2020年5月14日，美國(guó)能源部宣布啟動(dòng)先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃(ARDP)，幫助私營(yíng)企業(yè)推動(dòng)先進(jìn)反應(yīng)堆的商業(yè)化，目標(biāo)是在未來5至7年內(nèi)幫助先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)開發(fā)商建設(shè)2座示范堆，并大力支持有望在21世紀(jì)30年代中期實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新型先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)。

1 先進(jìn)反應(yīng)堆特點(diǎn)

能源部根據(jù)裝機(jī)容量將反應(yīng)堆分為三類：第一種是微堆，裝機(jī)容量為1～20兆瓦，能夠以車載模式部署使用；第二種是小型模塊堆，裝機(jī)容量為20～300兆瓦，能夠模塊式增減裝機(jī)容量；第三種是全規(guī)模反應(yīng)堆，裝機(jī)容量超過300兆瓦，能夠以基荷方式可靠地提供無(wú)碳排放電力。

對(duì)于先進(jìn)反應(yīng)堆，能源部設(shè)定了四方面要求：首先是無(wú)人/少人值守安全，即事故發(fā)生后，無(wú)人干預(yù)或少人干預(yù)也可確保安全；其次是多用途，即除發(fā)電外，還可以提供工藝熱，海水淡化，并能夠以負(fù)荷跟蹤模式運(yùn)行，彌補(bǔ)間歇式能源缺陷；第三是廢物再使用和處置，即能夠大幅減少需要處置的乏燃料數(shù)量，部分技術(shù)能夠?qū)Ψθ剂线M(jìn)行再使用；第四是易于融資，即能夠在工廠批量制造，且造價(jià)較低。

2 先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃

5月14日，能源部發(fā)布資助機(jī)會(huì)公告，宣布將提供ARDP下的首批資金，共計(jì)1.6億美元。美國(guó)反應(yīng)堆技術(shù)開發(fā)商可通過三條途徑提交資助申請(qǐng)：第一是先進(jìn)反應(yīng)堆示范，這一途徑將能在未來7年內(nèi)幫助建成一座示范堆；第二是降低未來示范面臨的風(fēng)險(xiǎn)，這一途徑將幫助最多5個(gè)研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)技術(shù)、運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)，以便為未來的示范做好準(zhǔn)備；第三是先進(jìn)反應(yīng)堆概念2020(ARC 20)，這一途徑將支持有望在21世紀(jì)30年代中期實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的創(chuàng)新型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。在2020財(cái)年預(yù)算中，國(guó)會(huì)為ARDP撥款2.3億美元。

在執(zhí)行過程中，ADRP將與國(guó)家反應(yīng)堆創(chuàng)新中心倡議(NRIC)開展廣泛合作。NRIC倡議根據(jù)《核能創(chuàng)新能力法》設(shè)立，能源部于2019年8月啟動(dòng)，由愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭，目標(biāo)是為私營(yíng)技術(shù)開發(fā)商提供必要支持，幫助其測(cè)試和示范反應(yīng)堆概念并開展性能評(píng)價(jià)，加速推進(jìn)先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的取證和商業(yè)化進(jìn)程。

3 美國(guó)先進(jìn)反應(yīng)堆研發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)能源部公布的信息，美國(guó)企業(yè)正在研發(fā)的先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)超過20種(詳見表1)。這些反應(yīng)堆大致可以分為五類：一是使用水作為冷卻劑但裝機(jī)容量小于傳統(tǒng)輕水堆的小型模塊化水冷堆；二是以液態(tài)金屬(鈉或鉛)為冷卻劑的反應(yīng)堆，相對(duì)于現(xiàn)有的商業(yè)核電反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆的運(yùn)行溫度較高，運(yùn)行壓力較低；三是以氣體為冷卻劑的反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆通常在高溫下運(yùn)行；四是以熔融氟化鹽或氯化鹽為冷卻劑的熔鹽堆；五是熱管冷卻堆。

目前商業(yè)化進(jìn)度最快的先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)有兩種，即紐斯凱爾電力公司研發(fā)的小型一體化壓水堆以及奧克洛公司推出的微型熱管冷卻堆Aurora。

紐斯凱爾小堆已于2019年12月成功通過美國(guó)核管會(huì)第四階段設(shè)計(jì)認(rèn)證評(píng)審，并有望于2020年9月獲得設(shè)計(jì)合格證。紐斯凱爾正在與猶他州聯(lián)合市政電力系統(tǒng)公司合作推進(jìn)美國(guó)首個(gè)小堆電廠建設(shè)項(xiàng)目。這座電廠將位于愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，由12座小堆組成。廠址準(zhǔn)備工作2021年啟動(dòng)；工程建設(shè)(澆筑第一罐混凝土)2023年開始，首堆2026年投運(yùn)。全部12座反應(yīng)堆2027年投運(yùn)。紐斯凱爾表示該電廠的目標(biāo)平準(zhǔn)化電價(jià)為65美元/MWh。

奧克洛公司2020年3月向核管會(huì)提交建設(shè)和運(yùn)營(yíng)一座Aurora微堆的聯(lián)合許可證申請(qǐng)，意味著該公司在推進(jìn)Aurora設(shè)計(jì)的商業(yè)化方面取得重要進(jìn)展。這也是核管會(huì)收到的首份非輕水型先進(jìn)裂變堆聯(lián)合許可證申請(qǐng)。在此之前，能源部2019年12月授予奧克洛在愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)Aurora首堆的許可。奧克洛是第一家獲得此類廠址許可的非輕水型反應(yīng)堆開發(fā)商。

此外，值得關(guān)注的是，美國(guó)國(guó)防部戰(zhàn)略能力辦公室宣布2020年3月將在貝利項(xiàng)目中為三家反應(yīng)堆技術(shù)開發(fā)商提供總計(jì)3975萬(wàn)美元，幫助開展移動(dòng)式微堆原型堆的工程設(shè)計(jì)工作。兩年之后，國(guó)防部將選擇一種設(shè)計(jì)，啟動(dòng)原型堆建設(shè)。獲得資助的三家開發(fā)商分別是西屋公司、BWX技術(shù)公司和X能源公司。西屋宣布，將利用國(guó)防部資金推進(jìn)固體堆芯熱管冷卻堆“埃文西”(eVinci)的商業(yè)化。BWX技術(shù)和X能源均沒有公開宣布國(guó)防部資助下的微堆設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了加速推進(jìn)先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)的商業(yè)化，在未來的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)領(lǐng)先地位，美國(guó)能源部啟動(dòng)了先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃，準(zhǔn)備在未來5至7年內(nèi)建成2座示范堆，并大力推進(jìn)創(chuàng)新型先進(jìn)反應(yīng)堆的研發(fā)。目前美國(guó)企業(yè)正在研發(fā)的先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)有超過20種，首座先進(jìn)反應(yīng)堆電廠有望在2027年建成投運(yùn)。