹽快堆(MCFR)的初始裝料，就擬用橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在處置的這種乏核材料(包括退役的軍用高濃鈾、钚等和研究用乏核燃料)[9]。

資料與注釋

1 Rod Adams, Catching Oklo—a rising star! Atomic Insights，December 14, 2021

2 Bonita Chan, Oklo Announces Historic Acceptance of Combined License Application, BUSINESS WIRE, June 15, 2020

3 Bonita Chan, Oklo Inc. Announces U.S. Department of Energy Site Use Permit for Idaho National Laboratory Site, Business Wire, December 10, 2019

4 Y Combinator：創(chuàng)業(yè)投資加速器，Y Combinator成立于2005年，是美國(guó)著名創(chuàng)業(yè)孵化器，扶持初創(chuàng)企業(yè)并為其提供創(chuàng)業(yè)指南。Y Combinator只關(guān)注于最早期的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的起步階段介入并提供相應(yīng)的幫助。2012年，《福布斯》將YC評(píng)選為最有價(jià)值的孵化器。

5 種子和A輪風(fēng)險(xiǎn)投資：一家剛起步的初創(chuàng)公司獲得資金和其他來(lái)源的途徑可能有限。銀行和其他投資者可能不愿意投資，因?yàn)樗鼪](méi)有歷史或既定的記錄，或任何成功的衡量標(biāo)準(zhǔn)。許多初創(chuàng)公司的高管經(jīng)常向他們認(rèn)識(shí)的人——家人和朋友——尋求初始投資。這種融資被稱為種子資本。接下來(lái)，還可以進(jìn)行A輪、B輪和C輪融資，如果合適的話，還可以進(jìn)行額外的努力來(lái)賺取資本。A、B和C輪融資是企業(yè)的必要組成部分，如果企業(yè)決定自己自力更生，或者僅僅依靠朋友、家人的慷慨和自己的財(cái)力來(lái)生存，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

6 Atomic Insights 20-03 18-Oklo has filed first combined license application (COLA) with the NRC since 2009

7 Zach Winn, Commercializing next-generation nuclear energy technology, MIT News, November 13, 2020

8 Catherine Clifford, Oklo has a plan to make tiny nuclear reactors that run off nuclear waste, CNBC, JUN 28 2021

9 GAIN, Synthesis of Molten Chloride Salt Fast Reactor Fuel Salt from Spent Nuclear Fuel, RFA-17-14592, YEAR AWARDED: 2017