小型反應堆因模塊化建造、建造周期短、安全性能高、對電網要求不高、選址成本低、適應性強、多用途等優點， 未來具有較為廣闊的發展空間。 按照技術路線的不同， 小型反應堆大體可分為輕水反應堆、氣冷反應堆、液態金屬冷卻反應堆、熔鹽反應堆。 目前全球有超過 45 個小堆的設計開發應用， 美、俄、中、韓等國走在了小堆研發及商業化推廣的前列。 小型反應堆前期資金投入少， 后續擴容可以通過“ 以堆養堆” 的模式逐步投入建設資金， 財務風險大幅降低。 相比于大型反應堆， 小型反應堆的系統設備大幅簡化， 運行維護成本較低。 通過聯合生產模式， 小型反應堆還能提供各種非電力產品， 最大限度地利用閑置的電力和熱能。 目前的小堆核電都處于初始階段， 其發展還受到現行法規標準、乏燃料管理、單位功率造價成本以及公眾可接受性等因素的制約。 應加快制定具有針對性的規范標準， 研究出臺相關稅費優惠及補貼措施， 同時加強核相關信息的宣傳， 消除公眾的核恐懼心理。

按照國際原子能機構(IAEA) 的定義， 電功率小于 300MW 的反應堆被劃分為小型反應堆[1～3]。 小型反應堆因功率小、建造周期短、對電網要求不高、選址成本低、適應性強等優點[4～5]， 受到越來越多核技術先進國家的重視，美國、俄羅斯、韓國、日本、法國 等國都在積極開展小型反應堆的研發工作。 IAEA 更是表示，鼓勵發展和利用安全、經濟、可靠的中小型反應堆[6]，2004 年 6 月 IAEA 成立名為“ 革新型核反應堆” 的協作研究項目， 正式啟動了中小型反應堆的開發計劃，截至目前已有約 30 個成員[7]。 據統計， 全球所有中小型堆的總裝機容量近 6×104MW，累計運行經驗超過 5000 堆年[8]。根據美國法維翰調查咨詢公司的預測， 到 2030 年全球小型模塊式反應堆的裝機容量將達到 18.2GW[ 9]。 各機構研究均表明，小型反應堆在未來幾十年有很大的發展空間及前景。

1 小型反應堆國內外現狀

俄羅斯于 1959 年建設的功率為 32MW 的核動力破冰船， 以及 20 世紀 60 年代服務于北極地區的ATU-15(15MW) 型反應堆供熱站， 是小型反應堆和平應用的首批實例。 隨著科學技術的發展， 按照技術路線的不同，世界范圍內的小型反應堆大體可分為輕水反應堆、氣冷反應堆、液態金屬冷卻反應堆、熔鹽反應堆。 各種技術路線的小型反應堆代表堆型見表 1[10]。

其中輕水反應堆技術成熟， 有豐富的建設和運營經驗; 氣冷堆建設和運行經驗不足， 且受外部條件和配套設施的制約; 液態金屬冷卻反應堆和熔鹽堆在技術上尚未完全成熟。

國際先進核電國家技術優勢明顯， 有很好的基礎幫助其擴大核能在多種領域的應用， 并提高在國際核能市場的競爭優勢[11]， 近幾年紛紛調整未來發展戰略， 將小型反應堆作為今后發展的重點方向之一， 并且已積極地投入到設計和科研中[12]。 目前全球有超過 45 個小堆的設計開發應用， 綜合來看， 美國、俄羅斯、中國、韓國等走在了小堆研發及商業化推廣的前列。 表 2 為從主要核電國家看小堆技術在全球的發展情況[13]。

美國能源部(DOE) 核能研究組負責領導的國際革新安全反應堆在固有安全性方面， 相對于傳統堆型取得了明顯的改善[14]。 DOE 為了更好地促進核電站長期部署的完成， 推廣小型反應堆發展， 于 2018 年 12 月簽署了首個關于小型模塊化反應堆的備忘錄[15]。 俄羅斯設計的 KLT-40S 浮動式發電機組以及阿根廷的 CAREM 先進小型核電機組目前也正在建造中[16]。 2012 年， 韓國原子能研究院自主研發的既可用于發電也可兼作海水淡化的一體化模塊式反應堆 SMART 獲得了標準設計合格證。 日本原子能機構開發了一體化壓水堆 MRX[17]。清華大學自主研發的 HTR-PM 已進入調試階段， 中核集團開發了一體化的核蒸汽供應系統反應堆 ACP100， 中國廣核集團、國家電力投資集團公司對小堆也開展了一系列的前期工作[18～20]。

