《小型模組化反應爐(SMR)可能不是能源危機的解藥》

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本文內容:
(1) 小型模組化反應爐(SMR)目前遇到的挑戰;
(2) NuScale的發電成本遠高於風光電力;
(3) 核電廠的高貴建造成本需要高容量因素降低發電成本;
(4) 有關SMR的發電成本預測(US$58~$204/MWh);
(5) 可再生電力越便宜越不利核煤電的發展;
(6) 2050年美國核電式微的電力供應情境,核電剩下12%;
(7) 低綠電成本情境下,美國將退役58GW的核電

※本專欄之文章僅供參考之用,並不構成要約、招攬或邀請、誘使、任何不論種類或形式之申述或訂立任何建議及推薦,請讀者運用個人獨立思考能力,自行作出投資決定,如因相關建議招致損失,概與《麥斯產業前瞻分析》及作者無涉。

俄烏戰爭造成的能源危機,讓最近許多人開始論述核能發電將是能源危機的解藥。我想跟讀者說明,這是不正確的想法,因為蓋一座核電廠,需要十多年的時間,緩不濟急。歐洲八國與歐盟已經決定提高2030年波羅的海的離岸風電容量,從原來的2.8GW提高為19.6GW,足足增加16.8GW,增加了6倍的容量。本次峰會參與的國家共有丹麥、瑞典、波蘭、芬蘭、愛沙尼亞、拉脫維亞、立陶宛、德國,將會建造一條長達470公里的海底電力纜,傳送這些離岸風電,波羅的海地區的離岸風電潛力達93GW,未來還有成長的空間。

小型模組化反應爐(Small Modular Reactor, SMR)被許多人視為新一代核能發電技術,並且給予厚望。但很可惜,多數SMR的支持者並未深入了解這個行業的發展,而是人云亦云。SMR目前遇到的挑戰,最主要還是發電成本高昂,無法和風光電力競爭。目前面對的挑戰包括:昂貴的隔夜成本(建造成本)、實際建造時間遠超過宣稱時間、核能安全監管規範定案不易、需要與低成本可再生電力的競爭、需要高使用率/容量因素才會有低成本、未知的除役成本。Shidao Bay Unit 1是中國第一個建造的SMR,本來預估的建造時間是50個月,實際上花了108個月。期刊文獻《Nuclear waste from small modular reactors》中提到,SMR的核廢料體積比傳統核電更大數倍。本文獻比較NuScale iPWR與傳統核電機組gigawatt-scale PWR (3,400 MWth),發現NuScale的設計是160MWth,輸出30MWe,傳統機組設計是3,400MWth,輸出1,000MWe。NuScale產生的高階核廢料(Long-lived LILW)體積為0.055~0.1 m3/MWe,而傳統機組PWR為0.0058 m3/MWe,SMR的核廢料體積約是傳統機組的9~17倍。如果是低階核廢料(Short-lived LILW),SMR是1.2 m3/MWe,10公噸/MWe;PWR機組為0.55 m3/MWe,3.4公噸/MWe。SMR低階核廢料體積是傳統機組的2.2倍,重量是2.9倍。

圖一:小型模組化反應爐(SMR)目前遇到的挑戰

圖一:小型模組化反應爐(SMR)目前遇到的挑戰

The Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA)在今年發表對於SMR的看法《NuScale's Small Modular Reactor-Risks of Rising Costs, Likely Delays, and Increasing Competition Cast Doubt on Long-Running Development Effort》,提供我們更清楚的見解。IEEFA認為NuScale目前的目標成本US$58/MWh(NT$1.74/kWh),到了2030年可能會提高到$69/MWh(NT$2.07/kWh)。這是在假設95%容量因素之下,才有這樣的低成本。IEEFA統計美國93個核反應爐,發現平均容量因素僅有83%,傳說中生命週期的95%容量因素,沒有一個反應爐做得到。93個核反應爐當中,僅有5個生命週期容量因素達到90%。如果取樣已經除役的22個核反應爐,生命週期容量因素平均值是73%,沒有一個反應爐超過84%。

