小型模块化核反应堆技术安全性研究
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1.3 美国 美国目前由能源部（DOE）通过政府资助项目支持小 堆的研发，美国核管会（NRC）着手制定小堆设计的审查大 纲与解决政策性问题。美国认为开发小堆有复兴核能产 业，保持核能技术领先地位，复兴装备制造业，发展低碳能 源等多重原因。日前，美国巴威公司于 2012 年开始进行 mPower 小堆研发，NuScale 电力公司于 2014 年改进设计了 NuScale 小堆。
摘 要：小型先进模块化反应堆（SMR）是当今核能技术发展的热点领域。以国际主要核大国业已成熟的小堆技术和中核集团的
“玲珑一号”为例，从安全法规要求、技术安全目标等方面分析，证明小堆拥有严格的安全法规，高于三代核电标准的技术安全目标，与
不断加强防人因失误管理工作，显示小堆技术是安全的。
关键词：小堆；核安全；技术安全性
* 基金项目院国家重点实验室开发课题渊编号院2017BJ0035冤 作者简介：丁锡嘉（1996-），男，硕士在读，研究方向：核热工水力与安全。：核热工水力与安全。
- 19 -
创新前沿
科技创新与应用 Technology Innovation and Application
1 国内外小堆类型与发展现状 1.1 小堆类型 目前世界各国研发的小堆中，大都具有三代以上安全 特性，又以压水堆与气冷堆最为成熟，是研发设计的主力 堆型。 世界上主要国家已研发的以上四种小堆参数如表 1 所示。 1.2 总体发展 上世纪 80 年代后，国际上掀起了小堆开发的热潮。根 据反应堆中子慢化剂的不同，可主要分为重水堆、轻水堆，
Keywords: small reactor; nuclear safety; technical safety
迄今为止，核能作为一种安全、清洁、高效的能源，在 世界能源结构版图上，占据着重要的地位。但由于日本福 岛核事故与西方部分发达国家无核化思潮的影响下，大型 商业化反应堆存在建造周期长，建设成本高等问题，社会 舆论对涉核大型项目投资持质疑与抵触的态度，使部分重 要核设施核项目处于无法落地的状态。而小型核反应堆就 成为了核能技术发展的一种新的途径。小堆，是“小型先进 模块化多用途反应堆”的简称。根据国际原子能机构 （IAEA） 的定义：300MWe 以下的核反应堆成为小型核反 应堆（以下简称“小堆”）。近年来，小堆以其独特的分布式 能源特征，在一些电力市场基本饱和与电力需求微增长的 发达国家，和资金实力有限，电网容量较小，难以容纳大型 核电机组的发展中国家引起了相当广泛的关注。同时，随 着核能及相关技术的不断成熟，小堆也被考虑用于满足一 些特殊领域的能源供给。
中图分类号院TL351
文献标志码院A
文章编号院2095-2945渊2019冤34-0019-03
Abstract: Small modular reactor (SMR) is a hot field in the development of nuclear energy technology. Taking the mature small reactor technology of the major international nuclear powers and the "Linglong No. 1" of the China Nuclear Group as an example, it is proved that the small reactor has strict safety regulations from the aspects of safety regulations, technical safety objectives, and so on. The technical safety objectives above the third generation nuclear power standards and the continuous strengthening of human error management show that small reactor technology is safe.
