國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）將小型核反應(yīng)堆定義為發(fā)電功率小于300兆瓦的核反應(yīng)堆動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱小型堆。發(fā)電功率在300—600兆瓦間的被定義為中型反應(yīng)堆，兩者可以統(tǒng)稱為中小型核反應(yīng)堆。
先進(jìn)小型反應(yīng)堆因其安全、靈活、高效，已經(jīng)被國(guó)際先進(jìn)核電國(guó)家列為今后發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，并且已經(jīng)積極地投入到科研和設(shè)計(jì)中。近日，智囊團(tuán)Third Way 就發(fā)布了一份報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容是關(guān)于北美48所研究機(jī)構(gòu)在先進(jìn)小型反應(yīng)堆上開展的研究，其中包含7個(gè)模塊化小型堆SMR (Small Modular Reactors)。
其中五個(gè)被世界核能行業(yè)協(xié)會(huì)（WNA）認(rèn)為是先進(jìn)小型堆
IMSR
加拿大核安全委員會(huì)(CNSC)正在進(jìn)行陸地能源熔鹽IMSR供應(yīng)商設(shè)計(jì)審查第一階段，預(yù)計(jì)2017年9月將進(jìn)入工程階段。 計(jì)劃將在2019年10月前向NRC提交IMSR-400的設(shè)計(jì)許可申請(qǐng)或施工許可申請(qǐng)。它希望在20世紀(jì)70年代初之前就投產(chǎn)第一個(gè)商業(yè)反應(yīng)堆。該公司和加拿大核實(shí)驗(yàn)室正在考慮在哈爾克河上選擇一家商業(yè)化工廠的可行性。
NuScale
NuScale于2017年1月提交了美國(guó)設(shè)計(jì)許可申請(qǐng)，2017年7月NRC確認(rèn)其高度集成保護(hù)系統(tǒng)(HIPS)獲得批準(zhǔn)。NuScale自2008年以來(lái)一直與NRC合作，于2013年11月為許可證投入了約1.3億美元。預(yù)計(jì)NRC審查需要40個(gè)月，所以可能在2020年投入建設(shè)，并在2023年左右建成。計(jì)劃于2018年初開設(shè)COL應(yīng)用程序。該公司還期望在類似的時(shí)間范圍內(nèi)在英國(guó)申請(qǐng)通用設(shè)計(jì)評(píng)估。
ARC-100
Advanced Reactor Concepts LLC (ARC) 于2006年成立，目前正在開發(fā)基于62.5 MWt實(shí)驗(yàn)增值堆II(EBR-II)的260 MWt / 100 MWe鈉冷快堆。它將由工廠生產(chǎn)，組件易于現(xiàn)場(chǎng)組裝，并具有“撤離”的非能動(dòng)安全。 安裝將低于地面。ARC-100系統(tǒng)包括鈾合金金屬芯柱，鈉在環(huán)境壓力下浸沒在不銹鋼罐。
其熱效率約為40％，并且可與超臨界二氧化碳三次回路配對(duì)，以高效率驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。運(yùn)營(yíng)成本預(yù)計(jì)為50美元/兆瓦時(shí)。
2017年3月，GEH和ARC簽署了一項(xiàng)協(xié)議，基于ARC-100的SMR設(shè)計(jì)許可協(xié)議，該設(shè)計(jì)將利用GEH PRISM計(jì)劃的廣泛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和許可經(jīng)驗(yàn)。預(yù)計(jì)在加拿大初步部署，他們將通過其供應(yīng)商設(shè)計(jì)審查流程，尋求與CNSC的初步監(jiān)管審查，可能會(huì)在2017年底開始。
2016年10月，GEH與南方核運(yùn)營(yíng)公司的子公司南方核發(fā)展公司簽署了一項(xiàng)協(xié)議，以合作開發(fā)包括PRISM在內(nèi)的快堆。2017年6月，GEH加入了由High Bridge能源發(fā)展有限公司領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，其中包括Exelon Generation, High Bridge Associates和URS Nuclear，目標(biāo)是通過PRISM的資質(zhì)審查。
HI-SMUR
