模塊式小型反應堆研發(fā)現(xiàn)狀及前景分析

1、模塊式小型反應堆研發(fā)現(xiàn)狀及 前景分析作者:日期:模塊式小型反應堆研發(fā)現(xiàn)狀及前景分析-工程論文模塊式小型反應堆研發(fā)現(xiàn)狀及前景分析熊厚華 XIONG Hou-hua ;杜繼富 DU Ji-fu ;曾正魁 ZENG Zheng-kui ; 陳志遠 CHEN Zhi-yuan(湖北科技學院核科學與技術學院，咸寧 437100 )(Institute of Nuclear Science and Technology , Hubei University of Science and Technology , Xianning 437100 , China )摘要：目前的核電站大多數(shù)為裝機容量較大的反應

2、堆，有些甚至達到了 175 萬千瓦的單機容量，大型堆核電站一次性投入成本高、建造周期長，且難以適應小型電網(wǎng)的需求，而小型反應堆恰好可以解決這一問題，全球掀起了模塊式小型核電機組的開發(fā)熱潮。文章主要介紹了模塊式小型反應堆的研發(fā)現(xiàn)狀、用途，并分析了小型堆與常規(guī)堆的優(yōu)劣勢及其發(fā)展前景。Abstract: At present, most of the current nuclear power plants are the large power capacity types, some can up to 1750MW per nuclear reactor. It has the high in

3、vestment and long construction period, and it can not suit for the small electricity grid problems, but the modular miniature nuclear power reactor can solve these problems. For above, the modular miniature nuclear reactor is highly cared and researched by people all over the world. The paper briefl

4、y summarizes the research and development status, and applications of the modular miniature nuclear power reactor, also analyses the advantages and the prospect of it.關鍵詞：模塊式；小型反應堆；發(fā)展狀況；前景Key words: modular ； miniature nuclear power reactor ； research development status ； prospect中圖分類號：TL42文獻標識碼：A文章

5、編號：1006-4311 (2015 ) 02-0030-020引言目前，小型反應堆已經備受世界各國的關注和青睞，國際原子能機構也鼓勵發(fā)展和利用安全性能高、系統(tǒng)構筑物可靠、投資相對較小的中小型反應堆。 二十一 紀初期小型堆得到國際高度重視， 在二十世紀五六十年代，中小型堆的運用已經 開始了。早期的研究主要為實驗堆、小型核電站及數(shù)百臺用于海上艦船的推進動 力系統(tǒng)的小型堆。當前科學家、企業(yè)家們所關注的小堆主要是指小型先進模塊化多用途反應堆，其最大特點是一體化、模塊化、安全性能高及多用途。一體化是指將反應堆及反 應堆冷卻劑系統(tǒng)一體化集成為反應堆模塊；模塊化是指系統(tǒng)構筑物可在工廠進行 加工制造，在現(xiàn)場

6、快速安裝；安全性能高主要是采用了能動結合非能動理念，采用了固有安全性設計，具安全性不低于目前國際先進的三代核電技術要求；多用途是指小堆可以用于發(fā)電、工業(yè)供熱供汽、為城市供暖及海水淡化。1國內外小堆研發(fā)現(xiàn)狀1.1 概況目前，美國、俄羅斯、中國、韓國走在了小堆研發(fā)的前列。世界上進行小堆研發(fā)的國家很多，但真正投入建設項目并不算多。據(jù)統(tǒng)計，在國際原子能機構注冊的小堆有40余種，被行業(yè)公認為具有應用前景的有十余種。全球正在運行的中小型堆共計132座，其中小型堆26座，中型堆106座，正在建造中的13座。擁有中小型堆的國家28個，所有這些中小型堆的總容量近 6萬兆瓦，累計運行經驗超過5000堆年。1.2

