2015年8月12日，美國核能研究所（USNEI）和全球核安全伙伴（PGS）宣布為期兩年的聯合行動計劃:全球關聯創(chuàng)意(GNI)，旨在鼓勵國際政策專家共同努力，設法應對氣候變化、核能和全球核安全的挑戰(zhàn)[1]。專家們來自丹麥、法國、日本、瑞典、阿聯酋和美國的非政府、學術和私營部門，有能源、環(huán)境，以及安全方面的工作經驗，將召開一系列會議和研討班，努力尋求維持全球經濟增長，同時滿足能源需求并緩解氣候變化風險的方案。這有顯著的經濟和社會影響，需要全體利益相關者的投入；意味著各項政策必須在國家、地區(qū)和全球層面上加以協調。PGS是總部在美國的無黨派、非營利組織，重點是加強全球核治理、促進實用性政策，確保所有核材料與核設施的安全。

2015年12月9日，GNI發(fā)布階段性報告《核能在限碳世界的作用和責任》[2]；2016年11月3日發(fā)布《先進堆部署架構：政策與問題》[3]；2017年2月16日宣布，將在5月2日發(fā)布《滿足氣候變化核能可靠發(fā)展的新建議》[4]。以下是階段性研討成果的概要。

一． 核能的作用

下一代（又稱"第四代"）核反應堆正處于關鍵技術開發(fā)和未來部署間的"十字路口"。如果能滿足21世紀中葉及以后氣候變化和全球能源的需求，就須加快部署這些新的反應堆。從概念到商業(yè)化轉變，最快需要10-15年期，而且必須伴隨一監(jiān)管體系，確保這種新型反應堆安全、安保和防擴散。

這種新型反應堆，即模塊化輕水小堆和先進的"非輕水堆"，有一系列規(guī)格尺寸，相對今天世界各地占優(yōu)勢的大型輕水堆，有可能成為更容易部署和運行靈活的"選項"。先進堆還有下列特征：有不同的冷卻系統(tǒng)，能提高效率和安全；建設上可降低資本成本；燃料循環(huán)對環(huán)境影響小；可能更防核擴散，更便于實施核保障措施。

此外，下一代反應堆可能在海水淡化上發(fā)揮作用，為需要的國家和地區(qū)提供新的淡水資源。所有這些屬性加上零排放地發(fā)電，在碳排放受限制的今天，使先進堆成為有吸引力的能源。

下一代反應堆除了應對氣候變化的利益之外，也可為2030年普遍獲得負擔得起、可靠和現代化的能源，為滿足聯合國可持續(xù)發(fā)展目標，作出重要貢獻。目前全世界大約12億人(占總人口的17%)沒有可靠的電力供應。實現這一目標又不增加碳排放量，至關重要的是推進全球人類潛能，激勵經濟持續(xù)增長和發(fā)展。

私-公共部門明確表示他們有意提供潛在的下一代反應堆，現在美國有四十多家公司正從事研究，私人資本投入約為13億美元。但是目前，"研究和發(fā)展"比"示范"多，需要澄清廣泛商業(yè)化的道路，給予更多的支持。為達此目的，還有許多部署的障礙需要加以克服。

對于先進的、非輕水堆技術，最緊迫的挑戰(zhàn)是有個高效的監(jiān)管體系，就其在可預測的時間內加以部署的能力，提供確定性。這種堆的建設和運營成本也需與其他能源選項，特別是煤炭、儲能支持的可再生能源和天然氣相比，更具競爭力。這種技術降低成本的能力還有待證實，還需要運行試驗和示范，證明其可行性、安全、保安和防核擴散能力。這種新堆還必須獲得政治和公眾的信任。要達到這些目標，需要下一代核能在開發(fā)、測試、監(jiān)管、部署和管理上有制度和文化方面的改變。

為了及時做出貢獻，以滿足世界面臨的能源和氣候的挑戰(zhàn)，先進堆必須在2025-2030年時段加以部署。這個時間的挑戰(zhàn)很重要，尤其考慮195個國家按照巴黎氣候協議的承諾，限制全球變暖1.5 - 2℃以下。意味著本世紀中葉稍后要建立接近"零"碳排放的能源系統(tǒng)。

