新一代核电技术会如何改变我们的城市？丨G5洞察
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核电领域在近期取得了一个“微小”的突破，美国联邦政府在本月批准了一项小型核电站的建设项目，占地面积仅有26万平方米——大致相当于一个小型城市公园。
这代表了核电技术的前沿发展方向，小型模块化反应堆（SMRs，small modular reactors）区别于传统大型反应堆，有望以“社区电厂”的形式服务周边城市居民、企业，也可以替代通常以柴油为燃料的发电机，灵活服务农村社区或偏远地区企业。
尽管核电因为安全问题被越来越多人谨慎看待，但在能源转型的当下，核电技术值得被持续关注。在核聚变成为现实之前，全球范围内依然有核电项目持续落地，目的是以更清洁的方式保证电力网络的稳定。
本文要探讨的是小型化核电站的当前进展，以及从城市、社区的视角出发，核电技术的迭代能为我们的城市发展带来什么？
来源：STEPHANIE ARNETT/MITTR | ENVATO
小型核电站的里程碑
十多年来，小型模块化反应堆被业界视为核能技术发展的重要方向，优势在于建造速度更快，运行起来也会更加安全。
美国联邦政府近期批准了总部位于美国俄勒冈州的核能公司NuScale的小型模块化反应堆设计，消除了该公司在美国建造反应堆之前的最后监管障碍，这也是美国监管机构首次批准小型模块化反应堆项目。
NuScale所推出的小型模块化反应堆发电过程与今天核电站所使用的原理类似，反应堆在一个重压环境下将原子进行分裂，释放热量让水变成蒸汽，驱动涡轮发电。而小型模块化反应堆最大的区别是其反应堆的更小。
该项目只需约26万平方米土地，相当于约35个标准足球场的大小，而传统大型核电项目需要的面积通常为这个数字的50倍。在这个体积面积下，装机容量将达到几百兆瓦，仅相当于一个平均规模的燃煤发电厂，为数十万户家庭提供电力供应。
值得一提的是，美国监管机构对该项目的安全距离要求与现有核电站维持一致，即需要与公众保持10英里以上距离。
但以这个项目为代表，微小核电站的进展带来了更多城市能源的可能性，比如替代原有的大型核电站，以分布式的形式在多个城市乃至乡村建造更多小型反应堆，提供区域性的电力供应，不仅避免了电力长距离传输过程中的损耗，也能更加灵活应对当地电网的需求。
当然，一个显而易见的问题随之而来，在几十年的核电历史上，人类社会对核电的担忧都是普遍存在的，比起火灾海啸，看不见摸不着的核危害让全球居民谨慎看待核电项目，尤其是看到著名的切尔诺贝利核泄漏、福岛核事故里，政府的挽救能力之堪忧，让更多居民在核电项目上投出否定一票。
但这首先是个技术、工程问题。核电技术的发展，从来都是以提升安全性为首要目标，其中就包括了小型模块化反应堆，这也是为什么我们会关注一个远在美国西海岸的小型核电站。
更安全、更小的核电站
必须承认的是，核电在碳排放上的效果相当亮眼，尤其是发电过程中几乎零排放的表现，在追求低碳的时代里成为最重要的优势之一。
联合国数据显示，能源供应是全球温室气体的最大排放源，约占总排放量的35%。麦肯锡通过测算认为，要达成1.5摄氏度控温目标，全球电力行业需要在2050年前减少99%以上的碳排放，这意味着电力行业几乎要达到“净零排放”。
也正是在这一背景下，持续关注前沿科技的《麻省理工科技评论》将核能新浪潮(New Wave Nuclear Power)评为2019年“十大突破性技术”之一，并评价称：新型核反应堆发展势头强劲，核能的使用将会变得更安全，成本也更低。其中，核聚变技术是最理想但也最遥远的技术；在核裂变发电方面，新一代核电技术（即第四代核电技术）以及小型模块化反应堆成为最重要的技术突破方向，且都在如今的发电市场上有所表现。
图：核能新浪潮丨来源：麻省理工科技评论
