核能成為淨零排放的大熱之選？

為了推動無碳能源發展，美國公用事業公司紛紛興建小型模組化反應爐（Small Modular Reactors, SMR）

人工智能技術進步，推動科技行業的能源需求上升，加快全天候清潔能源發展，包括可再生能源及核能

SMR能夠提供可調度的無碳能源供應，而且獲得兩黨支持，但前提是該項技術需要成功發展、統一標準及擴大規模，才能創造成本效益

過去十年，電力行業一直是減碳轉型的焦點，領先交通行業、工業及農業。我們估計，透過採用可再生能源和淘汰舊式的化石燃料發電機組，公用事業公司能夠實踐約80%的淨零排放¹路徑。至於最終的約20%，則依賴企業以無碳發電方式代替燃氣發電。美國公用事業公司現正研究小型模組化反應爐（SMR）能否有效取代燃氣發電，他們已將該項技術納入長遠規劃，並完成選址工作，甚至有個別公司簽訂了SMR項目的徵求建議書。於本文中，我們將討論何謂SMR、該項技術的優點和缺點、發展中的項目，以及科技行業如何支持SMR發展和減低風險。

根據世界核能協會（World Nuclear Association）的定義，SMR是指「發電量通常低於300MWe²的核能反應爐，其採用模組化技術設計，並在工廠內預製組件，以實現大量生產的經濟效益及加快建設速度」。

目前運作中的最新式核能反應爐為輕水反應爐，其利用高壓狀態下的水作為冷卻媒介³。另外，在先進的核能發電設計中，發電廠也會使用其他冷卻方式，例如熔鹽、液態金屬及氣體冷卻法。

資料來源：美國核能辦公室（截至2023年2月5日）。

燃氣發電技術能夠提供可調度⁴的能源供應，並與具有間歇性質的可再生能源互相配合，為可再生能源發展創造良好環境。燃氣發電的使用量增加，同時可再生能源日益普及，有助逐漸淘汰燃煤發電。以每單位發電量計算，天然氣發電的二氧化碳排放量只有煤炭發電的約一半⁵，可見燃氣發電技術能夠減低電力行業的碳密度。不過，為了實現淨零排放，我們仍是需要發掘更低碳的發電方式，以取代天然氣發電。雖然電池技術有助我們實現目標，但其作用有限，而SMR正好能夠解決此項問題。

根據美國大型受規管公用事業公司Duke Energy的長遠發電組合預測，SMR將於2030年代開始扮演重要角色，並在2050年前逐步取代天然氣。

Duke Energy的發電組合預測

資料來源：Duke Energy（截至2022年10月4日）。

SMR較可再生能源擁有更多優勢，包括：

1. SMR能夠全天候提供可調度的無碳能源。
2. SMR的興建工程於工廠內進行，中央化生產流程可以減低該項技術的擴展成本。
3. SMR的發電量不足300MWe，加上採用中央化生產流程，有助縮短建設時間及加快啟用速度。
4. SMR可以設置於老舊的燃煤發電廠內，並使用現有的水源及輸電網，為可再生能源應用消除一大障礙。
5. 在美國的能源政策上，發展核能是少數獲得兩黨支持的方案，不會受到選舉週期的變化所影響。

SMR面對的主要問題，是該項技術至今發展不足。截至目前為止，尚未有SMR發電項目投入使用。此外，除非技術進一步發展，否則我們難以為眾多類型的SMR訂立一致的標準及降低成本。我們必須統一標準、擴大規模及不斷學習，才能縮減成本。另外，實現淨零排放需要巨大的發電量，因此我們也要考慮妥善儲存及處置放射性廢料的問題。

現時，北美洲共有兩個發展中的SMR項目：

1. 達靈頓（Darlington）新核能項目—加拿大安大略省與Ontario Power Generation（OPG）已展開GE Hitachi Nuclear Energy（GEH）BWRX-200 SMR的規劃及應用許可申請工作，預計將於2029年前啟用四個機組，發電量達到1,200兆瓦。

該項目已經展開模組預製和預先組裝工作，並完成了生產設施的地盤平整工程，地盤覆蓋範圍的回填工程也快將完工。OPG已向加拿大核能安全委員會（Canadian Nuclear Safety Commission, CNSC）申請建設許可。委員會將召開兩節公眾聽證會，首個聽證會已於2024年10月2日舉行，而第二個聽證會則定於2025年1月舉行。

達靈頓新核能項目地盤

資料來源：安大略省Ontario Power Generation，2024年夏。

2. 懷俄明州凱默勒（Kemmerer, Wyoming） —比爾蓋茨（Bill Gates）於2008年創立的TerraPower，夥拍巴菲特旗下綜合企業集團巴郡（Berkshire Hathaway）所擁有的公用事業公司PacifiCorp，與美國能源部的先進反應爐示範計劃合作，於凱默勒一座廢棄煤炭發電廠附近興建他們的首個SMR。

今年，美國核能管理委員會（US Nuclear Regulatory Commission, NRC）接納了TerraPower的建築許可申請，意味著委員會將開始審查該份申請，以批准公司進行核能反應爐建設工程。於2024年6月，TerraPower開始初步建設工作，預期整個項目將於2030年啟用。