2 小型反應堆技術優勢分析

小型反應堆之所以受到這么多國家的重視并參與開發，與其自身的特點是分不開的。 小型反應堆在技術上的優勢主要集中在以下幾個方面：

① 相對于大型反應堆， 小型反應堆普遍采用一體化設計建造的理念， 其系統大大簡化， 結構相對而言也更緊湊，體積更小， 功率密度更低， 更易于反應性控制。 同時由于大多采用非能動安全系統， 固有安全性得到明顯提高。

② 小型反應堆由于采用模塊化設計且功率小，因而其用地面積較少， 對電網的適應性更強， 更加適合規模較小且不太穩定的電網， 或者對能源有需求的惡劣環境地區， 對廠址的要求以及廠址成本也相應要低[21]， 如漂浮式小堆等均可以更好地靈活部署應用。

③ 與大型反應堆相比， 小型反應堆由于系統管道設備數量少、源項小、非能動設計等特性， 使得小型反應堆的應急計劃區半徑變小[22]。 同時小堆消除了較大的失去冷卻劑事故的發生， 即使發生事故， 也不會造成放射性物質的大量釋放， 事故響應時間裕量增大， 應急計劃可進行一定的簡化[23]， 甚至具備取消場外應急的潛力[24]。

④ 小型反應堆采用獨特的模塊化設計， 電站可以實現按需建造， 通過改變小型模塊化反應堆的數量靈活匹配裝機容量， 也可以在建設前期就為后續機組擴容做好布置和規劃。 比如目前國內建設的高溫氣冷堆核電站示范工程， 即為一個機組中連接兩個反應堆模塊[25]。 同時， 模塊化也使得可移動式機組因分離方便而簡化了退役流程[13]。

3小型反應堆的經濟性分析

由于小型反應堆采用模塊化建造， 建設的前期準備縮短， 現場施工的工作量轉移到工廠中完成， 施工風險也大為降低， 現場施工和安裝簡化， 整個建造周期縮短， 大幅降低了建造成本。 相比大型反應堆而言， 施工可靠性得到了極大提升， 施工的時間成本也可節約 5～8 年[26]。

目前世界上大型核電站建設中一個無法繞開的難題就是初始資金投入較大， 而小型反應堆由于采用模塊化設計， 使得核電建設投資可以采用“ 以堆養堆” 的模式進行。 機組后續擴容的規劃和布置在前期建設時就已做好， 通過“ 以堆養堆” 逐步投入建設資金， 逐漸增加裝機容量， 從而降低了資金受限對核電站建設的影響[27]。 “以堆養堆”模式降低了融資難度， 且前期投產項目的利潤可以為后續機組擴容提供資金保障， 財務風險大幅降低， 增加了核能對潛在投資者的吸引力， 有利于小型反應堆的推廣和普及。

小型反應堆的系統設備相比于大型反應堆有大幅簡化， 因此系統運行維護成本較低。 同時小型反應堆運行模式靈活， 運行效率高， 減少了燃料的消耗成本，從而降低了整個反應堆的運行成本[28]。

通過聯合生產模式， 小型反應堆除了用于發電的常規功能外， 還能提供各種非電力產品， 應用范圍廣泛，如工業供熱、制氫、海水淡化、原油提純、煤炭液化、熱電聯產等， 從而最大限度地利用了閑置的電力和熱能，而這種利用的成本幾乎為零。

4小型反應堆的市場需求分析

技術優勢、經濟性、市場需求是推動小型核電發展的真正因素， 而市場需求是最重要的一個。 目前全球范圍內環境問題突出， 為減少對環境的污染，電力能源必將加速轉型，大力發展清潔能源。 而核電與其他新能源相比， 可以大規模應用， 因此市場的需求也就更大。

核電始終把安全性放在首位， 在福島核事故發生后，IAEA 再度提高了核電的安全目標， 對核電技術的升級提出了更高的要求， 整個核電行業的準入門檻也大幅提高。 在這種形勢下， 大型反應堆想要脫穎而出的難度加大， 相對而言， 具有非能動安全功能的小型模塊化反應堆卻因為自身優勢更能適應當前形勢，也就有了更大的市場空間。

