暢談小型核反應(yīng)堆發(fā)展前景

國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）最新出版的《SMR技術(shù)發(fā)展》中記錄了70多種SMR設(shè)計(jì)方案。Hadid M. Subki，國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）核能司SMR技術(shù)開發(fā)部核工程師，對(duì)此接受媒體采訪，暢談小型核反應(yīng)堆發(fā)展前景：

1、哪些因素會(huì)對(duì)SMR的開發(fā)部署產(chǎn)生影響？

多種因素將影響SMR的成功開發(fā)和部署。首先，國家層面需要實(shí)施有關(guān)先進(jìn)核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和技術(shù)開發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃。其次，應(yīng)該為SMR技術(shù)開發(fā)提供穩(wěn)定的資金流。此外，嚴(yán)格的監(jiān)管審查、許可以及強(qiáng)大的供應(yīng)鏈也必不可少。

2、目前記錄的設(shè)計(jì)方案中，水冷SMR方案占比最大，有31種方案，其中6種屬于船用。高溫SMR屬于第二大類，有14種方案。您如何看待這兩項(xiàng)技術(shù)的前景？

核工業(yè)在大型核電廠和核破冰船中的水冷反應(yīng)堆方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。因此，小型水冷陸基反應(yīng)堆的技術(shù)開發(fā)難度較小。

高溫反應(yīng)堆 (HTR) 技術(shù)并不落后于水冷反應(yīng)堆。HTR具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括更高的發(fā)電效率、固有的安全特性（容錯(cuò)燃料等），其發(fā)生熔毀的可能性也極低。

HTR在制氫方面也非常高效。這兩種SMR方案在工程中都有實(shí)際的進(jìn)展。阿根廷和俄羅斯在水冷SMR方面取得了進(jìn)展。中國的HTR技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。

3、有些研究顯示，預(yù)計(jì)到2030年將僅有7種SMR方案開工建設(shè)。除了中國的 HTR-PM，其余都是水冷設(shè)計(jì)。您對(duì)此有何看法？

根據(jù) IAEA 的《SMR 技術(shù)發(fā)展》，通過對(duì)供應(yīng)商信息的初步研究，到2030年可能會(huì)有不少于12種SMR方案準(zhǔn)備開始運(yùn)行，總裝機(jī)容量約為1600MW。這些設(shè)計(jì)包括水冷和非水冷設(shè)計(jì)（包括HTR方案）。

水是反應(yīng)堆冷卻劑和慢化劑的優(yōu)良材料，因此核工業(yè)在水冷反應(yīng)堆方面有著長期的經(jīng)驗(yàn)。因此，水冷SMR在制造設(shè)施、測(cè)試設(shè)施和法規(guī)方面具有良好的基礎(chǔ)條件。其它幾種設(shè)計(jì)，例如熔鹽反應(yīng)堆、其它液態(tài)金屬冷卻快堆和用于微堆的熱管技術(shù)，目前正處于待許可的階段。

俄羅斯正在準(zhǔn)備建造一座 300MW的鉛冷SMR，作為大型鉛冷堆的前期示范電站，預(yù)計(jì)2026年左右完成建設(shè)。其中，約40個(gè)SMR方案仍處于概念設(shè)計(jì)階段。

4、在2030年前能否達(dá)到最終設(shè)計(jì)階段？

一些SMR方案正處于監(jiān)管機(jī)構(gòu)的預(yù)許可階段，其中一些可能會(huì)在2030年前實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。由于資金競(jìng)爭(zhēng)激烈，即使是采用成熟技術(shù)的水冷反應(yīng)堆，也因各種原因出現(xiàn)延誤。

許多因素會(huì)影響SMR的建造情況。首先，供應(yīng)商的計(jì)劃建造日期，有時(shí)可能會(huì)很樂觀；第二，是否正在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的許可申請(qǐng)工作；第三，有多少公用事業(yè)、國家或投資方有興趣在特定時(shí)間范圍內(nèi)采用該方案建造核電站；最后但最重要的是，政府和私營機(jī)構(gòu)在資金、開發(fā)、許可和建造方面提供支持。

在核工業(yè)中，開發(fā)活動(dòng)總是伴隨著一系列驗(yàn)證和測(cè)試以及嚴(yán)格的質(zhì)量保證框架，這需要額外的時(shí)間和資源。