创新前沿
小型模块化核反应堆技术安全性研究 *
丁锡嘉 1，2，3，周 涛 1，2，3*，张家磊 1，2，3，朱亮宇 1，2，3
（1.华北电力大学 核科学与工程学院，北京 102206；2.华北电力大学 核热工安全与标准化研究所，北京 102206； 3.非能动核能安全技术北京市重点实验室，北京 100206）
UO2 4.95%
4 年 24 个月
俄罗斯
KLT—40S 12.7MPa
316℃ 150MWt 35MWe
40 年 UO2 20% 28 个月
中国
ACP100 15MPa 303℃ 385 MWt 125 MWe 60 年
UO2 <5% 24 个月
液态金属堆与熔盐堆。1985 年，IAEA 启动了先进中小型 反应堆研究项目。1991 年，发布了第一份小堆研究报告。 2004 年，启动小堆开发计划，成立了革新性核反应堆协作 研究项目，成员总数至今以达到 30 个。在过去的三十多 年，IAEA 始终努力推动小堆技术的研发，认为先进小堆技 术是未来核能发展的方向之一，具有很好的应用前景。
34玲珑一号人因安全分析作为玲珑一号的研发单位中核集团早在2009年初成立了人因管理推进工作组借鉴国内外人因管理理论理念和实践结合公司自身实际已经形成了覆盖人因管理理论培训教材技术导则视频辅助学习等完整的人因管理体系为小堆防人因失误提供坚强支撑
2019 年 34 期
科技创新与应用 Technology Innovation and Application
表 1 主要国家小堆类型参数表
国别 小堆类型 一回路系统压力 一回路系统温度 额定热功率 电功率输出 设计寿命 核燃料 燃料富集度 换料周期
美国
mPower NuScale
14.1MPa 12.8MPa
320℃ 320℃
500MWt 165MWt
150MWe 45MWe
60 年
60 年
UO2 <5%
2019 年 34 期
1.4 俄罗斯 俄罗斯是最早开展小堆应用的国家。2006 年，俄罗斯 联 邦 原 子 能 机 构 （现 为 俄 罗 斯 国 家 原 子 能 集 团 公 司 Rosatom） 确定发展 KLT 与 VBER 两种小堆堆型，尤其以 KLT-40S 的发展最为迅速。根据规划，俄罗斯还将建设一 批浮动式核电站，为大型工业项目，港口城市，海上油气平 台提供能源。 1.5 中国 自本世纪以来，国内涉核企业进一步加快小堆技术研 发的步伐。利用小堆功率小、模块化、固有安全性高的特 征，将其进行组合可适应电网供电、城市供暖、工业工艺供 热、海水淡化、海洋资源开发等需求方面做出了一系列卓 有成效的工作，研发出 ACP100、燕龙泳池供热堆多种小 堆，处于国际先进的水平。 2 国外小堆安全性分析 2.1 美国 mPower 小堆采用一体化设计，单堆功率 180MWe，堆 芯采用 69 盒截短型 17伊17 燃料组件，活性区高度 2.413m， 换料周期 48 个月，反应堆顶部布置有 8 台主泵和 1 台内 置式稳压器。控制棒驱动机构完全浸没在一回路中从而避 免控制棒弹棒事故，堆芯采用无可溶硼设计，利用控制棒 进行反应性控制，采用非能动安全系统实现事故后的衰变 热导出。 NuScale 小堆单堆功率 45MWe，堆芯采用富集度小于 4.95%的 17伊17 燃料组件，活性区高度 2m，换料周期 24 个 月。NuScale 小堆设计有足够强的自然循环能力，不需要配 备主泵，设计大为简化。同时采用紧贴式安全壳，体量小， 可以现场组装，大大缩短建设周期。堆芯熔毁频率为 10-8 量级，安全性能出众。 2.2 俄罗斯 KLT 系 列 小 堆 为 紧 凑 式 模 块 化 小 堆 ， 单 堆 功 率 150MWt，可以产生 35MWe 电力用于供电和供应蒸汽进行 海水淡化。可以通过驳船方式向没有集中供电的边远地区 居民供电供热，也可通过海水淡化系统向干旱地区供电供 水。 KLT-40S 堆芯布置 121 组六角形燃料组件，组件总厂 1670mm，包壳为 E635 锆合金。在事故状态下，可通过非能 动安全系统达到应急停堆冷却、堆芯应急冷却、堆腔淹没、 安全壳应急降压等功能。增加了防护围板作为一道安全屏 障，能及时监测和排除可能泄漏的易挥发气体，彻底消除 了超设计基准事故的应急撤离问题。换料周期为 3-4 年， 具备船上换料能力并设置有乏燃料贮存设施。 3 我国自主小堆安全性分析渊以野玲珑一号冶为例冤 3.1“玲珑一号”采用的安全法规体系 “玲珑一号”严格按照中华人民共和国国家原子能法、 放射性污染防治法，生态环境部、国家核安全局颁布的 HAF001、HAF002、HAF501 等法律法规，从安全系统、辐射 防护、机械设备几方面制定了详细周密的核安全标准体 系。