在目前能源環(huán)境下，現有的核反應堆群發(fā)電超過全球零排放電力的30%。然而，這種貢獻受到當前全球堆群"年齡"的威脅。例如，美國所有現在運行的反應堆的"壽命"將在2029-2055年間達到60年。這些反應堆，不知有多少能延壽到80年，而其余的終歸要退役。經濟和政治壓力還導致美國、歐洲和日本的公用事業(yè)部門提前退役多個反應堆。

如果現有堆群提供的清潔能源效益大幅下降，假設本世紀中葉可再生或其他零碳能源選項可大大彌補這種下降，有相當大的風險。因為除了取代該堆群產生的無碳排放"效益"之外，還需要這種資源取代剩下的、今天世界上60%的電力來自于化石燃料和所有未來的能源增長。至少未來在這一點上，儲能支持的可再生能源單獨或碳捕俘和封存（CCS）支持的化石燃料以及能源效率相結合，是否可以滿足這些目標，是不確定的。最近美國核電站已經關閉的地方，因主要靠天然氣替補電力，碳排放量在增長。

如果非核的零碳能源和相關技術不能實現碳減排目標，那么，求助于碳排放的電力資源，包括天然氣或沒有CCS支持煤炭，不可避免地意味著不能滿足激進的氣候目標，還有隨之而來的全球性后果。

圖1. 三種情景，電力平均的碳含量演變[5]

二．《全球關聯創(chuàng)意》的十個政策建議

I：滿足"氣候目標"

1. 雖然正在建造或考慮建造大量大型輕水堆，但主要是發(fā)展中國家；對于發(fā)達國家現有發(fā)電堆群"即將到來"的衰退，下一代核反應堆或許是很有希望的技術，也是個經濟解決方案。然而，仍有許多不確定性與這種反應堆相關，需要加以解決，包括經濟、安全、核保障措施和保安方面的考慮。目前，許多先進堆還處在"概念設計"階段，盡管許多概念以前曾以某種形式"驗證"過。如果這些堆想要滿足巴黎協議確定的清潔能源需求，需要加速進入"演示"階段。

2. 作為追求部署的下一代反應堆，必須清晰理解激進的氣候目標施加的"緊迫性"。現有輕水堆群和未來的先進堆都有減排效益。從巴黎協議的觀點看，如果零排放的核能因退役而減少，替代技術不足以補償，導致依賴碳排放更多能源，使碳排放量上升，這種結局是不可接受的。

II：技術驗證

3. 先進堆的國際市場需要做真實性評估，潛在的購買者和運營商需要鑒別所需反應堆的特點、成本以及部署需要的時間表。

4. 為及時部署下一代反應堆，必須在近期內設立研究和開發(fā)測試臺架和驗證平臺。這將幫助有效地解決與反應堆取照、支付能力、風險管理、安全、核保障措施、安保以及廢物管理相關的問題。也將推動最有"前景"的設計，支持持續(xù)創(chuàng)新。進入這個階段需要政治意愿和長期的財政支持。先進堆技術的數量肯定會因演示階段的"收益"而減少，而且會重視減少設計"多樣性"，盡可能跨界協調這些反應堆的取照要求。可能允許"拍賣"機組堆群，方式類似于噴氣班機，避免反應堆具有獨特的品格，或要求每個國家重新設計。

5. 與核時代初期不同，先進堆的原型設計與驗證不大可能完全靠政府財政，但國有經濟體除外。在自由市場經濟體內，先進堆設計通常會更多依賴私人融資。然而，讓私營企業(yè)單獨承擔這種嘗試，可能過于昂貴，也太危險。因此，最好的前進道路是在示范階段公私"合伙"、費用分攤。政府可提供設施、專業(yè)知識以及某些財政支持，展示政治鼓勵；私營部門可致力于技術驗證，評估最有前途的反應堆概念，按照市場需求推進這個過程。

III：加快頒證

6. 如果下一代反應堆技術是滿足國際氣候與能源目標的現實、可部署的選項，美國對這種技術的頒證過程必須是先進的。美國核管會（NRC）應該參與一個"分階段"過程的技術創(chuàng)新，并在設計開發(fā)和驗證中提供有意義和有用的監(jiān)管事宜反饋。這將鼓勵私人繼續(xù)投資，允許"篩選"出最有前途和成熟的技術。

