新核能爭霸戰爆發！美、英、加、日大舉重啟核電，競相開發小型反應爐，逐鹿第四代核電寶座！

　　俄羅斯因受歐美制裁而削減供應天然氣，令全球天然氣出現供需失衡，於是本來依賴天然氣的國家重新考慮擁抱核電。新一代核融合技術雖然零污染、零排放，但仍未能走出實驗室。至於既有核分裂技術，現已發展出「第四代核反應爐」，具備低成本、高安全性等優點；如搭配風能、太陽能一起使用，更可組成高度穩定的零碳排電網。因此，第四代核電被視為應對氣候變化與能源危機的新解方，使第四代反應爐開發演變成全球能源技術競賽的新戰場。

核電成太陽能和風能最佳拍檔

　　氣候危機迫在眉睫，碳中和已成全球共識。太陽能和風能肩負實現零碳排的重任，惟卻受制於天氣和日照風吹的時間，有間歇性供電的問題，所以必需搭配另一個可靠的能源來源，能夠快速填補綠能波動所造成的供電空缺，以維持穩定的電力供應。

　　東歐國家斯洛文尼亞的核能學會會長托馬斯．扎加爾（Tomaz Zagar）指出，俄烏戰爭前，該國潔淨能源布局有兩種規劃，一是可再生能源搭配天然氣發電，二是可再生能源搭配核能發電。但戰爭爆發後，全球天然氣供應短缺，使核電搭配方案變得比天然氣更加可靠。國際能源署（IEA）更認為，未來20年內核電規模要擴大接近1倍，才能達到全球淨零排放的目標。

　　2022年7月，歐洲議會通過將核能列為永續性的綠色能源，惟前提是新建的核電廠必需使用最新技術；至於藉著技術改善而延長壽命的既有核電廠，則容許運作到2040年至2045年之間。

各國積極部署第四代核反應爐

　　2022年8月，美國加州議會通過，將原定於2025年退役、州內僅存的一座核電廠「魔鬼谷核電廠」（Diablo Canyon Nuclear Power Plant），延長運作5年。同年9月，德國也決定，把國內最後3座核電廠的其中2座的運作死線，從原本2022年底延後至2023年4月前都維持待命，以免冬季供電不足。

　　大宗商品交易商WMC Energy的主管詹德（Per Jander）表示，加州與德國是世上對核能最負面的地方，現在兩地的核能政策均轉向了，對全球市場帶來很大衝擊。此後，各國開始更積極部署核能設施，因應歐洲議會對核能綠電的要求，大多投入開發最新核電技術——第四代核反應爐。

　　現時全球有440座核能反應堆，大多數屬於第三代核電技術。第一代核反應爐意指1940年代末期至1960年代初期的原型反應堆，當時還未能投入商業營運；第二代是指 1960 年代中期至1990年代中期的首批商用輕水反應堆（Light Water Reactor），利用水作為反應堆的冷卻劑；第三代仍是輕水反應爐，惟使用更可靠的核燃料與反應堆堆芯，以及被動冷卻系統。

SMR小型反應堆成本平完工快

　　一直以來，核電設施以集中式電廠為主，每座反應爐裝置容量動輒 900兆瓦（MW）以上，造價高達150億美元（約1,170億港元），需時至少20年始能完工運作，以致核電廠成本動輒超支。第四代反應爐的設計構想，正是要解決上述問題。

　　在第四代核電技術中，目前以基於核動力潛艇的小型模組化反應堆（Small Modular Reactor，SMR）最被看好。有別於集中式核電廠，每座反應堆的發電量至少900兆瓦（Ｍegawatt，MW）以上，SMR則僅為幾十至幾百兆瓦。

傳統大型核電廠（左）的發電量動輒在700兆瓦以上，小型模組化反應爐（中）通常為300兆瓦左右，微型反應爐（右）則頂多有數十兆瓦。（圖片來源：國際原子能總署官網）

　　SMR的最大優勢在於模組化，反應堆機組能夠分拆成多個組件，可以在工廠大量規模生產，大幅製造成本；然後把組件從工廠運送到工地，直接在現場組裝成小型反應堆，不易發生大型核電廠施工延誤的狀況。

