李海鈺 毛啟文

中電投電力工程有限公司

國際小堆的發(fā)展政策與開發(fā)現(xiàn)狀

李海鈺 毛啟文

中電投電力工程有限公司

小型模塊化壓水堆逐漸成為核能發(fā)展的新熱點。本文對國際典型小堆發(fā)展政策與開發(fā)現(xiàn)狀進行了追蹤分析，以期能為小堆更好發(fā)展提供一些參考。

小堆；模塊化；發(fā)展政策；開發(fā)現(xiàn)狀

引言：

近年來，隨著公眾環(huán)保意識的增強，火電發(fā)展受到進一步約束。但新能源發(fā)電的規(guī)模及能源密度仍受到很多專家的質(zhì)疑，核能仍是不可忽視的一個未來供能途徑。小型堆以其布置靈活、用途廣泛、投資較低等特點越來越多的進入人們的視野，并逐步成為核能發(fā)展的一個新熱點。下面我們對國際小堆的發(fā)展政策及開發(fā)現(xiàn)狀進行一下簡單的追蹤分析。

1、國際小堆的發(fā)展形勢

國際原子能機構(gòu)(IAEA)將機組發(fā)電功率小于300MWe的核反應(yīng)堆機組定義為小型核反應(yīng)堆(簡稱小堆)。IAEA認為小堆在安全性、經(jīng)濟性、核不擴散能力以及應(yīng)用性等方面，具有較大優(yōu)勢。因此IAEA鼓勵世界各國發(fā)展和利用安全、可靠、經(jīng)濟上可行的中小型反應(yīng)堆并樂觀地認為，面對國際上對核能的需求趨向多樣化，小堆在設(shè)計上的革新和理念上的先進將為小堆在全球能源市場打開一片廣闊天地。

2、美國小堆的發(fā)展政策及開發(fā)現(xiàn)狀

美國政府承諾核電在未來能源中仍將占有一定的地位。其能源部計劃總共投資4.5億美元，用于資助其國內(nèi)的兩個進小堆開發(fā)并計劃申請設(shè)計許可證的公司。美國由于科研機構(gòu)較多，核能技術(shù)發(fā)展也呈現(xiàn)多樣化的趨勢。

GmP： Generation mPower LLC(簡稱“GmP公司”)正在進行一種小型模塊化堆的開發(fā)，電功率180MWe，命名為mPower小堆。該公司也是美國第一個獲得美國能源部專項資金資助的小堆公司。該公司已完成了這種堆型的概念設(shè)計。

NuScale[4]：NuScale Power， LLC開發(fā)的小型反應(yīng)堆也命名為NuScale，單模塊電功率45MWe的堆型，全面采用非能動的換能設(shè)計理念，堆芯應(yīng)急冷卻無需外部用水，全廠無需設(shè)置應(yīng)急電源或柴油發(fā)電機。

WestingHouse(西屋)：美國西屋公司一種W-SMR小堆的設(shè)計，電功率225MWe，在傳統(tǒng)成熟的堆芯設(shè)計基礎(chǔ)上引入了一體化理念，其堆內(nèi)上升傘管及上升直管依靠自然循環(huán)和強制循環(huán)共同作用促進冷卻劑的流動。正常運行情況下反應(yīng)性控制無需調(diào)硼。

3、俄羅斯小堆的發(fā)展政策及開發(fā)現(xiàn)狀

俄羅斯總理梅德韋杰夫表示核技術(shù)已經(jīng)與生活中的方方面面聯(lián)系在一起：“經(jīng)濟、電力工業(yè)、太空探索、航空航天、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、復(fù)合材料與信息產(chǎn)品”，成為俄羅斯的主導(dǎo)技術(shù)之一。2012年7月18日，俄羅斯國家原子能公司簽訂了一份諒解備忘錄，決定由兩家企業(yè)聯(lián)合成立一個工作組，通過該工作組專門研究雙方在核電領(lǐng)域的合作。

OKBM公司主要針對一體化船用堆，已經(jīng)成功研發(fā)了40MWe電功率的KLT-40s反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆是一個浮動式輕水堆。AKME是俄羅斯國家原子能公司旗下技術(shù)公司，其推出了一種快中子反應(yīng)堆SVBR-100，電功率100MWe，采用鉛-鉍合金作為冷卻劑，蒸氣發(fā)生器在堆芯全部處于鉛-鉍池內(nèi)，具有固有安全性。堆芯換料周期為7-8年。

