OPEN100發(fā)布了開源設(shè)計(jì)圖紙：投資3億美元 18個月能建一座小核電站？

　　近年來，人們對低碳電力的需求與日俱增，復(fù)興核電的論調(diào)也不時有人提起。但在切爾諾貝利事故和福島核電站事故的陰影下，民眾的恐慌從未消退，核電站的建設(shè)成本也在不斷攀升。

　　金融時報(bào)稱，核能復(fù)興的希望渺茫……不進(jìn)入黑暗時代就已經(jīng)很了不起了。

　　OPEN100希望扛起復(fù)興核能的大旗，它于近日公開了“建造自有核電站的方法”，發(fā)布了開源設(shè)計(jì)圖紙。該項(xiàng)目屬于美國研究機(jī)構(gòu)“能源影響中心”（Energy Impact Center，EIC），EIC希望能在2040年完成脫碳目標(biāo)。

　　EIC是一個華盛頓特區(qū)的非營利組織，由Bret Kugelmass在2017年創(chuàng)立，致力于探索核電及其在深度脫碳中的作用。Bret Kugelmass本人從斯坦福大學(xué)獲得了機(jī)器人學(xué)碩士學(xué)位，早期工作包括為美國國家航空航天局（NASA）設(shè)計(jì)月球車控制系統(tǒng)和為Panasonic設(shè)計(jì)概念車。

　　2012年，Bret Kugelmass創(chuàng)立了一家無人駕駛汽車技術(shù)初創(chuàng)公司Airphrame，于5年后被收購，然后他開始專注于應(yīng)對氣候和能源挑戰(zhàn)。

（來源：OPEN100）

　　只用3億美元、18個月就能建造一個小核電站

　　EIC團(tuán)隊(duì)對核工業(yè)進(jìn)行了一次批判性的調(diào)查，董事總經(jīng)理Bret Kugelmass稱，他的團(tuán)隊(duì)與來自技術(shù)、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、政策等領(lǐng)域的1500多名專家進(jìn)行了面談。

　　他們發(fā)現(xiàn)，核能行業(yè)的現(xiàn)實(shí)與流行的說法相反，他們并不覺得現(xiàn)在的行業(yè)缺乏先進(jìn)的技術(shù)或者受到公眾輿論強(qiáng)烈的約束，而是因?yàn)閿U(kuò)大的規(guī)模和不必要的復(fù)雜性被“成本支配”。

　　因此，他們試圖采用更精簡的流程，專注于標(biāo)準(zhǔn)化和交付速度，以適應(yīng)當(dāng)下的資本、基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈環(huán)境。

　　OPEN100在其官網(wǎng)上發(fā)布了開源的核電站設(shè)計(jì)圖，包括當(dāng)今建筑項(xiàng)目的三要素：工程原理圖、施工計(jì)劃和詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析。設(shè)計(jì)圖將為建造完整的核電站提供指南，從建筑結(jié)構(gòu)到配件罐，從反應(yīng)堆容器到荷馬·辛普森式的控制面板。

圖|核電站主要的工程構(gòu)件（來源：OPEN100）

　　他們的設(shè)計(jì)基于標(biāo)準(zhǔn)壓水堆（PWR），PWR是目前核能行業(yè)的主力，全球有300個基于標(biāo)準(zhǔn)壓水堆的核電站正在運(yùn)行。OPEN 100在沒有改變核技術(shù)本身的情況下，相當(dāng)于建造了一個標(biāo)準(zhǔn)的、完整的“核電站生產(chǎn)鏈”，以此消除建造和運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。

　　核電站的燃料費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于火電站，它貴在建造費(fèi)用。

　　業(yè)內(nèi)人士透露，核電站的建造費(fèi)用比火電站高兩倍左右。以CPR1000項(xiàng)目為例，機(jī)組額定電功率大概為1090MW，建設(shè)成本為120億元人民幣，大概就是1.1萬元/KW。

