一、小型模組化核能反應爐的發展機會與挑戰
小型模組化核能反應爐(small modular reactor, SMR)由於具有易於組裝、選址彈性高、便於移動、可擴充規模、前期成本較低等優點，特別適合小電網、偏遠地區、船舶或海洋工廠、開發中國家等限制條件下的應用。因此在快速且深度去碳的國際目標以及發展AI的能源需求雙重驅動下，成為核能的新選項，國際間已開發出68個不同發展階段的相關機組。根據國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)的預測，到2050年核能發電量將是目前的2.5倍，其中25%將來自SMR。部署SMR可以單模組或多模組，其模組化的設計得以批次量產並縮短施工與安裝的時間，因此得以舒緩核能部署的資金壓力，同時可分階段替換掉老舊的化石燃料發電機組，且可與其他綠能合併應用。

即使SMR具備上述許多優點，在技術開發及營運上仍面臨一些瓶頸，例如控制室人員的配置、多模組工廠的人因設計、既存的規範及標準適用性、新穎零件的製造方法、燃料供應和燃料循環後端的解決方案等。加上法規監管仍存有不少疑慮、整體的經濟競爭力仍未獲得驗證，普及應用仍有待商榷。因此本文從潛在發展軌跡及完整生命週期來探討全球佈署的可行性。

二、SMR的技術類型、燃料循環及核廢料處理
在已知的68個設計中，只有22項為水冷，其餘皆非水冷式。包括：
1.陸基型水冷式(Land-based Water-Cooled) SMR：採用輕水反應爐（Light Water Reactor, LWR）或重水反應爐（Heavy Water Reactor, HWR）技術，屬於成熟且廣泛應用的核能技術。

目前約有14種設計，包含阿根廷正在建造的CAREM-25採用整合式壓水反應爐(pressurized water reactor, PWR)設計 ，預計於2028年併入電網、中國於2021年建造的125MW先進壓水反應爐ACP100(玲龍一號)將於2026年進入商業營運；近期佈署的還有俄羅斯、美國、英國、法國的機種。

此類型使用濃度低於5%的鈾燃料，換料週期為18個月至24個月，每次更換50%的燃料棒組，可提高燃料經濟效益。由於與大型水冷式設計類似，因此能沿用其供應鏈、法規管理及放射性廢棄物管理，可減少作業複雜程度。

其用過的燃料棒處理方式，包含先進乾式儲存（Dry Storage），如美國的MPC-37多用途容器；或在除役期間系統化減少劑量、減少容器脆化以及鋼材活化等整合性壓水反應爐設計，皆可支持此類機種的發展。

2.海上型水冷(Marine-based Water-Cooled) SMR：安裝於駁船的浮動式動力裝置，可供靈活佈署。目前約有6種設計，包含2座自2020年便在俄羅斯海上浮動核電廠運作，其餘佈署國家包括中國、韓國、美國。

此類型使用高濃度(~20%)鈾燃料，換料週期為30個月至120個月，可保障換料不便的偏遠地區長期運作。使用後的燃料棒則運回反應爐建造國進行處理。


3.高溫氣冷式(High Temperature Gas Cooled) SMR：可提供超過750℃的高溫熱能，以支持高性能發電、工業應用或汽電共生等應用。反應爐設計包含球床或稜柱形設計，燃料採用安全性較高的球形燃料(Tristructural-isotropic, TRISO)，由三層等向性材料(如燃料碳和陶瓷材料)包覆高濃縮的碳氧化鈾（uranium oxycarbide, UCO）或二氧化鈾（uranium dioxide），可防止放射性核分裂產物釋放，具有安全、高熱效率的永續特性。

亮點包括中國的高溫氣冷球床反應爐模組 (high-temperature reactor–pebble-bed module, HTR-PM)，於2022年全功率運作。另有2座氣冷SMR也分別在日本及中國運作超過20年。高溫氣冷球床核反應爐

中國球床模組的換料週期25個月至60個月或進行不停爐的連續裝卸燃料(online-refueling)，美國的EM2則可以在不換料情況下運作30年。此類型每單位能量所釋出的高放射廢棄物較少，可以利用再加工處理、分離、直接處置等先進包裝方式來處理核廢料，但已吸附放射物石墨的處理方案仍待解決。