圖二:NuScale的發電成本遠高於風光電力

圖二:NuScale的發電成本遠高於風光電力

NuScale的建造成本號稱可以達到US$2,850/kW的低價,但是我們看到其他SMR的成本卻是$4,167~$7,700/kW,約是NuScale的1.46~2.70倍。可見得同業公司並不買單NuScale的說法,畢竟多數SMR同業做不到如此低價。如果假設NuScale達不到95%的生命週期容量因素,如果是85%容量因素,發電成本為US$64/MWh(NT$1.92/kWh);如果是75%容量因素,發電成本為US$72/MWh(NT$2.31/kWh)。如果我們採用IEEFA對於2030年因為通貨膨脹而上修的成本因子,發電成本將提高19%,分別是NT$2.28/kWh與NT$2.75/kWh。如果NuScale的建造成本與其他同業差不多,貴上46~170%,那麼發電成本會是NT$2.8~7.4/kWh。可見得SMR未必是能源危機的解藥,很可能是毒藥。

圖三:核電廠的高貴建造成本需要高容量因素降低發電成本

圖三:核電廠的高貴建造成本需要高容量因素降低發電成本

知名研究機構Lazard公司統計了SMR的發電成本,多數公司介於$92~135.9/MWh(NT$2.76~4.08/kWh),僅有一家來到$204/MWh(NT$6.12/kWh),NuScale與Pacific算是相對低價US$58~70.84/MWh(NT$1.74~2.13/kWh)。

圖四:有關SMR的發電成本預測(US$58~$204/MWh)

圖四:有關SMR的發電成本預測(US$58~$204/MWh)

美國能源資訊署(US EIA),針對2050年情境分析,認為如果可再生電力的成本非常低廉,核電發電量將會大幅度下降。如圖五中間所示。黃線是太陽光電,綠線是風力發電,綜紅線是核電。我們可以看到往2050發展,風光電力發電量攀升,核電發電量下降。

圖五:可再生電力越便宜越不利核煤電的發展

圖五:可再生電力越便宜越不利核煤電的發展

EIA預估2021年美國核電發電量佔比19%,到了2050年約剩下12%。此時,天然氣發電佔比34%,可再生能源佔比44%,煤電佔比10%。

圖六:2050年美國核電式微的電力供應情境,核電剩下12%

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在綠電低成本的情境之下,美國能源資訊署更大膽預測將會有58GW的核電廠除役。這個比例大概佔目前美國營運中核電容量的6成左右。

圖七:低綠電成本情境下,美國將退役58GW的核電

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許多對於SMR很樂觀的朋友,可能沒有真正去研究過SMR的產業前瞻分析。我的能源電力產業前瞻分析裡,也涵蓋SMR這個項目,常常去追縱產業分析報告與學術期刊。NuScale的建造成本號稱可以達到US$2,850/kW的低價,但是我們看到其他SMR的成本卻是$4,167~$7,700/kW,約是NuScale的1.46~2.70倍。可見得同業公司並不買單NuScale的說法,畢竟多數SMR同業做不到如此低價。如果假設NuScale達不到95%的生命週期容量因素,如果是85%容量因素,發電成本為US$64/MWh(NT$1.92/kWh);如果是75%容量因素,發電成本為US$72/MWh(NT$2.31/kWh)。如果我們採用IEEFA對於2030年因為通貨膨脹而上修的成本因子,發電成本將提高19%,分別是NT$2.28/kWh與NT$2.75/kWh。如果NuScale的建造成本與其他同業差不多,貴上46~170%,那麼發電成本會是NT$2.8~7.4/kWh。可見得SMR未必是能源危機的解藥,很可能是毒藥。

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2022/09/09
最後一段的內容跟前面重複了
Maxwell 陳世芳-avatar-img
發文者
2022/09/09
最後一段是結論,重點摘要一下而已。
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這個專題是用來出版我的前瞻產業分析,目標讀者為企業主、中高階主管、證券投資人,以及關心產業發展與社會創新的朋友們。我的產業分析已經不受產業別限制了,只要是我覺得有價值的資訊,就會在這個專欄出版。具體來說,包括能源、電力、循環經濟、電動車、生物製藥、醫療器材、ESG、半導體、電子、電機、電力、分子免疫、AI。
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