如果激進地創新使得核能更昂貴，那麼為什麼我們會認為它會使得核能更便宜呢？

【導言】徹底的改變反應堆設計會增加成本，不過標準化的設計和漸進式的創新改進，如增加反應堆的大小，則最終會降低成本。

你可能聽說過一種新型核反應堆，其安全性更高、價格更低廉，那麼是如何實現的呢？

首先，這種反應堆簡單得多，僅需要常規反應堆一半的安全閥門，83%的安全管道和三分之一的泵；

反應堆的組件可在工廠製造，這樣相對於從頭開始在現場建造，現場組裝成本會更低；

它的冷卻和非能動安全性依賴於自然的力量，如重力……而不是依賴於靠電力驅動的機械泵。

這些特點意味著這種反應堆成本非常低。那麼有多低？每個反應堆的成本在14億美元到19億美元間。

那麼，這樣的先進的核反應堆真的存在嗎？答案是Yes。它就是西屋公司的先進壓水堆AP1000。但是，建一座這樣的反應堆將耗費9年的時間而不是最初計劃的4年，花費也不僅是西屋公司曾承諾的14億美元到19億美元，其花費是原來的五到十倍之多。

出了什麼問題呢？「工期延誤主要原因是AP1000的創新性設計」，調查記者St.Louis Dispatch總結道，「以及未曾試驗就開始製造組件和建造反應堆帶來的挑戰」（去年我進行的調查和其他記者的調查得到了相同的結論）。

最後，西屋公司破產，取消了在南卡羅來納州建造兩座AP1000的計劃。目前還不清楚這些反應堆是否會建成。

類似的命運也降臨到了法國的創新型壓水反應堆（EPR）頭上。和西屋公司一樣，它的開發人員承諾該反應堆會具有更高的安全水平、更高的效率、改進的控制室、工廠製造的關鍵組件和更低的成本。與AP1000一樣，EPR最終延期十年之久，花費是預期的三倍。和西屋公司一樣，它的開發商阿海琺也破產了。

核工業對工期延誤和成本超支感到驚訝，但這些完全是可預見的。歷史表明，徹底的改變反應堆設計會增加成本，不過標準化的設計和漸進式的創新改進，如增加反應堆的大小，則會降低成本。「與其他能源技術相反，」兩位法國經濟學家在最嚴格的計量經濟學研究中得出結論：「創新導致建造成本增加。」

現在，一些新的公司正在推廣更激進的設計，他們說這將帶來更徹底的成本降低。那麼將會如何實現呢？

由於「極度簡單」和「越小越簡單」，這將「降低建築成本」，因為它們的「結構簡單」；

通過「工廠建造」，「每個模塊都在工廠中大規模批量化製造」；

通過「更多地依靠自然現象來避免使用反應堆冷卻劑泵等昂貴的部件」以及「通過空氣自然對流冷卻反應堆」則會使其成為一個「非能動安全的核反應堆」。

聽起來熟悉嗎？顯然，使得AP1000和EPR變得更昂貴的東西——創新的新設計和一個未經過試驗的製造方法——從此將使核能變得便宜。

工廠的誕生

在20世紀50年代中期，建造美國第一座民用核電站的任務落到海軍上將Hyman Rickover身上，他已經負責建造了美國的核動力潛艇和航空母艦。在他的新書《能源：人類的歷史》中，Richard Rhodes形容Rickover是一個脾氣不好、很難對付的人。

「Rickover是一位事必躬親的負責人，他會在星期五下午的晚些時候或夜裡從華盛頓出發，最終抵達位於賓夕法尼亞州希平港的反應堆廠址，這種做法使得他的管理者們夜間和周末都在擔心。不是每個人都喜歡這位海軍上將，不過他完成了任務。」

每個主要組件都有所突破。「壓力容器已經接近了當時鋼鐵製造的技術極限」，歷史學家Richard Hewlett和Jack Holl在《為和平與戰爭服務的原子能》一書中中寫道。「同樣，泵、閥門和蒸汽發生器的性能要求將設計工程和製造推向了尚未開發的技術領域。」

「雖然似乎不太可能，但在1957年的春季和夏季Rickover進一步推動了項目的進度。當時已經安裝了數百個閥門和儀器，發現有缺陷後，則會將其拆掉，並返回製造商進行修理或改進。」

「Rickover和他的團隊遇到的許多未曾預料到的障礙，最終他們想出了問題的解決方案。有一天，X射線顯示了一個位於十五英寸管道彎曲處的缺陷。這是一個很難到達的地方。當時我們考慮拆除管道，但這種方法意味著寶貴的時間的耗費和巨額資金的支出。然後我們了解到在喬治亞州的一家公司曾僱傭了微型焊工來從事這樣的工作。聯繫這家公司後，他們給我們派了一位身高三十九英寸高的人，他爬進了管道，對這處缺陷進行了很好的修理。」

Rickover所取得的成就與屬於人類那些最偉大的技術之一，愛迪生創立的第一個商業電網、福特的大規模的汽車製造業。但是Rickover的成就在於不僅僅建造了第一座民用核電站，他還創造了整個核工業。