Holtec國(guó)際公司擁有一家子公司--SMR-160 LLC，致力于將160 MWe稱為“Holtec固有安全模塊化地下反應(yīng)堆” (HI-SMUR)的反應(yīng)堆概念實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。 該反應(yīng)堆具有兩個(gè)外部水平蒸汽發(fā)生器，并且使用類似于大型壓水堆（包括MOX）的燃料。單個(gè)燃料盒中包括32個(gè)全長(zhǎng)燃料組件，裝載和卸載利用高壓容器（31米高）內(nèi)的獨(dú)立裝置完成。 HI-SMUR每42個(gè)月要求一周的換料停堆時(shí)間。該反應(yīng)堆在運(yùn)行過程中采用能動(dòng)循環(huán)冷卻。無(wú)限期停堆后，負(fù)溫度系數(shù)可以得到保持，因此可以在高溫工況下實(shí)現(xiàn)停堆。反應(yīng)堆同時(shí)可以選用設(shè)計(jì)散熱器通過干式冷卻將熱量散發(fā)到大氣中。 整個(gè)反應(yīng)堆系統(tǒng)可以和燃料儲(chǔ)存庫(kù)一起安裝在地下。假設(shè)每個(gè)機(jī)組建設(shè)周期為24個(gè)月，每個(gè)機(jī)組建設(shè)成本8億美元（合計(jì)5000美元/千瓦）。機(jī)組壽命設(shè)計(jì)值為80年。
SMR-160
美國(guó)SMR-160的許可將首先使用NRC程序，其中涉及到建筑許可證，然后是運(yùn)營(yíng)許可證，隨后繼續(xù)根據(jù)其他許可規(guī)則設(shè)計(jì)認(rèn)證。 Holtec最初預(yù)計(jì)將于2016年底向NRC提交設(shè)計(jì)認(rèn)證申請(qǐng)，但目前正在瞄準(zhǔn)于2018年底之前的許可證申請(qǐng)。2017年7月，與安大略省SNC-Lavalin正式簽訂涉及工程支持和許可證的合作協(xié)議。
革命性的能源形式
對(duì)比目前通用的輕水堆，小型反應(yīng)堆因?yàn)轶w積縮?。üβ试O(shè)計(jì)值一般小于300 MWe）的需求使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，建設(shè)成本方面沒有明顯優(yōu)勢(shì)，但建造周期可以從4.5~6年壓縮至1.5~2.5年，但另一方面也可以節(jié)約人力成本，這方面EPR就有慘痛的教訓(xùn)，且一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)模化后其建設(shè)成本應(yīng)該具有競(jìng)爭(zhēng)力。
當(dāng)然，說(shuō)到“核能”，大家第一個(gè)想到的就說(shuō)安全問題，由于這種反應(yīng)堆的規(guī)模較小，小型核電的安全性可以得到極大提高，其核燃料裝量只有大型核電站的5%，對(duì)周圍環(huán)境的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低。同時(shí)，多數(shù)小堆設(shè)計(jì)可以不需要操作人員干預(yù)實(shí)現(xiàn)自主停堆，這就好比大家都覺得成年老虎很兇猛，但是看到貓一樣大的小老虎卻并不害怕。
還有一個(gè)就是便捷，易于安裝和運(yùn)行。比如，大型核電廠選址總體上較為困難，因?yàn)槠湫枰膽?yīng)急計(jì)劃區(qū)達(dá)到10英里。但是，小型堆僅需要0.5英里的應(yīng)急計(jì)劃區(qū)就可以滿足需求。此外，這類小型堆由于占地較小，可以直接在原核電、甚至火電廠廠址上建造，這將簡(jiǎn)化電網(wǎng)接口以及廠址的其他問題。
此外，通過模塊化設(shè)計(jì)，小型核電可在工廠里完成整個(gè)反應(yīng)堆的生產(chǎn)和組裝，然后通過卡車或火車運(yùn)輸?shù)侥康牡剡M(jìn)行發(fā)電，在壽期結(jié)束后可將整個(gè)反應(yīng)堆運(yùn)往后處理場(chǎng)，進(jìn)行退役處理。
小型堆一系列潛在特點(diǎn)，使得它具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。如適用于電力需求規(guī)模小、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的國(guó)家和地區(qū)，也可用于邊遠(yuǎn)地區(qū)供電、居民和工業(yè)供暖供熱、海上石油開采、海水淡化等領(lǐng)域。
對(duì)于這種極具創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，努斯凱爾能源公司研發(fā)部主任，前美國(guó)橡樹林國(guó)家實(shí)驗(yàn)室核工程師丹尼爾·英格索爾博士表示，“我們正在尋找一種革命性的能源形式。”
聲明