首先是新一代核电技术。世界核电技术的发展可以划分四代，根据国家能源局资料介绍，第一代核电技术兴起于20世纪50-60年代，验证了核能发电的技术可行性；20世纪70-90年代开始，在第一代基础上发展的第二代核电技术被多个国家成功落地应用，全球400余台现役核电机组中，绝大多数仍然来自第二代核反应堆。但第二代核反应堆也存在一定安全缺陷，切尔诺贝利核电站、福岛核电站都采用第二代核反应堆。
在吸取了运行经验和事故教训后，第三代反应堆诞生于20世纪90年代后期，虽然在技术上没有实现飞跃，但完善了安全性能。目前我国在建和规划中的核电站，多数采用第三代核电技术。
如今全球核电技术正在从第三代向第四代发展，目的是要大幅减少核废料、更充分利用铀资源、降低核电站建造和运营成本，以及更好控制核扩散。
另一个广受关注的技术方向就是NuScale代表的小型模块化反应堆，在同样提高安全性的基础上，建造更小更具经济性的小型核电站，这对核电技术的变革同样不容小觑，相比传统大型核电站，小型模块化反应堆具备独特优势：
1、更经济
在一个动辄几十亿美元的传统核电项目里，核反应堆在成本中并不占主导地位，相比之下，在一片空地上从零开始建造一个大型的混凝土建筑群成为成本大头。因此传统反应堆作为大型的工程项目，设计-建造-运行-盈利周期长达数十年。
小型模块化反应堆不是大型的项目，可以在工厂内建造，然后运到现场进行组装，不仅省去大量建造成本，也很大程度上缓解了碳排放问题，因为大型核电项目在发电环节极为环保，但在全生命周期来看，前期的建造环节产生的碳排放难以忽视。
2、更安全
以冷却环节为例，新一代核电项目多采用液态钠作为冷却剂，液态钠的沸点较高，相比传统的水冷，钠能比水吸收更多的热量，从技术上避免了水汽在反应堆内造成高压。
3、更灵活
小型模块化反应堆的另一个优势是工厂的配置可以满足不同客户的需求。偏远的社区可以订购少量反应堆，而大城市可以有多个反应堆的电厂，为数百万人供电。
图：可以通过卡车运输的反应堆丨来源：NuScale
这是一个全球范围内的共识，中国核反应堆及核电工程专家、中国工程院院士叶奇蓁就曾撰文指出，小型模块化反应堆可以满足更广泛用户和灵活的发电需求，在长距离输电到不了的边远地区或孤立电网，小型模块化反应堆可以发挥作用。
他认为，小型模块化反应堆并不是目前第三代反应堆的缩小版，而是在固有安全特性上有进一步的表现，同时具备模块化设计、工厂集成、整体运输、整体安装灵活性优势。未来小型模块化反应堆将会往“即插即用”的方向发展，让单个核电工程在短短的2-3年内完成，它们可以成为满足市场需求、从而为能源转型作出贡献的最佳选择。
分布式的特点也同样契合了智慧能源的发展方向。除了小型模块化反应堆，如太阳能电池板、风力涡轮机和天然气发电机等更小型的分布式发电方式能够灵活响应电网的需求，提高或降低发电量，从而提高电网效率和电力可靠性。结合虚拟电厂等智能技术，提升社会能源网络的智能化程度，最终支撑起一个更智慧、环保的社区和生态。
智慧的能源、建筑、社区
能源和交通一样，作为支撑一个社区、城市的基础条件，支撑着数以百万计的人在城市里生活，当我们说到城市在变得更加智能的时候，智能、链接、能源才是背后的关键要素，或者更直白一点：更智能的能源结构是智慧城市的基础。
来源：G5创新投资
构建城市智慧化能源网络，将灵活解决城市能源电力就地平衡的瓶颈，同时提高清洁能源在供给侧和消费侧的使用比重，在持续优化能源结构的过程中持续实现能源消费基本无碳化，一并推动智慧城市的发展。
在这个行业背景下，长期致力于推动智慧绿色建筑、智慧城市的G5创新投资也在持续关注能源议题，在实际建设中呼应着可持续、智能的理念。当我们把视野放得更加多元，关注到能源、交通到城市的各个细分领域，我们看到智慧能源的发展将为城市变革带来更多可能性，而智能、智慧的未来城市也持续提供更大的市场机遇，这个过程中G5将持续连接更多人与行业，共塑可持续未来。
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