7、美國研發(fā)現(xiàn)狀美國一直走在世界研發(fā)前列，目前已進行了 6種不同的小堆設計。美國政府也 給予小堆研發(fā)很大的支持。美國能源部計劃資助兩種小堆設計研發(fā)， 預計在未來 5年內投入約5億美元的資金。2012年11月，美國巴威公司的mPower反應 堆獲得了 7900萬美元的資金支持，用于在2022年實現(xiàn)該設計的原型堆。1.3 俄羅斯研發(fā)現(xiàn)狀俄羅斯無論是在核武器發(fā)展方面還是在核能和平利用方面都走在世界前列， 在 小堆研發(fā)方面也有所建樹，目前正在研發(fā) 5種不同的小堆。2013年俄羅斯研發(fā) 的金屬冷卻一體化快堆 SVBR-100的培訓模擬機已經開始運行，預計2019年實 現(xiàn)商業(yè)化生產。1.4 我國研發(fā)現(xiàn)狀中國核

8、工業(yè)集團公司、中國廣核集團公司、國家核電技術有限公司、中國電力 投資集團公司、清華大學都在開展小堆的前期工作。 甚至中船重工集團也涉足其 中，進行了海洋核動力平臺的研發(fā)，初步形成了不同功率匹配的海洋核動力平臺 Zu 0中國核工業(yè)集團公司憑借多年技術研發(fā)的基礎，在小堆研發(fā)上走在行業(yè)的前列。目前，中國核工業(yè)集團公司研發(fā)的 ACP100投資金額達5億余元，已經進 入工程設計階段，ACP100的關鍵設備及軟件均屬自主研發(fā)。 示范工程在福建莆 田市進行建設，預計建設兩臺100MW 的機組，計劃2017年投入運行。清華大學研發(fā)的10MW高溫氣冷實驗堆，用氮氣作冷卻劑、用涂敷顆粒作燃料、用石墨作慢化劑，于2

9、000年12月建成臨界，標志著我國對高溫氣冷堆技術的研發(fā) 取得了突破性成果，基本掌握了核心技術和系統(tǒng)設計集成技術。在此基礎上，20MW 的高溫氣冷堆核電站示范工程落戶于山東石島灣， 于2012年12月9日 正式開工建設，成為我國第一個有工程實踐的小堆項目。2小型堆的優(yōu)勢劣勢分析2.1 小堆的優(yōu)勢與大型反應堆相比，小型堆具有獨特的優(yōu)勢，主要有以下四方面：縮短建造周期，降低建造成本。因小堆實現(xiàn)模塊化建造，這些模塊可在工廠 中批量生產，相對于現(xiàn)場施工和組裝而言，建造成本大幅下降，建造周期大大縮 短。一般預計首批機組的施工周期在 3年左右，后續(xù)機組建設周期一般為 2年。建造模式可以是多期單機組或多期雙

10、機組。一般在前期建設時給后續(xù)機組留有充分的物理分隔，以便可以在前期機組運行的同時進行后續(xù)機組的建設。這樣的建造模式可以使得若干個單模塊、總功率相同的廠址面積同等功率的單機組廠 址相當或更小。融資難度降低，相對大型核電站而言，小堆建設在項目初期，無需籌集龐大 的資金，當前期建成發(fā)電時，發(fā)電利潤將為后續(xù)建設提供資金保障。實現(xiàn)按需建造。較大的國家可以根據(jù)自身需求選擇建設小型模塊機組，而一些小國或郊區(qū)、偏遠地方則只能建設小堆，因為其電網(wǎng)可能由于太小而無法承受 1000兆瓦以上的單臺機組。2.2 小堆的劣勢小堆雖然有諸多優(yōu)勢，但這些優(yōu)勢也不是絕對的，也存在其發(fā)展劣勢，主要包括四個方面：建造成本未必降低。