　　不同型號的核電站建設(shè)周期各有不同，以目前主流二代改進(jìn)型壓水堆核電為例，從設(shè)備安裝、穹頂?shù)跹b、設(shè)備調(diào)試，再到冷試熱試、裝料、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)、商業(yè)運(yùn)行，大約需要60個月的時間。

　　按照OPEN100官網(wǎng)的信息，它每座核電站的建造成本只要3億美元，建造周期18個月，額定電功率100MW，36美元/MWhr。

　　另外，核燃料也是需要注意的成本組成部分。核燃料并非貴在原材料，而在于芯塊低濃縮鈾235。據(jù)了解，一個燃料元件棒的制造價(jià)格比等體積黃金都要貴。

圖|核燃料元件（來源：環(huán)球網(wǎng)）

　　但OPEN100稱，鈾是地球上與錫一樣普遍的元素，其價(jià)格略高于200美元/千克，幾乎可以無限量直接從海洋中提取。按照目前全球能源需求水平，海洋中可提取的鈾大約可以用250億年。即使核燃料的價(jià)格會提升，但總的電價(jià)漲幅也可以忽略不計(jì)，因?yàn)楹巳剂系哪芰棵芏缺葌鹘y(tǒng)燃料高6個數(shù)量級。

　　該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的初衷是想通過數(shù)字控件來簡化操作，用100MW的電離匹配標(biāo)準(zhǔn)電廠設(shè)備。其官網(wǎng)解釋稱，100MW的規(guī)模適合全球90％的能源市場。較小的發(fā)電能力意味著更靈活的選址、使用標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)鏈的能力以及獲得更多種類的資金來源的能力。

　　因?yàn)槿萘枯^小，OPEN100更適合本地供熱。輕水反應(yīng)堆（Light Water Reactor,LWR）在高于300°C的溫度下產(chǎn)生熱量，適用于許多工業(yè)用途，例如制造、造紙、脫鹽和區(qū)域供熱。

　　可以建在城市里？

　　福島核電站事故之前，全球440個核反應(yīng)堆在未來20—25年發(fā)生重大核事故的幾率被估計(jì)為1:100000。而福島核電站事故之后，這一幾率已經(jīng)上升到了1:5000。

　　民眾的擔(dān)憂不無道理。

　　在切爾多貝利事故中，核電站工作人員和搶險(xiǎn)人員在短時間內(nèi)受到了大劑量的輻射，僅僅在事故發(fā)生的12小時內(nèi)，就有132人被送往醫(yī)院。事后，疑似急性輻射損傷的273人中，132人得到了確診，28人死亡。根據(jù)測算，該事故共造成6億人暴露于輻射污染，僅在白俄羅斯，未來數(shù)年中還將有6萬多人因核輻射罹患癌癥。

　　另外，反應(yīng)堆事故也是核工業(yè)面臨的最大的單一金融風(fēng)險(xiǎn)，其影響力遠(yuǎn)超市場、信貸和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。初步估計(jì)福島核電站的損失為2千億美元（約合1.4萬億人民幣）。

　　安全性問題是OPEN100項(xiàng)目備受關(guān)注的問題之一，因?yàn)樗蛟S會把核電站建在城市里。

　　首先可以肯定的是，這種小核電站變成核武器的概率極小。

　　因?yàn)槭禽p水反應(yīng)堆，輕水也就是一般的水，只能使用濃縮鈾，所采用的技術(shù)相對不容易構(gòu)成核擴(kuò)散威脅。在輕水反應(yīng)堆中，钚-240(同位素稀釋)會使得钚-239(武器級)無用，這一特性將動力反應(yīng)堆(輕水、沸水)與生產(chǎn)反應(yīng)堆(RBMK、重水反應(yīng)堆)區(qū)分開來。