7. 為了開發(fā)先進堆的國際頒證標準，同等重要的是利用國際監(jiān)管論壇，如經濟合作與發(fā)展組織(OECD)核能機構(NEA)的跨國設計與評估程序(MDEP)。追求協調一致和高質量的國際監(jiān)管制度，能創(chuàng)造更大的國際信任，使這種先進堆型共同努力解決安全、核安保和保障措施保護方面的憂慮。

IV：增強安全和安保

8. 高水準的核安全、核保障措施和安保應該納入最初的反應堆設計。應相對現實和有挑戰(zhàn)性的場景，嚴格測試這些設施，進一步加強這些系統(tǒng)。

9. 任何先進堆的燃料循環(huán)應減少核擴散的可能性。國際社會尤其應反對先進堆的燃料循環(huán)，旨在為將來增殖過多的堆用钚。也應反對囤積分離钚，反對用鈾-235燃料的濃縮度超過20%。現在國際上過多的分離钚，對某些國家?guī)缀醭闪?災害"，值得其他國家警惕。

10. 開發(fā)"下一代"反應堆概念的同時，國際社會應承認并通過增強國際法律框架，努力解決全球核安保機制存在的"重大差距"。

三．美國先進堆的進展

1.美國政府剛"換屆"

美國能源部今年一月重新發(fā)布《先進堆開發(fā)與部署的愿景與戰(zhàn)略》[6]。與去年5月27日悄悄發(fā)布的草案[7]比較，內容沒有實質性的變化。只是說，"越來越對先進堆感興趣，而且有充分的理由。先進的非輕水堆，作為現有核技術、新的大型反應堆和新的模塊式小堆的組成部分，能提供可靠、安全、清潔的能源。隨著老電廠退役以及經濟擴展創(chuàng)造的額外能源需求，將來需要許多核能發(fā)電選項"。能源部"支持開發(fā)和部署先進堆，作為未來核能發(fā)電的有生命力的資源"。

先進堆開發(fā)與部署的"大事年表"如下：能源部發(fā)動多方面的努力，支持2030年代初至少兩個商業(yè)先進堆概念的設計并頒發(fā)許可。最新的計劃目標是，2017年完成先進堆的總體設計準則。NRC希望提早參與潛在申請者的任何與頒證相關的政策問題，以便提交申請前有個及時的解決方案。在這個時期，與燃料、材料和部件相關、針對退役技術風險的研究和開發(fā)將繼續(xù)。DOE期望通過"加速核創(chuàng)新網關"（GAIN）創(chuàng)意，加強國家的核創(chuàng)新基礎設施，改善核工業(yè)利用DOE設施的能力和專業(yè)知識。"探討"的反應堆定于2018年"上線"。此外，DOE"費用分攤"地支持兩個先進堆概念進一步發(fā)展，2015年啟動，預計將持續(xù)到2020年。與此同時，DOE的試驗/示范堆研究，2016年已完成，為支持未來反應堆商業(yè)化提供更多的選項，如果需要的話，期望一個潛在的新的試驗或演示堆將于2020年代末投入運行。

能源部意識到，"為滿足我們的減排目標和避免氣候變化的最壞影響，需要大幅減少電力行業(yè)的排放。從煤炭轉向天然氣減少了美國的碳排放量，但并不足以達到設想的CO 2大幅度削減。減排80%可能需要整個電力行業(yè)脫碳"…"底線是，實現全球碳排放減少所需速度和規(guī)模，避免氣候變化，核能必須發(fā)揮應有的作用。" [8]

但剛剛上臺的特朗普政府，雖然在政策上支持發(fā)展核電，但在氣候變化上，有許多理由使人擔心…

2.對"核技術創(chuàng)新"的期盼

對于美國未來的能源基礎設施，繼續(xù)創(chuàng)新"至關重要"。25-30年內，建立在輕水堆基礎上的美國電網將包括一系列新的設計，能提供廣泛組合的關鍵能力，滿足未來的能源需求。這些設計是科學家和企業(yè)家?guī)资陙聿粩鄤?chuàng)新的產物。他們認為，新一代核能技術可滿足未來能源變化的需求。