4.液態金屬冷卻快中子式(Liquid-metal, fast-neutron) SMR：採用快中子反應爐，並以液態金屬作為冷卻劑如鈉、純鉛和鉛鉍合金等。目前約有10種設計，包括俄羅斯正在建造的鉛冷快中子反應爐，以及正在開發的法國鉛冷快中子反應爐Newcleo和美國鈉冷快中子反應爐Oklo。

此類型使用較高濃度(14%至20%)的鈾燃料，可以選擇開放或封閉式燃料循環模式，燃料循環時間最長可達30年。使用後的核廢料可以利用焚燒鈽(plutonium)和次錒系元素(minor actinides)，降低深地質處置(Deep Geologic Repository, DGR)時高放射物質產生的毒性。


5.熔鹽式(Molten salt) SMR：採用熔鹽做為燃料和冷卻劑的技術，具有較高的安全性、低壓單相冷卻系統、高效、填補燃料較彈性等特性。目前約有11種設計，加拿大、丹麥、法國、英國、荷蘭、美國正處於設計階段，美國另有一座已在建造中。
此類型使用熔融狀態的燃料，得以避開燃料外殼破損的風險，並可在運作中填補燃料，燃料循環週期可長達150個月。使用後的核廢料可透過分離錒系元素，將其作為燃料再次利用，並縮短深地質處置的儲存時間。

6.微型反應爐(Microreactors)：發電量約30MW的微型反應爐，採用輕水、氦氣、熔鹽及液態金屬等不同冷卻劑，適用於微電網、偏遠地區、災難復原、關鍵服務修復等應用場域，有幾項設計已在加拿大及美國獲准部署。

三、市場趨勢與新進使用者
SMR可以分階段投資及施工，提供產能擴張的彈性，逐步汰換老舊發電機組。對企業而言，能降低核能投資的風險，增加投資誘因；對國家而言能建立當地核能產業與供應鏈的機會，從而促進國家經濟發展，然而整體的經濟評估仍待驗證。

與其他發電技術一樣，SMR可以使用發電均化成本(levelized cost of electricity, LCOE)指標加以評估。LCOE代表建造及營運一座電廠，在生命週期內每小時產出每兆瓦電力的成本。雖然SMR初次建造成本較高，但可以減少施工的時間與成本，且隨後擴充規模後成本逐漸下降。經英國的研究顯示，假設每年生產10台5GW的SMR，則LCOE可與大型核電廠相當。

即便如此，SMR還是須要政策支援融資，例如公共融資、企業融資、專案風險融資，以及綠色債券、轉型債券等永續金融機制，或是跨國計畫的出口信貸機構(ECAs)、多邊開發銀行(MDBs)的貸款和貸款擔保。其他諸如購電協議(PPA)、差價合約(CfD)和受監管資產基礎(RAB)模型等獲利模式，來保障SMR營運商的收入。加拿大的SMR計畫預計將對GDP產生170億加幣的正面效益，政府在65年內將增加54億加幣的收入。越來越多國家對SMR佈署感到興趣，如迦納、愛沙尼亞等。

隨著資料中心、AI、加密貨幣等耗電技術的發展，大型科技公司也積極尋求低碳、永續的電力，這些企業可望成為SMR的終端用戶，為SME帶來無限商機。除此之外，非電力事業如金屬精煉、化學合成、水泥和鋼鐵及重型運輸等能源密集產業，也亟欲去碳達成淨零目標，可根據不同的產業需求來設計SMR模組。應用包括：
1.汽電共生：可同時發電與產熱，讓工廠在電力與熱力間靈活切換調度，因此可讓工廠效率提升80%，美國陶氏化學亦投入佈署。
2.區域供暖：提供80℃至150℃熱水或蒸氣，能供應10-15公里範圍的管道加熱用。
3.海水淡化：可取代目前已採用的大型反應爐，來減少碳排放。
4.工業用熱：鋼鐵廠或化學肥料廠是高耗能產業，且熱傳輸成本至關重要，SMR可鄰近佈署，兼顧能效與去碳雙重目的。
5.氫氣生產：SMR可佈署在鄰近用戶的位址，提高產氫的效率。低溫電解製程僅須電力，而高溫電解則還須要熱能，兩者所須的SMR類型各異。

總結，輕水反應爐由於在較低溫下運作，適合區域供暖、海水淡化、低溫電解的氫氣製程；較高溫的反應爐如液態金屬、熔鹽和氣冷反應爐，適合需要強熱的如煉油、煉鋼、合成燃料生產和高溫電解的氫氣製程。