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IMI Critical Engineering 的 Wayne Prokop 和 Mark Leonard 討論了小型模塊化反應堆如何在全球采用可持續能源政策的努力中發揮至關重要的作用。

國際能源市場波動明顯。過去幾年的全球事件凸顯了這一點。首先，疫情造成的破壞以及隨后經濟的迅速復蘇;其次，俄羅斯入侵烏克蘭的持久影響。

對該國巨大天然氣儲量的制裁繼續影響著當今的能源價格。歐洲各國不得不調整其供應線，以提高國家的整體恢復能力，許多以前被封存的燃煤電廠已恢復運行以用于應急電力目的。

雖然讓這些之前關閉的工廠重新上線以滿足寒冷月份的高峰需求是可行的，但它引發了爭論，這是可以理解的。2考慮到正在進行的脫碳工作，一些人質疑其他技術是否更適合提供應急電力。

小型模塊化反應堆(SMR)作為一種潛在的可持續能源解決方案越來越受歡迎。然而，與包括燃煤電廠在內的傳統資產相比，該技術的推出仍處于起步階段。鑒于此，以及加強整個歐洲能源安全的迫切需要，需要采取更經過深思熟慮的方法來大規模采用中小型反應堆并逐步淘汰基于化石燃料的電力供應。

將現有燃煤電廠改造為小型模塊化反應堆

一些人認為煤炭正在卷土重來是可以理解的，但總體趨勢表明情況并非如此，可持續能源舉措正在向前推進。

2023 年第一季度，煤炭在美國國內發電中的份額降至歷史最低水平3，與新風能和太陽能項目的“總”成本相比，現有電廠的供應和維護成本更高。

這些顯然不是煤電??復興的跡象。盡管如此，在將煤炭完全從國家能源結構中剔除時仍需謹慎，特別是許多國家仍在使用煤炭來抵消電力市場的波動。

即使正在開發更具成本效益的能源存儲解決方案，可持續能源解決方案仍然面臨間歇性問題。因此，可以合理地假設在不久的將來煤炭仍將出現在一些國家的電網中。

煤炭作為管理短期高峰的一種昂貴但必要的手段，意味著必須關注支持煤炭的基礎設施。其作為應急措施的使用取決于小型模塊化反應堆是否能夠響應實時需求變化，但這并不是它們傳統設計的目的。快速同步管理不當可能會導致超出電網容量緊張之外的問題。

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此類問題在燃氣聯合循環發電廠 (CCPP) 中已經很明顯。逐步引入更多可再生能源帶來的間歇性擔憂，導致當前的 CCPP 更頻繁地循環，根據電網需求變化提供不同的電力來填補電力缺口。由于設計用于連續運行的設施被迫停止和重新啟動，負載在 50% 到 100% 之間波動，運營壓力現在變得越來越明顯。

在這種類型的操作過程中，閥門退化和壓力邊界裂紋等問題變得越來越頻繁。在將水注入蒸汽流以控制溫度的區域以及渦輪機旁路系統和級間溫度調節器中尤其如此。

然而，與占整個工廠支出較大的組件(例如蒸汽輪機)相比，這些領域很容易被忽視。然而，如果不加以考慮，這些較小的組件可能會嚴重影響工廠保持功能和在需要時快速響應的能力，從而妨礙 CCPP 作為應急解決方案的有效性。

取得成功的繼承

精心設計的維護策略的影響不僅僅限于應急，它們對于燃煤電廠的繼任計劃也至關重要，特別是對于小型模塊化反應堆而言。

正如國際能源署指出的那樣，通過利用這些反應堆改造舊化石燃料發電廠，當地客戶可以獲得充足的電力，而無需對現有基礎設施進行重大改造。這是由 200Mwe 和 400Mwe 之間的類似輸出提供的，允許 SMR 有效地“插入”舊電網連接。

與大型核設施相關的巨大成本和時間尺度相比，這種更小、更易于實施的技術的吸引力是顯而易見的。

除了方便之外，這種重新利用的過程還提供了后勤方面的好處。也就是說，尋找充足水源、建立公路和鐵路連接以及尋找附近熟練勞動力的問題已經得到解決，并且無需購買額外的土地。

盡管該技術在全面商業化方面取得了巨大進步，但中小型反應堆仍處于發展的初級階段。目前，18 個國家的 70 項臨時設計正在協商中，標準化和最佳實踐仍在制定中。

因此，與專門從事核技術的供應商合作將是證明 SMR 技術的實際優點并超越概念階段的關鍵。

小型模塊化反應堆的采用已經開始。例如，羅爾斯·羅伊斯公司最近獲得了政府資助，用于建造一組 470 兆瓦的反應堆，該反應堆將于 2030 年代初期建成并運行。7雖然這還需要大約十年的時間，但擁有行業專業知識的組織正在加速采用，IMI 關鍵工程協助關鍵組件的設計和應用。

盡管該組織的主蒸汽安全閥、緊急堆芯冷卻系統過濾器和主蒸汽隔離閥在工廠的整體設計中可能是相對較小的功能，但它們對于確保 SMR 安全和最佳運行至關重要。

還必須指出的是，漫長的監管審批流程是該行業的一個事實。即使對于處于領先地位并尋求創新的企業來說，標準化、經過明確驗證的技術仍然具有吸引力。

同樣，如果電力行業要推進其雄心勃勃的脫碳計劃，對熟悉的解決方案的需求只會變得更加迫切。更不用說一些人對核能發電技術的迅速采用可能會感到的猶豫。在這種情況下，采用已被證明有效的閥門和組件對于緩解非常合理的擔憂至關重要。

關鍵服務知識和化石燃料淘汰計劃密切相關。為了確保燃煤電廠納入脫碳工作，使用現有的基礎設施將是關鍵，特別是成本仍然是核電采用的最大障礙之一。

這種湊合著用的情緒也可以延伸到中小型反應堆的發展，作為從煤炭轉型的一種手段。由于核電行業傳統上一直面臨新建筑施工延誤和成本不斷上升的問題(部分原因是過度設計)，因此調整現有基礎設施可能具有獨特的吸引力。9

單獨來看，閥門組件無法解決我們緊迫的和未來的能源問題。然而，它們在能源轉型的短期、中期和長期中發揮的重要作用意味著它們不容忽視。