4、韓國小堆發(fā)展政策及開發(fā)現(xiàn)狀

雖然韓國核電工業(yè)起步較晚，但是發(fā)展勢頭迅猛。“大力推進核電出口”是韓國前總統(tǒng)李明博執(zhí)政期間的政府目標之一。韓國目前有23臺核電機組運行，占總發(fā)電量的40%，有20多家企業(yè)參與核電開發(fā)。樸槿惠就職后，繼續(xù)推動核電發(fā)展，計劃在未來在國內(nèi)新建11座反應(yīng)堆。韓國原子能研究院(KAERI)研發(fā)的100MWe電功率SMART堆型，已經(jīng)于2012年7月獲得韓國核安全與安保委員會頒發(fā)的設(shè)計許可。該反應(yīng)堆熱功率達到330Mwt，主要用于海水淡化。換料周期3年。韓國目前正計劃在印度尼西亞建設(shè)一座SMART反應(yīng)堆。

5、日本核電政策以及小堆政策

日本在福島核電站事故之后，國內(nèi)民眾反核強烈，使得日本近幾年在核電建設(shè)方面沒有進展，日本原子能規(guī)制委員會近日公布針對日本國內(nèi)核電站的安全目標，計劃將核電站出現(xiàn)大量放射物泄露的特大核事故的發(fā)生幾率控制在“百萬年一遇”的水平。日本原子能研究所(JAERI)未停止在核電領(lǐng)域的研究開發(fā)，JAERI正在開發(fā)MRX堆，這是一種一體化壓水堆，擁有30MWe電功率。并將探索發(fā)展微小堆(VSR)。JAERI在已有高溫試驗堆(HTTR)的基礎(chǔ)上，還在開發(fā)300MWe電功率的高溫氣冷堆GTHTR，它使用改進的HTTR燃料元件，由四個模塊組成。

6、法國總體核電政策、小堆政策

法國正處于“能源過渡”重要時期，其總體能源趨勢為在不否定以核能為中心的前提下，逐步減少核能比例，同時加強新能源開發(fā)。法國原子能委員會在2009年更名為原子能與替代能源委員會，這標志這法國核電政策的轉(zhuǎn)變。法國國有船舶制造企業(yè)(DCNS)于2011年1月20日公布了Flexblue小堆概念。EDF和阿?，m將與DCNS三家企業(yè)和法國原子能委員會啟動了下一階段設(shè)計工作。阿海琺為Flexblue概念提供300MWe左右的適用設(shè)計。

7、阿根廷總體核電政策、小堆政策

阿根廷政府為國內(nèi)核反應(yīng)堆堆提供3.5億美元的政府資助，用于延長阿圖查1號反應(yīng)堆運營壽命。阿根廷國家原子能委員會(CNEA)和INVAP公司開發(fā)的CAREM小型核電反應(yīng)堆是25MWe模塊化壓水堆，計劃將在Formosa建設(shè)首臺示范堆。目前已經(jīng)進入設(shè)計評審階段。

8、印度總體核電政策、小堆政策

印度擁有蓬勃發(fā)展的核電計劃，印度計劃到2020年達到14600MWe的核電能力。目前煤炭為印度提供了半數(shù)以上的電力，但印度礦物燃料短缺，這也將推動政府對核電的投資。目前印度計劃在2016年底新建包括3#、4#Kakrapar重水堆與7#、8#Rajasthan重水堆等7臺機組，屆時將提升印度5300MWe的機組容量。印度核電公司(NPCIL)：在掌握大型堆的基礎(chǔ)之上，NPCIL目前已經(jīng)建成有150MWe的沸水堆，在未來將開發(fā)200MWe的重水堆Tarapur。

9、結(jié)語

鑒于核能源的特殊性，尤其是福島事故之后民眾的對核安全的關(guān)注點又一次聚集，這使得核電發(fā)展的要求也進一步被提高。從上邊的追蹤可以看出，很多國家都投入了大量經(jīng)費進行新型四代堆的研發(fā)[1]。而革新型四代堆的開發(fā)有可能在初期的科研投入高成本之后立即迎來科技成熟后的成本空降，從而實現(xiàn)收益與環(huán)何等的雙贏。

[1] 劉志銘，丁亮波.世界小型核電反應(yīng)堆現(xiàn)狀及發(fā)展概況[J].國際電力，2005，(6).

[2] 曲靜原，張琳，等.小型堆研發(fā)及核應(yīng)急準備進展[J].科技導(dǎo)報，2013，(31).

[3] 周平原.全球小型模塊式反應(yīng)堆(SMR)最近進展[R].北京：中電投集團，2012.

李海鈺(1983-)，男，陜西，工程師，碩士，主要從事堆芯核設(shè)計及燃料管理工作。