比爾蓋茨出席TerraPower於懷俄明州凱默勒的SMR動土儀式

資料來源：懷俄明州公共媒體（截至2024年6月10日）。

下列三個SMR項目已經完成選址：

1. Duke Energy選擇於北卡羅萊納州的貝柳斯溪（Belews Creek, North Carolina）興建首個SMR，該處現有一個大型的雙機組燃煤發電廠，而Duke打算於2035年前在此興建600兆瓦的SMR。美國核能管理委員會現正與Duke Energy商討早期選址許可的申請準備事宜。該會將與公司討論詳情，並在申請初期提供牌照申領指引及識別潛在問題。
2. Dominion Energy選擇於維珍尼亞州北安娜（North Anna, Virginia）興建首個SMR。該公司已向頂尖核能技術公司發出徵求建議書，以評估於北安娜發展SMR的可行性。該項消息是在當地公佈，維珍尼亞州州長揚金（Glenn Youngkin）、其他地方及州政府的領袖亦有出席活動。
3. 田納西河谷管理局（Tennessee Valley Authority）選擇於田納西州克林奇河（Clinch River, Tennessee）興建SMR。於2019年，他們取得了反應爐的早期選址許可，並正與OPG合作，以進行發電廠的設計、牌照申領、建設及營運工作。

首源投資參觀Dominion Energy的北安娜SMR設施

資料來源：首源投資（截至2024年9月6日）。

同樣值得留意的是，TerraPower與美國另一大型公用事業公司Southern Company已完成首個熔融氯化物快速反應爐的安裝效能測試，該項測試於華盛頓州埃弗里特（Everett, Washington）的TerraPower實驗室內進行。

大型企業（包括微軟、Google、亞馬遜及Meta）積極訂立可再生能源及核能購電協議，藉此確保旗下的數據中心取得全天候的無碳能源供應。美國電力研究院（US Electric Power Research Institute）估計，到了2030年，數據中心將佔美國整體用電量約10%。

近日，微軟與Constellation Energy訂立長達20年的大型核能購電協議，以重啟賓夕凡尼亞州的三哩島（Three Mile Island, Pennsylvania）核電廠。在該項協議下，估計電價為每兆瓦時110美元至115美元，遠高於PJM⁶的遠期電力價格每兆瓦時⁷約60美元，而有關溢價是由於Constellation Energy將會全天候提供可調度的電力供應所致。當SMR大規模運行時，估計均化能源成本為每兆瓦時61美元至122美元，即高於可再生能源發電成本，但低於大規模核能發電成本。

LCOE範圍概覽（美元／兆瓦時）

資料來源：Lazard的LCOE數據、首源投資（截至2024年9月30日）。
LCOE=均化電力成本

另一個例子是Amazon的AWS附屬公司買入了賓夕凡尼亞州一間950兆瓦的數據中心，該項設施的電力來自公用事業公司Talen Energy所經營的核電廠。

從上述例子中，我們可以看到大型科技企業正在促進SMR發展。不過，可以訂立商用合約的大型核電廠數目有限，因此我們並不預期出現大量該類合約。

我們相信，SMR現正成為市場焦點。於2024年5月，Duke Energy與亞馬遜、Google、微軟及鋼鐵製造商Nucor簽訂諒解備忘錄，內容涉及一系列供應可再生能源及核能的新合約。於2024年10月中，Google向Kairos Power訂購了六至七套SMR，總發電量達到500兆瓦。他們估計，首個商用反應爐將於2030年啟用，其他反應爐則於2035年前開始運作。這些交易再次印證了科技行業對電力的急切需求，並反映科技公司能夠加快發電設施的啟用過程。

雖然Duke Energy本身也是一間大型企業⁸，但上述各間科技公司的市值是其十倍以上，他們的規模極為巨大，有助加快SMR的應用。這些科技公司直接取得項目擁有權，或簽訂購電協議，可以幫助公用事業公司降低項目風險。儘管公用事業公司也會發展可再生能源，惟他們的發展速度過慢，無法滿足科技行業的龐大需求。

GE Hitachi的BWRX-300反應爐

資料來源：energyfacts.eu（截至2020年2月6日）。

全球正在邁向淨零排放，SMR能夠全天候提供可調度的無碳能源，並大舉取代天然氣及推動可再生能源發展。

最近12個月，美國公用事業公司的SMR發展進度超越過去12年，Duke Energy及Dominion Energy均完成了相關設施的選址工作。

大型科技公司的新數據中心迫切需要大量能源，他們訂立購電協議或直接買入發電廠股權，可以減低SMR項目的風險。這些公司具備財務實力，而且對電力需求殷切，足以加快SMR技術發展。

由於SMR是少數獲得美國兩黨支持的能源政策，無論未來四年是由共和黨或民主黨執政，科技企業推動SMR發展的趨勢都有望延續。

綜合上述因素，全面的減碳轉型顯然需要我們結合高度互補和擁有不同特點的技術。SMR能夠提供穩定的可調度電力供應，再配合可再生能源，有望取代天然氣發電，支持實現淨零排放目標。