　　英國重工業集團勞斯萊斯（Rolls-Royce）旗下SMR公司評估，小型模組化反應爐的建造成本約為22億至28億英鎊（約208億至265億港元），傳統核電廠成本則為60至90億美元（約468億至702億港元）；SMR建造時間只需5年半左右，比傳統核電廠快2年。

勞斯萊斯每座SMR約可供電470MW，佔地約有10英畝，較傳統核電廠小很多。（圖片來源：勞斯萊斯官網）

SMR體積小可設於地底或海上

　　它的另一優勢是體積較小。例如日本三菱重工的SMR，機組高度為3公尺，寬度為4公尺，重量在40噸以下。如此小巧的反應堆，佔地面積較小，既可設置於不適合大型核電廠的地方，又可在偏遠地區充當整體電網的輔助角色，供電給農村或工業區。

　　由於SMR機組較小，所以可適用於石油探勘、太空探索、軍事佈防等特殊用途，還可以設置於地底或是海上。例如俄羅斯建造的羅蒙諾索夫院士浮動核能發電廠（Akademik Lomonosov），便是全球首座海上浮動核電廠，已於2020年5月投入商業營運，設有2座35兆瓦的小型模組化反應爐。

羅蒙諾索夫院士浮動核能發電廠是一艘無自身動力的巨型海上載具，船身長度為144米、寬度為30米，重量達21,500噸。（圖片來源：維基百科）

　　一般而言，SMR的發電量大概為300MW，僅及傳統核電廠的三分之一，加上其被動冷卻系統純粹靠物理現象運作（如自然循環、自然加壓等），一旦發生緊急事故，可以在無需人員操作或電源要求下自行關閉系統，降低輻射外洩的機會。

　　聯合國國際原子能總署（IAEA）更指出，小型模組化反應爐對核燃料的需求更少。傳統核電廠每一、兩年便要更換燃料棒，SMR則每3至7年始需要一次，有些小型反應爐的設計甚至可以運轉30年都不用補充燃料。

美國SMR初創公司群雄並起

　　目前全球各地正在開發中的商用小型模組化反應堆已逾70款，美國、英國、日本、加拿大都有科技企業投入SMR項目。以美國初創公司NuScale Power為例，2022年8月獲美國核能管理委員會（NRC）通過SMR設計認證申請，有望成為首家在美國建造小型模組化核反應爐的廠商，預計其首座核電廠將於2029年開始供電。

NuScale Power預計於2029年在美國愛達荷州西北部營運首座SMR核電廠，每座反應爐的發電量不到 100兆瓦，將按照當地需求合併多座反應爐進行供電。（圖片來源：NuScale Power官網）

　　NuScale Power的SMR方案名為「VOYGR」，屬於輕水反應堆，每座反應爐高度為20公尺，直徑則為2.7公尺，發電量約77MW。根據該公司估算，在美國國內興建SMR核電廠的成本為每千瓦少於3,000美元（約2.34萬港元），比起大型反應爐的每千瓦5,000美元（約3.9萬港元），幾乎平了一半。

　　由微軟創辦人比爾．蓋茨（Bill Gates）投資的美國初創泰拉能源（TerraPower），研發中的SMR方案喚作「Natrium」，採用鈉冷快中子反應爐技術，用鈾鋯合金作為燃料，以液態金屬鈉充當冷卻劑。鈉的沸點比水高得多，能夠吸收更多熱能，減輕施加於反應爐上的壓力。

　　鈉反應爐不需額外電源來驅動降溫系統，故此不會像福島核電廠般因外部電力被切斷，致使反應爐無法降溫而爆炸。泰拉能源擬斥資40億美元（約312億港元），在美國懷俄明州凱默勒市築建世上首座鈉反應堆核電廠，預計於2030年竣工。