目前，現有輕水堆、模塊式小型輕水堆和先進的非輕水堆三組核技術進展明顯，但形勢并不樂觀[9]。無論從美國，還是其他發(fā)達國家看，大量續(xù)建新的、大型輕水堆的前景"渺茫"。主要原因是開發(fā)商（西屋和阿海琺）背離開發(fā)"第三代"輕水堆的"初衷"（提高安全性，降低成本），脫離成功運行的"二代"核電的技術和設施供應鏈，迎合某些不真實和虛狂的要求（60年壽期和安全殼抗撞擊），致使所有在建的"三代"核電基建成本和工程量大增，施工進度嚴重拖期…

美國核能研究所（實質上是個"行業(yè)協會"）認為，美國即將"進入模塊式小堆（SMR） 的新時代"，預計2020年前后開始部署。但實際上，目前只有NuScale能源公司剛剛向NRC提交設計認證申請。如果一切順利，第一個商業(yè)化的模塊式小堆（SMR）核電機組將于2026年開始運行。這是個直徑2.9m、高17.4m、堆芯模塊重達600噸的壓水堆機組，單機裝機容量只有30MWe，靠它取代常規(guī)燃煤電廠，顯得太"單薄"了……

圖2. 美國NuScale能源公司設計的模塊式小堆核電廠

3.先進堆開發(fā)現狀

據說美國有40多個公司和研究機構，私募投資多達13億美元，正在開發(fā)先進堆設計，包括熔鹽堆（MSR）、液態(tài)金屬冷卻堆和高溫氣冷堆[10]。DOE去年一月宣布，提供8千萬美元"費用分攤"的支持，幫助反應堆技術開發(fā)商X-能源（X-energy）和泰拉能源（TerraPower）公司與國家實驗室、大學以及其他公司合作，開發(fā)球床式高溫氣冷堆（HTGR）和氯化物熔鹽快堆（MCFR）設計。其實，X-能源的HTGR與我國山東榮成高溫氣冷堆示范項目（HTR-PM）基本相同，但裝機功率只有35MWe，建成發(fā)電的計劃時間晚十多年。泰拉能源最早開發(fā)行波堆（鈉冷快堆），最近增加MCFR，除下圖外，至今還沒發(fā)布最起碼的信息。

圖3.美國南方核電公司與泰拉能源公司開發(fā)的氯化物熔鹽快堆

但是，民間非常"推崇"熔鹽堆。1月24日，加拿大陸地能源公司（TEI）的美國子公司宣布，它已通知NRC，想在2019年提交其400MWt 的一體化熔鹽堆（IMSR）取照申請，今年開始與NRC做取照前的"互動"。這個公司正在審評首個商用機組的四個潛在場址，2017年底選定一個在愛達荷國家實驗室，三個在密西西比河東部。陸地能源還在尋求12億美元的聯邦貸款保證[9]。

其實，IMSR實質上就是上個世紀中期美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）熔鹽堆實驗裝置（MSRE）的翻版，美國熟悉MSR發(fā)展過程的核科學家和工程師早就認為，這是個建立在成熟技術和材料基礎的設計，可立即建設，成功沒有懸念。唯一不能確定的是："如果必須每10年就要更換關鍵部件，那就不會比煤碳更便宜" [11]。說這話的是美國轉變核能（TAP）公司首席執(zhí)行官、美國麻省理工學院博士后萊利斯·德萬(Leslie Dewan)。她開發(fā)的熔鹽堆也源自ORNL的MSRE，只是氟鹽和慢化劑有改進，也得到了美國能源部的資助，通過GAIN與ORNL合作得到的報告確認，利用現成的5%的濃縮鈾"可運行幾十年" [12]。

但是，熔鹽堆設計還有某些挑戰(zhàn)，主要是材料和腐蝕問題。美國與國際上主流核科學家多傾向證實的鈉冷快堆技術，如通用-日立公司（GEH）開發(fā)的311MWe創(chuàng)新動力堆小模塊（PRISM）。世界核新聞（WNN）去年11月1日報道，GEH和南方核能運營公司（Southern Nuclear）宣布，兩公司正就快堆、包括PRISM鈉冷快堆開展合作[13]。雙方簽署諒解備忘錄，同意在將來美國能源部先進堆取照規(guī)劃中共同工作，但還沒有看到官方的任何正式"反響"。