　　“OPEN100可視化和模型并不排除選址在人口中心附近。盡管許多國家對核電站的選址都有監(jiān)管限制，但我們要挑戰(zhàn)這種適得其反的限制，展現(xiàn)出一種可能性。”官網(wǎng)寫到。

　　切爾諾貝利事故之后，反應(yīng)堆安全殼受到了關(guān)注。因?yàn)闆]有安全殼設(shè)計(jì)，反應(yīng)堆事故掀翻了反應(yīng)堆廠房的壓力屋頂，炸毀了整座建筑物。而福島核電站原始設(shè)計(jì)沒有安全殼，后續(xù)在廠房內(nèi)部增加了容積非常小的所謂“安全殼”。事故后因?yàn)闆]有足夠空間吸納、處理核事故中產(chǎn)生的氫氣，內(nèi)部發(fā)生氫氣爆炸，并損毀安全殼及廠房建筑。

　　OPEN100不打算建造一個密閉的穹頂，而是計(jì)劃采用非密封的外殼，允許氣體逸出，避免壓力積聚。

　　核能現(xiàn)狀

　　法國看起來無疑是全球核能依賴度最高的國家。法國政府和民眾對核能發(fā)展給予了絕對和堅(jiān)定的支持。但事實(shí)是，法國政府已被迫拋售國有資產(chǎn)來維持深度負(fù)債的核設(shè)施繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　在經(jīng)費(fèi)有限的情況下，歐洲大部分國家都在加大可再生能源、能效產(chǎn)業(yè)、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，核電被一度擱置。

　　比爾·蓋茨一直“深信核能會像疫苗一樣產(chǎn)生革命性影響”，在接受媒體采訪時他提到，政府應(yīng)該把對太陽能和風(fēng)能的補(bǔ)貼轉(zhuǎn)向一些還無法進(jìn)入市場競爭的其他可再生能源領(lǐng)域。他認(rèn)為太陽能和風(fēng)能已經(jīng)可以“獨(dú)當(dāng)一面”。

　　過去一年中，全球核電運(yùn)營能力增長了3.4％，達(dá)到370吉瓦，創(chuàng)歷史新高?？稍偕茉窗l(fā)電能力都在快速增長，但核能在世界總發(fā)電量中所占的比例僅僅保持在10％多一點(diǎn)。

　　報(bào)告顯示，2018年，中國在可再生能源方面的投資為910億美元，但在核能方面的投資僅為65億美元；自2016年以來，中國沒有再開啟新的核反應(yīng)堆建設(shè)項(xiàng)目。在過去十年中，中國已在電網(wǎng)中增加了近40座反應(yīng)堆，但其核發(fā)電量仍比風(fēng)力發(fā)電量低三分之一。

　　雖然仍有一些核電反應(yīng)堆項(xiàng)目正在規(guī)劃之中，但2000年以來新建反應(yīng)堆的數(shù)量已經(jīng)受到控制，并且現(xiàn)有的老舊核電站隨著使用年限增長將逐步淘汰。受此影響，2020年后核能在整個電力結(jié)構(gòu)中的占比應(yīng)該會顯著下降。

　　在此形勢下，OPEN100的前景又會如何？

　　Kugelmass表示：“我們剛剛推出，在過去的兩周內(nèi)，我們收到了大量來自個別工程師、行業(yè)合作伙伴、甚至國際開發(fā)商的邀請。”“更有希望的是，我們已經(jīng)得到了世界各地國家實(shí)驗(yàn)室的關(guān)注，他們渴望在當(dāng)科學(xué)機(jī)構(gòu)幫助私營企業(yè)迅速擴(kuò)大核能的時候，建立美國早期核工業(yè)的先例。”

　　目前尚未看到企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)公開宣布與OPEN100進(jìn)一步合作。不過可以肯定的是，標(biāo)準(zhǔn)化的核電站是朝著抗擊氣候變化的正確方向邁出的重要一步。（文｜DeepTech深科技　張靜）