Hewlett和Holl寫道：「沒有一個私企負責人抱怨說Rickover辱罵和無禮的行為，甚至承認他正在緩慢而痛苦地建立一個全國性的能夠生產符合核能標準的設備供應商和製造者網路。最明顯的是，該工廠在功率水平上的卓越性能遠遠高於原來的設計水平，而且從第一次運行的那天起，幾乎沒出過操作失誤或故障。」

創造一個全新的產業同時也需要創造一個全新的勞動力隊伍。「在接下來的六年里，來自美國和其他十個國家的一百多名工程師和技術人員在希平港對反應堆技術基礎進行了學習。」

當Rickover和他的團隊取得這一非凡成就時，政府和工業界卻很少有人知道當時發生了什麼。「當原子能委員會還在討論政策性問題時，」Hewlett和Holl指出，「Rickover和他的工作人員卻建成了美國核工業未來依靠的商業基礎設施。」

替代設計的倡導者有時會聲稱美國倉促地採用水冷式設計，但Hewlett和Holl的給出的描述卻和這種說法相反。

1957年，美國政府的反應堆顧問委員會的專家們總結到，目前正在設計的反應堆種類太多了。美國政府只對其中的12個項目進行了支持，其中的五個項目涉及創造世界上真實的反應堆。

事實上，該委員會認為，長期耐心、艱苦的發展，而不是戲劇性的技術突破，才是通向核能的最終可能道路。即便如此，唯一的希望似乎是大規模具有經濟性的反應堆。該委員會得出結論，目前正在研究的反應堆種類太多，反應堆研究計劃的「寬度太廣，深度不夠」。

半個世紀的經驗證明反應堆顧問委員會是正確的。標準化設計可使得建築商可獲得他們所需要的更快、更廉價的經驗，「由於創新而引起的建造成本增加卻阻礙了核電的競爭力」，法國經濟學家在2015年指出。

在20世紀50年代，大多數專家都認識到，對於核反應堆這樣複雜的機器，通過標準化積累的建造和操作經驗是降低反應堆成本的關鍵。這就是為什麼蘇聯和歐洲大部分都採用水冷設計，他們利用了「美國快速發展的核技術，並使之成為可能的標準化、經濟的批量生產」。

儘管有這樣的歷史，大眾媒體和政策制定者仍然普遍相信，使核能變得更廉價的，不是更多的經驗，而是更大的創新性。否則，還有什麼能解釋青少年在他們的車庫，以及無論在建造還是操作核電站方面都毫無經驗的著名軟體開發人員提出的反應堆設計帶來的興奮呢？

一個反應堆設計並不是一座發電廠

2008年，紐約人效仿微軟前高管Nathan Myhrvold，打算與比爾蓋茨重新發明核能。「核科學家Edward Teller很早就有這樣的想法，你可以製造一個非常安全、非能動的核反應堆，」Myhrvold解釋說。「沒有移動組件，防核擴散，非常簡單。」

蓋茨和Myhrvold創辦了一家公司TerraPower，其在中國的試驗堆計劃在明年破土動工。「TerraPower的工程師們，」最近一位記者寫道，「到時會發現他們的設計是否真的有效。然而，核能的歷史表明，我們應該有更合理的預期。儘管核反應堆實驗常常會產生有價值的線索，但它幾乎從來沒有揭示通向成功的明確途徑。」

「例如，一些『上世紀50年代的國會議員』認為一個小型的反應堆實驗會告訴工程師他們建設動力反應堆所需要知道的大部分數據。人們普遍認為，從實驗反應堆到中試，再到滿功率動力反應堆，理應如此，也是必需的。」

例如，1951年，美國愛達荷州的一個反應堆正如現在Terrapower設計的那樣使用液態鈉而不是水來冷卻反應堆。「然而該設施只是驗證了科學原理，」Hewlett和Holl指出，「並沒有解決那些異常困難工程性問題。」創新性設計常常解決一個問題，但同時又引起了新的問題。例如，橡樹嶺國家實驗室的一個試驗堆使用熔解在熔鹽中的鈾為燃料，而不是固體燃料。「這種反應堆的獨特優點是它避免了製造燃料元件、慢化劑、控制棒和其他高精度核心組件的昂貴過程，「在許多核科學家和工程師的眼中，這些優點使得均質反應堆成為所有研究中最有希望的類型，但尚未有（反應堆）實驗解決如何處理高放射性和腐蝕性流體的棘手問題。」 Hewlett和Holl指出。

1957年初，在Rickover的核電站併入電網前，國會議員們質疑未來反應堆設計是否更有效時，Rickover暴躁地回應道：「任何你還沒有建造的工廠總是比你建造完的的效率更高，這是顯而易見的。當你只是在談話階段而沒有做任何事情時，它們都是有效的。它們都很有效率，都很便宜。它們都很容易建造，沒有任何問題!」