根據 IAEA 最新的統計數據， 發展中國家和地區正在逐步成為國際核電市場的中心[29]。 對發展中國家來說， 很多國家和地區的電力設施相對落后， 電網容量有限， 經濟水平較差， 這些因素導致很多國家并不適合建設大型核電。 而小型反應堆的前期投入少， 建造周期短， 發電量也能夠良好匹配當地電網， 在這樣的國家或地區里， 發展小型核電站便成為一個實實在在的市場需求。

大型核電站在選址上的要求極其苛刻， 如偏遠地區、海島、遠離水源地區等均不適合大型核電站建設。 但是小型反應堆對廠址要求低， 在以上地區發展小型核電也是一種符合市場需求的方案。

目前有些國家的電網已經出現大型核電機組參與調峰的現象， 以適應容量過剩的問題。 大型核電機組長時間地做低功率調峰運行， 經濟性大大降低， 同時依據核安全的標準， 反應堆長期低功率運行是極不安全的。 電網容量過剩的地區， 建設小型反應堆能更好地適應電力調峰市場需求。

小型反應堆的應用領域也極其廣泛， 如熱電聯產、海水淡化、核能制氫等。 以上領域的市場需求巨大，小型反應堆的聯合生產模式剛好可以滿足這些多樣化的能源需求。

5 小型反應堆發展的制約因素

① 現行標準制度的制約。 由于目前國際核電相關法律法規標準等均是依托現有大型反應堆的 發展而制定的， 并沒有針對小型反應堆這一新事物建立國際通用的法規標準， 這是制約小型反應堆推廣的一個障礙。 雖然目前各國都在考慮制定小堆的許可標準和規范， 但是國家政策的不同， 會使在不同市場推廣開發小堆面臨各種不可預知的困難。 同時小型反應堆有其獨特的技術特點， 如果套用大型核電站的各項規范標準， 將大大降低小型反應堆的競爭性。

② 乏燃料管理制約。 小型反應堆也會產生乏燃料， 但是小堆選址條件低， 廠址分布比大型反應堆更廣，這些廠址中產生的乏燃料分布可能并不集中， 這就使得小型反應堆乏燃料管理變得復雜起來， 相應的資金投入將會更多， 這也限制了小型反應堆的發展。

③ 建造成本制約。 一般情況下，小型反應堆的功率密度要比大型反應堆低， 且人員配置、儀控系統等費用也要考慮在造價內。 若一個小型反應堆為

20 ×104kW， 一個大型反應堆為 100 ×104kW， 那么建造 5 個小型反應堆的總造價， 一般都要比建造 1 個同級別大型反應堆的造價高。 也就是說， 小型反應堆雖然前期資金投入降低， 但單位功率造價成本其實并不低。

④ 公眾制約。 目前核電技術的宣傳和普及度不夠， 導致公眾對核電的認識并不充分， 切爾諾貝利核事故及日本福島核事故的發生， 讓公眾“ 談核色變”。 而由于小型反應堆的特點，其建設地點一般距離居民區和生活區較近， 與公眾之間物理距離的縮短，也使得公眾對核的抵觸心理更盛。

6結語

目前的小堆核電都處于初始階段， 但有理由相信， 隨著科技進步和成本降低， 小型反應堆核能系統的技術可行性、核安全性、開發經濟性等方面都具有極大的優勢。 然而， 小型反應堆核能系統要推向市場，不僅要經過原型堆和商業示范堆建設和運行的驗證， 期間還將會受到現行相關法規標準、政策、乏燃料管理、公眾可接受性等因素的制約。 應加快制定具有針對性的規范標準以及審批和監管程序， 研究出臺相關稅費優惠及補貼措施， 同時加強核相關信息的宣傳， 消除公眾的核恐懼心理， 以促進小型反應堆的產業發展。

免責聲明：本網轉載自合作媒體、機構或其他網站的信息，登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其內容的真實性。本網所有信息僅供參考，不做交易和服務的根據。本網內容如有侵權或其它問題請及時告之，本網將及時修改或刪除。凡以任何方式登錄本網站或直接、間接使用本網站資料者，視為自愿接受本網站聲明的約束。