小堆的时代要来了吗?

来源:核共体执行机构发布时间: 2021年12月28日

什么是小堆

根据IAEA定义,小型模块化反应堆(SMR)指电功率不大于300 MWe的反应堆。小型模块堆能够生产大量低碳电力,其关键点是:

小型——体积仅为常规核动力堆的若干分之一。

模块化——系统和组件可在工厂组装,然后以机组形式运输到安装地点。

反应堆——利用核裂变产生热量,从而生产能源。

SMR优势

SMR 的许多优点与其设计的性质(小型和模块化)存在内在的联系。鉴于其占地面积较小,SMR 可以建造或安装在不适合大型核电站的位置。SMR 的关键部件可以预先制造,然后在运输到现场安装。SMR 可节省成本和建设时间,并且可以逐步部署以满足不断增长的能源需求。

在缺乏足够的输电线路和电网容量的地区,SMR 可以安装到现有电网或远程离网的地方,提供适当的电力输出,为工业和人口提供低碳电力。

与现有反应堆相比,SMR设计更简单,通常具有固有安全特和/或采用非能动安全系统。这意味着在事故情况下,不需要人为干预或外部力量即可保证安全。在某些情况下,这消除或显著降低了在发生事故时向环境和公众释放放射性的可能性。

SMR 降低了燃料需求。与传统发电厂1到2年换料周期相比,SMR可能需要较少的换料频率,每 3 到 7 年一次。一些 SMR 设计可在不加料的情况下运行长达 30 年。

SMR现状

2021年7月13日,中核集团多用途模块化小型堆(ACP100)科技示范工程在海南昌江核电现场正式开工,成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆,标志着我国在模块化压水小型堆技术上走在了世界前列。ACP100又称玲龙一号,装机容量125MWe,是中核集团自主研发并具有自主知识产权的多功能模块化小型压水堆,具有小型化、模块化、一体化、非能动的特点,其安全性高,建造周期短,部署灵活,可作为清洁分布式能源,供电的同时还可满足海水淡化、区域供暖/冷、工业供热等多种用途。

9月12日,国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆(HTR-PM)核电站示范工程1号反应堆首次达到临界状态;12月20日,1号反应堆完成发电机初始负荷运行试验,首次并网成功。HTR-PM装机容量210 MWe,是我国具有完全自主知识产权、世界首座具有第四代先进核能系统特征的球床模块式高温气冷堆。高温气冷堆固有安全性好、发电效率高、环境适应性强、用途广泛,在核能发电、热电冷联产及高温工艺热等领域商业化应用前景广阔。

世界上主要核电国家都在积极参与SMR 技术开发和实践。世界各地针对不同的输出和不同的应用正在开发70多种商业SMR,例如电力、混合能源系统、供暖、海水淡化和工业应用的蒸汽。俄罗斯的Akademik Lomonosov 是世界上第一座浮式核电站,配备两台35 MW(e) 的SMR,于 2020 年5 月开始运行。27MW的阿根廷CAREM(150-300MW商业设计原型堆)也处于建设的后期阶段,即将临界。加拿大安大略电力公司(OPG)12月已确定通用电气-日立核能公司(GEH)BWRX-300模块化小堆作为达灵顿核电厂的新建反应堆,有望在2028年建成。法国总统马克龙10月宣布2030年在法国建成创新型小规模核反应堆。美国NuScale已完成其小型反应堆设计认证,正在进行多个厂址的前期工作。英国Rolls-Royce宣布其小型模块堆的GDA申请已经提交,该公司希望“明年1月与监管机构达成一致”。波兰、比利时、捷克、罗马利亚、韩国、哈萨克斯坦等国的小堆均正处于建造或许可证审批阶段。

小堆的时代要来了吗?随着福岛核事故之后全球各国加强了核安全管理,提高了对核电机组安全水平的要求,各国只批准建设安全水平更高的新一代机组,而新一代大型压水堆机组普遍出现建设延期、资金严重超支等问题,尤其是OKILUOTO-3、FLAMANVILLE-3、VOGTLE-3等机组的超长拖期重创了欧美资本市场对大型核电机组的建设热情。随着近些年小堆技术的进步,其安全性高、投资规模小、建设周期短、占地规模小等特点受到行业的青睐。尤其是在美国、加拿大、英国、法国等欧美国家积极投资和研发小堆,小堆已然成为下一代核电技术主流。在目前全球碳减排和保障能源安全的大历史背景下,小堆获得了难得的历史机遇,但如何实现规模化发展、如何实现电价成本具有和其他电力能源一样的竞争性,还需要一定的时间来发展、验证。我们不妨拭目以待。

(部分数据和内容来源于IAEA)


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