為什麼這麼多的企業家、記者和政策分析家理解的核能經濟學都是錯誤的呢？

這是因為，在某種程度上，每個人都將核反應堆的設計與世界上真實的核電站混淆了。想想新的核設計的倡導者是如何頻繁地使用將來甚至是現在時態來描述應該使用將來條件時態的反應堆的性質和行為的。

Terrapower反應堆，一個IEEE報告指出，「將能夠使用貧鈾……熱量將被循環流動的液體鈉吸收…Terrapower反應堆保持冷卻」。

這樣假設的「反應堆」實際上並不像世界上其他的反應堆真實的存在，僅僅作為計算機設計而存在，聲稱Terrapower的反應堆「能」做任何事情是騙人的，這個句子合適的動詞應該是「可能」。

另一個問題是，人們將其他行業的心理模型強行加到在核行業上。Hewlett和Holl寫道，「在過去，發現核裂變之前，工程師們將化學實驗室的實驗結果轉化到更高效的工業流程方面取得了顯著的成功。然而，在反應堆技術中，非技術方面的變數的數目要大得多，並且需要大量的創造性和富有想像力的工程來實現從實驗堆到（商用）反應堆的過渡。」

化工過程模型強加到反應堆上是非常不合適的，不過我們還可以考慮一下軟體開發模型多麼的更不合適。軟體企業家可以用很少的錢、設備、社會許可或政府監督，在車庫或宿舍里完成他們的產品開發。相比之下，建造一座核電站需要數十億資金、大規模供應鏈、公眾認可和無可匹敵的監管監督。AP1000的許多問題都是簡單的事情，比如建造地基、澆注水泥和安裝鋼筋，但是它們要符合核管理委員會（NRC）的嚴格標準。

Myhrvold非常自信地證明，「Terrapower的核電站可以使用核廢料為燃料，以更低的成本運行。」為何他對此這麼肯定，答案是他對其進行了模擬。「Lowell和我進行了為期一個月的沒有限制的核物理爭論。他不相信核廢料廢料有用。事實證明是真的。他現在承認了。」Myhrvold咧嘴笑了笑。不過，Rickover曾對這種想法的判斷毫不留情。他寫道：「我認為這種（錯誤）混淆源於未能區分學術和實際。學術反應堆設計者是一個業餘愛好者。他沒有必要承擔任何與項目有關的責任。他可以自由地享受簡潔的思想，其中的實際不足可以最終粗暴的歸結為「單純的技術細節問題」。

設計世界

核能和其他技術的一個不同之處在於（冷戰）50年來，一場資金充足、組織嚴密、影響深遠的核戰爭，使得相當數量的一部分公眾受到驚嚇。而其他的技術都不會有這樣的後果，這當然不是針對軟體（行業）的。

具有諷刺意味的是，核戰爭從未比攻擊像Terrapower設計的那種鈉冷卻反應堆時更猛烈。1982年，一名瑞士反核恐怖分子，後來成為綠黨政治家，向法國的一個鈉冷卻實驗工廠投放了一枚炸彈。為什麼？他擔心如果完成，它會像炸彈一樣爆炸。

核工業的領導者、科學家和工程師們幾十年來一直沒有解決公眾的恐懼問題，而是一再地回到他們的舒適地帶：反應堆設計創新。設計師們說，問題不是創新太激進，而是不夠激進。他們堅持說，如果冷卻劑不同、反應堆體積小、而且建造方法不那麼常規，那麼核電站建造起來就會更容易、更廉價。

不幸的是，歷史記錄很清楚：設計越激進，成本就越高。不僅是對佔主流的水冷設計，同樣也對更創新的設計-特別是鈉冷卻反應堆的設計。

激進的創新幻想依賴於設計本質主義和反應堆簡化論。我們將2-D設計與3-D設計相混淆，我們將3-D設計與實際的建造設計相混淆，我們將建造設計與試驗反應堆相混淆，我們又將反應堆與整個發電廠相混淆。

這些無意識的混淆使我們忽視了許多不可避免的問題有時卻是災難性的「未知數」，問題們只會通過一個真實世界的工廠的建造和運行才會變得明顯、清晰。

一些最大的未知數必須從根本上改變現有的核勞動力、供應鏈和規章制度才可以解決。實際現有的核工業的這種大規模轉變，無論是在字面上還是在實際上都處在可替代設計的框架之外。

一個智者曾經說過：「每個人都有一個計劃，直到他們被打臉為止。」AP1000和EPR的崩潰只是核反應堆設計者們被現實打臉的最新一幕。想想以下現象：「學術反應堆簡單……小…便宜……輕…建得很快…非常靈活和…現在不建…另一方面，現在正在建造的實用反應堆落後於計劃……需要大量改進看似平常的項目……很貴…由於其工程開發問題，需要很長時間才能建成……很大…很重…很複雜。」

AP1000和EPR的狀況會導致核科學家、工程師和行業領導們對未來反應堆的要求更謙虛嗎？也許吧。一個值得懷疑的原因是這樣的技術不端行為已經統治該行業好久了。例如，在2017年的AP1000失敗之後，報紙記者沒有提供上文的SAGE觀察。而這是Rickover上將在1953年提供的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！