11、與汽車、智能手機或類似小型裝置相比，反應堆的單位千瓦材料成本可能隨著尺寸的下降而增加， 這是因為反應堆規(guī)模小了后，堆芯的 體積熱釋率小了，單位功率的系統(tǒng)設備設備費、燃料費、操縱員培訓費、人員管 理費、審評費及后處理費等等都可能增加。建造周期未必縮短。由于各種原因導致后續(xù)小堆項目未按原計劃進行，其整體的建設周期可能就不占優(yōu)勢了。審批方面的新問題。由于目前各國的法律法規(guī)、核電項目審評程序等都主要是針對大型核電站的，發(fā)展小堆就必須為小堆制造設施制定新的審批和檢查程序，包括對核安全設備的檢查、試驗。乏燃料管理問題。小堆的乏燃料更復雜，這是因為小堆乏燃料分布在在更多的場址中，其管理可能更復雜，需要投入的

12、資金也更大。目前的乏燃料管理技術 主要是針對輕水堆。而有的小堆建在地下，這可能使小堆退役更為復雜。3小型堆的發(fā)展前景分析3.1 各機構對小堆前景預測國際原子能機構曾對小型堆的發(fā)展進行過預測，估計在2030年全球將建設4396座小型堆。國際著名的美國法維翰調查咨詢公司曾預測，到 2030年全球將有1800余萬千瓦的模塊式小型堆在運行。美國芝加哥大學等國際研究機構預測，至U 2050年，模塊式小型堆將占核電總裝機容量的 25% o美國全球核能競爭力顧問委員會表明，美國在2030年后市場對小型反應堆的需求將超過 500 座。各機構研究均表明小型反應堆在未來幾十年有很大的發(fā)展空間及前景。3.2 各國對

13、小堆需求分析由于不同國家的國情不同，對小型堆應用的領域和目標也有所不同。 對發(fā)展中 國家而言，由于其經濟實力發(fā)展相對較弱、電網(wǎng)容量較小，大型核電建設較適合 少數(shù)經濟發(fā)達的大國。而小型堆由于其建設周期短、 運行相對簡單安全、一次性 投入少的特點，適合發(fā)展中國家電力需求。中國對小堆需求。我國內陸很多地區(qū)、特別是邊遠山區(qū)，受到地理位置、交 通、冷卻水源、電網(wǎng)容量和融資能力等條件的限制，大型核電站的建設受到很大 的限制，而小型堆一來可以克服這些不利因素，二來可以滿足小電網(wǎng)發(fā)電需求。 城市供熱是我國目前比較重要的能源需求問題， 開發(fā)利用小型堆“以核代煤”的 發(fā)展策略迫在眉睫，利用供熱堆是解決二氧化碳污染

14、及緩解霧霾的重要舉措。我國是世界上水資源比較缺乏的國家之一，用小型堆進行海水淡化是比較可行的途 徑，這方面的關鍵攻克后小堆在這方面的需求會急劇增加。美國對小堆需求。美國之所以投入大量人力、物力、財力致力于小型堆的研 發(fā)，正是因為看到了世界小型堆的樂觀發(fā)展前景及美國本土的極大需求，美國小堆的需求主要是用于取代逐漸退役的化石燃料電廠以及美國一百多座面對著退 役的大批核電站，這些核電站基本運行了 20年以上。俄羅斯對小堆需求。俄羅斯的最大特點是地域遼闊，人口分散，一年中寒冷 天氣占時長，供暖、供電需求非常大。因此對小堆的需求無疑也是超過世界上絕 大多數(shù)的國家的。其他國家對小堆需求。在目前全球幾十個有意采用核能的國家中， 很多國家 的核電站一方面面臨著退役，另一方面面臨節(jié)能減排的壓力，各國家均需要建設 小堆來滿足電網(wǎng)需求，同時取代化石電廠，達到節(jié)能減排的目的?？梢姡驅?小堆的需求是巨大的。4結語模塊式小堆因其安全性高、建造周期短、一次性投入少，受到全球的青睞方面小堆能滿足中小電網(wǎng)需求，特別是適合偏遠山區(qū)建設，另一方面可以作為城市供熱用，也