5、IAEA在2020年出版的《SMR 技術(shù)發(fā)展》首次包含微堆的設(shè)計(jì)方案。這些設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是什么？為什么它們?cè)絹碓绞軞g迎？

作為SMR的一部分，微堆是先進(jìn)的反應(yīng)器，功率通常在10MWe以下，用于發(fā)電和供熱等。這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于到具有少量、持續(xù)、分布式電能需求的新市場(chǎng)。微堆能量輸出相對(duì)較小，適合偏遠(yuǎn)地區(qū)、沒有電網(wǎng)的地區(qū)和小島嶼等場(chǎng)景，可以替代碳密集型柴油發(fā)電。

憑借低功率輸出、長核心壽命、較少源項(xiàng)和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性，微堆設(shè)計(jì)緊湊，便于運(yùn)輸、制造和安裝迅速。微堆可用于制氫、海水淡化、石化生產(chǎn)和精煉。與更高功率的 SMR 設(shè)計(jì)相比，微堆的前期資本成本也將大大降低，這使得微堆廣受關(guān)注。

6、除了電力生產(chǎn)，一些SMR設(shè)計(jì)也被建議用于其他工業(yè)用途，例如制氫——特別是一些HTR 和快堆設(shè)計(jì)。您能詳細(xì)說明一下嗎？

任何核反應(yīng)堆都可以制氫，而不會(huì)排放溫室氣體和其他污染物?，F(xiàn)有的PWR或BWR可以通過傳統(tǒng)的水電解制氫。

SMR中的高溫氣冷堆（HTGR）以及超高溫反應(yīng)堆(VHTR)尤其適合用于制氫。其冷卻劑出口溫度達(dá)到750-1000℃，非常有利于大規(guī)模制氫。

日本和美國目前正在開發(fā)新的制氫技術(shù)，可能很快就會(huì)投入使用。因此，SMR將會(huì)與多種可再生能源在制氫行業(yè)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，并有助于減少對(duì)化石燃料電站制氫的需求。目前，人們對(duì)SMR制氫產(chǎn)生了濃厚的興趣。SMR制氫是投資收益比最高的方法之一。現(xiàn)階段需要對(duì)戰(zhàn)略開發(fā)、試驗(yàn)、測(cè)試以及示范電站進(jìn)行支持。

7、目前70多種方案中，燃料類型都各不相同。燃料開發(fā)在多大程度上影響著設(shè)計(jì)進(jìn)展？

SMR的創(chuàng)新燃料開發(fā)對(duì)設(shè)計(jì)發(fā)展的影響取決于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。為了加快壓水堆SMR技術(shù)落地，大多數(shù)設(shè)計(jì)使用現(xiàn)有大型先進(jìn)壓水堆中成熟的標(biāo)準(zhǔn)燃料組件的較短版本。

這樣僅需要進(jìn)行一些熱工水力驗(yàn)證測(cè)試，不需要進(jìn)行高級(jí)研發(fā)。然而，對(duì)于容錯(cuò)燃料以及如何優(yōu)化換料周期方面的研究也進(jìn)行研究，這是提高經(jīng)濟(jì)效率的有效手段。

相比之下，使用快中子或其它技術(shù)的創(chuàng)新非水冷反應(yīng)堆通常需要全新的燃料組件設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)需要數(shù)年的開發(fā)、測(cè)試時(shí)間。

8、如果未來對(duì)SMR的需求增加，批量生產(chǎn)的前景如何？

小批量生產(chǎn)訂單可能會(huì)在2030年代初實(shí)現(xiàn)。SMR是游戲規(guī)則改變者，是在工廠中大規(guī)模生產(chǎn)模塊化系統(tǒng)、組件和結(jié)構(gòu)。如果實(shí)現(xiàn)，這將對(duì)降低建造成本和時(shí)間成本。

批量生產(chǎn)取決于現(xiàn)有核部件制造商的訂單和產(chǎn)能的連續(xù)性。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，需要通過國際合作開發(fā)少量的市場(chǎng)化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。SMR在與常規(guī)能源的競(jìng)爭(zhēng)中必須證明其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。或者在偏遠(yuǎn)山區(qū)、島礁或未并網(wǎng)地區(qū)部署微堆。