4. 先進堆監(jiān)管體制

全世界都承認，美國開發(fā)先進堆歷史"悠久"，經驗教訓豐富；美國核管會的監(jiān)管體系是"黃金標準"。這次由民間組織出面組織"全球關聯創(chuàng)意"(GNI)活動，有深意，強調核能是"全球關聯"的，競爭的國家對有效核管控的重要性有不同觀點，需要更多贊賞NRC積極參與全球核能源市場的正面影響和重要性。供應商和接納國家之間的合作關系，通過反應堆建造、運營和退役，可以延續(xù)一個世紀。這會影響廣泛的、至關重要的外交政策、經濟問題和各種目標。要用先進技術，支持美國這個充滿活力的科技部門，提高它在全球的領導地位，加強國際安全和穩(wěn)定[14]。

但是，一個高層的總體規(guī)劃尤其要包含政府機構的總體目標和可接受的程序。美國NRC在去年12月正式發(fā)布《NRC愿景與戰(zhàn)略：安全實現非輕水堆有效和高效使命的準備》[15]，表示"能依據現有的框架，給一個非輕水堆頒發(fā)許可。"

5. 先進堆"應急準備"

NRC認為，在源項、裂變產物或預計的場外劑量方面沒有場址特征或設計特征信息的情況下，可以制定應急準備構架，NRC的技術人員將嚴格審評申請者特定的提議"確保申請者提供的場外劑量后果信息與要求的應急計劃區(qū)（EPZ）大小相稱。"

NRC認為，應當承認小堆和先進堆有"增強安全的特征"。"技術中性、劑量為基礎和后果導向的應急準備方法，包括EPZ的距離可變，適用于小堆和先進堆"…這意味著EPZ的距離可小到與電廠場區(qū)邊界一樣。如果計算的場區(qū)邊界處劑量不超過防護行動導則（PAG）1雷姆，就不需要聯邦應急管理署預先計劃的放射性應急準備大綱 [16,17]。這正是全世界核能界開發(fā)第四代核能系統(tǒng)"安全可靠性"追求的"技術目標"。嚴格地講，還需要"場外放射性應急準備大綱"的先進堆，不能稱之為"第四代"核能系統(tǒng)，也不能解除普通的社會公眾對核能的"憂慮"。由此也可以理解，某些先進堆的設計為何最初容量那么小了。

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參考資料：

1. WNN，Initiative calls for clearer path to advanced reactor deployment，09 November 2016

2. GNI，The Role and Responsibility of Nuclear Power in a Carbon Constrained World，December 2015

3.GNI，A Framework for Advanced Nuclear Reactor Deployment: Policy and Issues，September 2016

4.GNI，Release Date Announced，16 February 2017

5.World Bank Research Digest，Pathways toward Zero-Carbon Electricity，VOLUME 10 NUMBER 1 FALL 2015，p.4-5

6.DOE，VISION and STRATEGY for the Development and Deployment of Advanced Reactors，DOE/NE-0147，January, 2017

7.DOE，Vision and Strategy for the Development and Deployment of Advanced Reactors，Unpublished Draft，Version 21，27 May 20168. Sal Golub，Vision and Strategy for the Development and Deployment of Advanced Reactors（slide），June 17, 2016

9.USNEI，Nuclear Technology Innovations-A Look Forward，Jan. 26, 2017

10. Gary T. Mays，Status of Advanced Reactor Development and Deployment (slide)，February 23, 2016

11. PBS，Demand for clean energy inspires new generation to innovate nuclear power，January 4, 2017

12. ORNL/TM-2016/742，Two-Dimensional Neutronic and Fuel Cycle Analysis of the Transatomic Power Molten Salt Reactor， January 15, 2017

13.WNN，GEH and Southern team up on Prism，01 November 2016

14. George Flanagan & Robert Bari，Nexus of Safeguards,Security and Safety for Advanced Reactors (Slide)，February 23, 2016

15，USNRC，NRC Vision and Strategy Safely Achieving Effective and Efficient Non-Light Water Reactor Mission Readiness，ML16356A670，December 2016

16. USNEI，NRC Recommends New Emergency Preparedness Rules for Small Reactors，June 18, 2015

17.USNRC，OPTIONS FOR EMERGENCY PREPAREDNESS FOR SMALL MODULAR REACTORS AND OTHER NEW TECHNOLOGIES，SECY-15-0077，May 29, 2015