　　另外，韓國SK集團於2022年8月宣布，向泰拉能源投資2.5億美元（約19.5億港元），與蓋茨並列該公司的最大投資者，藉此在韓國本土和東南亞國家推進商用SMR項目。

泰拉能源將會為其SMR小型反應爐加入熔鹽儲能系統，將電容量從345MW提高至500MW。（圖片來源：TerraPower官網）

英加日競相開發小型核反應爐

　　英國將核能定位為「綠色工業革命」的重要支柱，積極推動國內SMR產業發展。英國政府不但要求核監管機構於2022年3月啟動核電審批程序，更在11月向勞斯萊斯提供5.46億美元（約42.59億港元）融資，以建造英國首座小型模組核反應堆，預計發電量為470MW，希望在2030年代落成並併入電網。

　　勞斯萊斯下一步計劃是在英國興建和經營10至15座SMR，預估到2050年有望帶來520億英鎊（約4,890億港元）的經濟效益，出口總額可達2,500億英鎊（約2.35兆港元），以及創造40,000個工作機會。

　　加拿大安大略省電力公司（OPG）於2021年12月宣布，跟日本日立與美國通用電氣的合資公司GE Hitachi Nuclear Energy建立合作夥伴關係。OPG會採用該公司開發的小型模組核反應爐「BWRX-300」，發電量可達到300MW，預計2028年落成第一座反應爐。

日立與通用電氣的合資公司GE Hitachi Nuclear Energy現正開發SMR輕水反應爐「BWRX-300」。（圖片來源：GE Hitachi Nuclear Energy官網）

　　日本三菱重工埋首開發小型輕水反應爐，基本設計已完成80％，每座反應爐的發電量為300MW。該公司擬將SMR核電廠部分設施修建在地底下，以降低地震或其他天災帶來的損害，目標是2030年代中期完工並開始供電。由此看來，各地科企都在努力讓小型模組化反應爐能在2030年左右投入營運。

SMR反應爐仍有核廢料問題

　　然而，SMR始終是核反應堆，依然有核廢料問題。美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）的研究顯示，反應堆產生核廢料的數量，與燃耗效率有關。所謂「燃耗效率」，意指用一定數量燃料能產生多少熱能的比值。

　　ANL研究人員指出，泰拉能源Natrium反應爐的燃耗效率較輕水反應爐為高，產出的核廢料亦較少。NuScale 的VOYGR反應爐在技術上與現存輕水反應爐沒甚麼不同，故此燃耗效率和核廢料數量跟後者相若。

　　勞斯萊斯SMR公司估計，假設一座小型反應爐運轉60年，產生的核廢料足以鋪滿整個網球場，厚度更達1公尺。該公司表示，核廢料初期會暫存在核電廠，之後會轉移至英國政府指定的長期存放位置。

易被好戰份子盜用發展核武器

　　另一個更嚴重的問題，因為SMR體積小巧，所以更容易被恐怖組織或好戰份子盜用，偷運到政治動盪地區，製成核武器。哥倫比亞大學國際公共事務學院教授拉馬納（M. V. Ramana）估計，每座勞斯萊斯小型反應爐的核燃料足以製造10枚核彈。

　　但無可否認的是，在極端天氣與地緣政治的影響下，如今已沒有一種能源是絕對安全的。例如歐洲在2022年遭受極端熱浪與乾旱侵襲，導致水力發電量大幅降低。更不用說，天然氣因俄烏戰爭而減少供應，讓歐洲一度陷入能源危機。

　　由是之故，愈來愈多國家視SMR為永續能源的新選擇。美國能源部預估，未來全球對第四代核電技術的需求，包括人力、設備、以及相關產業鏈等，將會形成1兆美元（約7.8兆港元）的龐大市場規模。

美國能源部委託阿貢國家實驗室，針對SMR核廢料進行研究。（圖片來源：阿貢國家實驗室官網）

 

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