数字孪生 | 碳中和与SMR的未来-apriso软件

WHY – 为什么做

如今全球各国已承认气候变化是“对人类最具系统性的威胁（The Most Systemic Threat to Humankind）”，中国于是宣布大国承诺：2030“碳达峰”、2060“碳中和”。

在随后轰轰烈烈“运动式”可再生能源抢装潮的同一时刻，我国自2020年入冬以来广东、广西、湖南等多个大省却发生了“拉闸限电”，工厂停工、居民用电受限（至截稿日“电荒”愈演愈烈，范围扩散至东三省、山东、江苏等），2021年又发生了煤炭消耗逆势大涨的魔幻场景（至截稿日电煤价格刷新历史新高、且供应极度紧缺）。

某些可再生能源在优势宣传和资本加持下迅猛扩张，同时也掩盖了其背后的风险和不足，如涡流噪音残害鸟类、报废材料处理（填埋或焚烧不可降解的玻璃钢叶片、含致癌物碲化镉的薄膜）、占地空间巨量、波动性和间歇性、电网改造成本、以及最避重就轻的：大规模储能技术的局限。离开储能的某些可再生能源就成了“随机型发电”，只能依靠“祭风伯”和“挂晴天娃娃”，但算上储能的话成本也就没什么优势了。

自1859年（清朝咸丰年间）人类发明铅酸电池，从90Wh/L提高到如今最先进的锂电池260Wh/L，150多年间其能量密度也就翻了2倍，并没有如芯片界摩尔定律般的革命性提升。当今的储能很适合消费端和通勤载具（长距离出行尚且不易），却很难“魔法般”地替代大电网。同时电池自身有着上游原材料稀有金属价格波动的风险、矿场开采的生态威胁、运行与续航时间太短、以及下游分布在大地上不计其数的待回收电池的重金属泄露风险（国家极谨慎对待梯次利用储能的主要原因）。

中国作为拥有近14亿人口的工业大国，其基荷能源的形态一定是稳定、高效、低碳、且可控的，能源供应绝不会随意受到天气、气候、乃至昼夜的影响。随着逐年扩大的超级城市群（大湾区、长三角、成渝等）和大型工业区，基于“底线思维”也不宜完全押注尚在探索、前景不明的储能技术上。最后，某些可再生能源会占用巨量的土地和空间资源，届时我们奋斗多年的“绿水青山”、“椰林树影”将会被密密麻麻的工业视觉污染所侵占。

数据来源：DECC-英国能源及气候变化部（BEIS-英国商业、能源及产业战略部）

WHAT – 做什么

SMR，即Small Modular Reactor – 小型模块化反应堆，单机容量通常小于300MW，其优势体现在初期投资少、选址更容易、工厂标准化预制和运输、模块化可拓展性（Scalability）、可并行批量建设、可热电联产、安全性提升、以及成本更低。

在碳中和的大背景下，虽然世界各国都在高呼发展可再生能源，但同时却“身体诚实”地平行大规模投资SMR。美国（NuScale）、俄罗斯（BREST）、阿根廷（CAREM）、韩国（SMART）、英国、加拿大、以及中国（玲珑一号）都已决定在未来五到十年间建设SMR新堆型。

图片来源：IAEA – ARIS国际先进堆型报告2020

尤其经历了德州大停电后，美国能源部（DOE）出资39亿美元给先进反应堆示范计划（ARDP）、以及14亿美元给纽斯凯尔电力公司（NuScale Power）分摊其SMR的建设成本，并会逐年增资。

比尔盖茨创立的泰拉能源（TerraPower）联合沃伦巴菲特的太平洋电力公司（PacifiCorp）将共同斥资10亿美元，在怀俄明州建造熔盐热储能型钠冷快中子小型堆（Natrium）。这两位“先知级”的科技巨头和投资大佬并没有选择如火如荼的可再生能源，而选择“偏冷门”又不那么受“热钱”青睐的核能，相信别有深意。

图片来源：Reuters路透社

核能作为典型的零排放清洁能源，材料消耗少、容量因子高，在未来必将填补化石发电退役所造成的电力空缺，成为我国电力安全的“压舱石”。然而在国际上由于目前上世纪六、七十年代第二代核电设计理念的不完善，在如今运行超过半寿期的时间点上状况频出。尤其是日本福岛核事故之后，全球都在通过技术升级来提高核电的安全系数，而安全系数每提高一点，核电的总成本就会随之增加。