摘 要：小型先进模块化反应堆（SMR）是当今核能技术发展的热点领域。以国际主要核大国业已成熟的小堆技术和中核集团的
“玲珑一号”为例，从安全法规要求、技术安全目标等方面分析，证明小堆拥有严格的安全法规，高于三代核电标准的技术安全目标，与
不断加强防人因失误管理工作，显示小堆技术是安全的。
关键词：小堆；核安全；技术安全性
* 基金项目院国家重点实验室开发课题渊编号院2017BJ0035冤 作者简介：丁锡嘉（1996-），男，硕士在读，研究方向：核热工水力与安全。：核热工水力与安全。
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创新前沿
科技创新与应用 Technology Innovation and Application
1 国内外小堆类型与发展现状 1.1 小堆类型 目前世界各国研发的小堆中，大都具有三代以上安全 特性，又以压水堆与气冷堆最为成熟，是研发设计的主力 堆型。 世界上主要国家已研发的以上四种小堆参数如表 1 所示。 1.2 总体发展 上世纪 80 年代后，国际上掀起了小堆开发的热潮。根 据反应堆中子慢化剂的不同，可主要分为重水堆、轻水堆，
Keywords: small reactor; nuclear safety; technical safety
迄今为止，核能作为一种安全、清洁、高效的能源，在 世界能源结构版图上，占据着重要的地位。但由于日本福 岛核事故与西方部分发达国家无核化思潮的影响下，大型 商业化反应堆存在建造周期长，建设成本高等问题，社会 舆论对涉核大型项目投资持质疑与抵触的态度，使部分重 要核设施核项目处于无法落地的状态。而小型核反应堆就 成为了核能技术发展的一种新的途径。小堆，是“小型先进 模块化多用途反应堆”的简称。根据国际原子能机构 （IAEA） 的定义：300MWe 以下的核反应堆成为小型核反 应堆（以下简称“小堆”）。近年来，小堆以其独特的分布式 能源特征，在一些电力市场基本饱和与电力需求微增长的 发达国家，和资金实力有限，电网容量较小，难以容纳大型 核电机组的发展中国家引起了相当广泛的关注。同时，随 着核能及相关技术的不断成熟，小堆也被考虑用于满足一 些特殊领域的能源供给。
中图分类号院TL351
文献标志码院A
文章编号院2095-2945渊2019冤34-0019-03
Abstract: Small modular reactor (SMR) is a hot field in the development of nuclear energy technology. Taking the mature small reactor technology of the major international nuclear powers and the "Linglong No. 1" of the China Nuclear Group as an example, it is proved that the small reactor has strict safety regulations from the aspects of safety regulations, technical safety objectives, and so on. The technical safety objectives above the third generation nuclear power standards and the continuous strengthening of human error management show that small reactor technology is safe.
创新前沿
小型模块化核反应堆技术安全性研究 *
丁锡嘉 1，2，3，周 涛 1，2，3*，张家磊 1，2，3，朱亮宇 1，2，3
（1.华北电力大学 核科学与工程学院，北京 102206；2.华北电力大学 核热工安全与标准化研究所，北京 102206； 3.非能动核能安全技术北京市重点实验室，北京 100206）
UO2 4.95%
4 年 24 个月
俄罗斯
KLT—40S 12.7MPa
316℃ 150MWt 35MWe
40 年 UO2 20% 28 个月
中国
ACP100 15MPa 303℃ 385 MWt 125 MWe 60 年
UO2 <5% 24 个月
液态金属堆与熔盐堆。1985 年，IAEA 启动了先进中小型 反应堆研究项目。1991 年，发布了第一份小堆研究报告。 2004 年，启动小堆开发计划，成立了革新性核反应堆协作 研究项目，成员总数至今以达到 30 个。在过去的三十多 年，IAEA 始终努力推动小堆技术的研发，认为先进小堆技 术是未来核能发展的方向之一，具有很好的应用前景。
34玲珑一号人因安全分析作为玲珑一号的研发单位中核集团早在2009年初成立了人因管理推进工作组借鉴国内外人因管理理论理念和实践结合公司自身实际已经形成了覆盖人因管理理论培训教材技术导则视频辅助学习等完整的人因管理体系为小堆防人因失误提供坚强支撑
2019 年 34 期
科技创新与应用 Technology Innovation and Application
表 1 主要国家小堆类型参数表
国别 小堆类型 一回路系统压力 一回路系统温度 额定热功率 电功率输出 设计寿命 核燃料 燃料富集度 换料周期
美国
mPower NuScale
14.1MPa 12.8MPa
320℃ 320℃
500MWt 165MWt
150MWe 45MWe
60 年
60 年
UO2 <5%
2019 年 34 期
1.4 俄罗斯 俄罗斯是最早开展小堆应用的国家。2006 年，俄罗斯 联 邦 原 子 能 机 构 （现 为 俄 罗 斯 国 家 原 子 能 集 团 公 司 Rosatom） 确定发展 KLT 与 VBER 两种小堆堆型，尤其以 KLT-40S 的发展最为迅速。根据规划，俄罗斯还将建设一 批浮动式核电站，为大型工业项目，港口城市，海上油气平 台提供能源。 1.5 中国 自本世纪以来，国内涉核企业进一步加快小堆技术研 发的步伐。利用小堆功率小、模块化、固有安全性高的特 征，将其进行组合可适应电网供电、城市供暖、工业工艺供 热、海水淡化、海洋资源开发等需求方面做出了一系列卓 有成效的工作，研发出 ACP100、燕龙泳池供热堆多种小 堆，处于国际先进的水平。 2 国外小堆安全性分析 2.1 美国 mPower 小堆采用一体化设计，单堆功率 180MWe，堆 芯采用 69 盒截短型 17伊17 燃料组件，活性区高度 2.413m， 换料周期 48 个月，反应堆顶部布置有 8 台主泵和 1 台内 置式稳压器。控制棒驱动机构完全浸没在一回路中从而避 免控制棒弹棒事故，堆芯采用无可溶硼设计，利用控制棒 进行反应性控制，采用非能动安全系统实现事故后的衰变 热导出。 NuScale 小堆单堆功率 45MWe，堆芯采用富集度小于 4.95%的 17伊17 燃料组件，活性区高度 2m，换料周期 24 个 月。NuScale 小堆设计有足够强的自然循环能力，不需要配 备主泵，设计大为简化。同时采用紧贴式安全壳，体量小， 可以现场组装，大大缩短建设周期。堆芯熔毁频率为 10-8 量级，安全性能出众。 2.2 俄罗斯 KLT 系 列 小 堆 为 紧 凑 式 模 块 化 小 堆 ， 单 堆 功 率 150MWt，可以产生 35MWe 电力用于供电和供应蒸汽进行 海水淡化。可以通过驳船方式向没有集中供电的边远地区 居民供电供热，也可通过海水淡化系统向干旱地区供电供 水。 KLT-40S 堆芯布置 121 组六角形燃料组件，组件总厂 1670mm，包壳为 E635 锆合金。在事故状态下，可通过非能 动安全系统达到应急停堆冷却、堆芯应急冷却、堆腔淹没、 安全壳应急降压等功能。增加了防护围板作为一道安全屏 障，能及时监测和排除可能泄漏的易挥发气体，彻底消除 了超设计基准事故的应急撤离问题。换料周期为 3-4 年， 具备船上换料能力并设置有乏燃料贮存设施。 3 我国自主小堆安全性分析渊以野玲珑一号冶为例冤 3.1“玲珑一号”采用的安全法规体系 “玲珑一号”严格按照中华人民共和国国家原子能法、 放射性污染防治法，生态环境部、国家核安全局颁布的 HAF001、HAF002、HAF501 等法律法规，从安全系统、辐射 防护、机械设备几方面制定了详细周密的核安全标准体 系。