模块式小型反应堆-CAS
模块式小型堆反应堆保护系统设计方案
模块式小型堆反应堆保护系统设计-机电论文模块式小型堆反应堆保护系统设计冯威俞赟尤恺罗炜（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都610041）【摘要】模块式小型堆作为采用三代核电技术的多用途小型压水堆，在设备的建造和设计上与以往工程项目相比有其自身的特点。
将介绍小堆项目反应堆保护系统的结构特点，并分析其系统设计理念。
关键词模块式小型堆；紧急停堆系统；专设安全设施驱动系统作者简介：冯威（1982—），男，汉族，四川成都人，工程师，从事核电站仪控设计工作。
０引言反应堆保护系统是核电厂重要的安全系统。
它对于限制核电厂事故的发展、减轻事故后果，保证反应堆及核电厂设备和人员的安全、防止放射性物质向周围环境的释放具有十分重要的作用。
它监测电厂重要的参数，对安全信号进行必要的采集、计算、定值比较、符合逻辑处理，当选定的电厂参数达到安全系统整定值时，自动地触发反应堆紧急停堆和/或驱动专设安全设施动作，以实现并维持电厂的安全停堆工况。
模块式小型堆主要设计有紧急停堆功能、专设安全设施驱动等与安全有关的功能，为此设计的反应堆保护系统包含了紧急停堆系统和专设安全设施驱动系统两个子系统。
同时，为应对安全级DCS发生共因故障和应对预期瞬态未停堆（ATWT）设置了多样性驱动系统，其采用与反应堆保护系统不同的设备实现功能，驱动有关的驱动器。
１系统设计1.1 系统结构保护系统由四重冗余的序列A、B、C、D组成（见图１），各序列之间以及安全系统与非安全级系统之间在物理、功能和电气方面都是相互隔离的。
反应堆停堆和专设安全设施驱动功能都在四个冗余的序列中执行。
四个冗余序列使用四套独立的传感器。
每个序列从对应的传感器/变送器采集信号，经必要的处理后再进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号。
这些信号经过光纤I/O总线被送往其它序列进行逻辑处理从而完成以下功能：反应堆紧急停堆，汽机刹车，启动专设安全设施和支持系统。
2024年小型模块化反应堆(SMR)市场规模分析
2024年小型模块化反应堆（SMR）市场规模分析1. 引言小型模块化反应堆（Short for SMR）是一种用于产生核能的先进技术。
相比传统的大型核电站，SMR拥有更小的体积和更灵活的部署方式。
本文对SMR市场规模进行了分析。
2. 市场概述SMR技术的出现将为能源行业带来重大变革。
以往，大型核电站往往需要数十亿美元的投资，而SMR则可以更加经济高效地满足各地区的能源需求。
由于其模块化设计，SMR还更容易进行维护和升级。
3. 市场预测根据市场研究机构的预测，未来几年SMR市场将保持快速增长。
主要原因有以下几点： - 能源需求增长：全球能源需求不断增加，而SMR可以提供可靠的低碳能源，成为满足需求的重要选择。
- 政策支持：越来越多的国家和地区开始制定支持核能发展的政策，为SMR提供了发展的机会。
- 技术进步：SMR技术不断发展和改进，使其更加安全可靠，更具竞争力。
根据不同的应用领域和功率需求，SMR市场可以进行细分。
目前市场上已经出现了多种不同尺寸和功率的SMR产品。
例如，一些SMR适用于城市供电，而另一些适用于石油勘探和开采等行业。
5. 市场地域分析在地域分布上，SMR市场主要集中在一些具有能源需求的国家和地区。
其中，美国、中国、俄罗斯、英国和加拿大等国家正在积极推动SMR的发展，并已经制定了相应的政策和计划。
6. 市场挑战尽管SMR市场前景广阔，但也存在一些挑战需要克服。
其中包括安全问题、核废料处理、成本控制等。
此外，还需面对公众对核能的质疑，加强宣传和教育，提高公众对SMR的认识。
7. 市场竞争随着SMR市场的发展，竞争也日趋激烈。
现阶段，世界上已经有多家公司和研究机构投入到SMR技术的研发和商业化中。
美国的NuScale、中国的中国广核集团、俄罗斯的罗斯原子公司等都是SMR领域的重要参与者。
尽管市场竞争激烈，但SMR市场依然存在巨大的机遇。
SMR技术的推广和应用将有助于降低能源成本、减少碳排放、提供清洁能源等。
模块式小型堆功率运行状态单个控制棒束失控抽出事故研究
模块式小型堆功率运行状态单个控制棒束失控抽出事故研究一、模块式小型堆的运行原理模块式小型堆是一种先进的核反应堆，其核心部分由多个燃料模块组成，每个燃料模块中含有燃料棒和控制棒。
控制棒是用来调节和控制核反应堆的功率和热量的重要装置。
当控制棒全部插入到燃料模块中时，核反应堆处于停堆状态；当控制棒逐渐抽出时，核反应堆的功率和热量会逐渐增加，从而实现核反应堆的启动和运行。
二、单个控制棒束失控抽出事故单个控制棒束失控抽出事故是指在模块式小型堆运行过程中，由于控制棒束的故障或操作失误，导致其中一个或多个控制棒突然失控地抽出，从而使核反应堆的功率和热量迅速增加，甚至引发堆芯燃料的过热和燃料棒的破损，造成严重的堆失控事故。
三、事故研究的重要性对于模块式小型堆来说，单个控制棒束失控抽出事故是一种严重的安全隐患。
一旦这种事故发生，可能会导致核反应堆失控，造成严重的辐射泄漏和环境污染，甚至危及人类的生命和健康。
对这种事故进行研究和分析，了解其发生机理和危害程度，制定相应的安全控制措施具有非常重要的意义。
四、事故研究方法（一）数值模拟分析法数值模拟分析法是一种常用的事故研究方法，它通过建立模块式小型堆的数学模型，利用计算机模拟软件进行模拟运行和事故分析，从而得出事故的发生机理、影响范围和应对措施等关键信息。
（二）实验研究法实验研究法是另一种重要的事故研究方法，它通过设计和搭建实际的模块式小型堆试验平台，对单个控制棒束失控抽出事故进行模拟实验，观测和记录事故发生的过程和影响，验证数值模拟分析的结果，并获取更为真实和可靠的数据。
五、安全控制措施（一）设备安全控制加强对模块式小型堆控制棒系统的设计和制造，提高控制棒的稳定性和安全性，确保其在运行过程中不会出现失控抽出的情况。
（二）操作安全控制加强对模块式小型堆操作人员的培训和管理，规范操作流程，提高操作人员的专业素养和风险意识，减少因为操作失误导致控制棒束失控抽出的可能性。
（三）应急安全控制建立完善的模块式小型堆应急响应计划和设施，一旦发生单个控制棒束失控抽出事故，及时采取应急措施，如紧急停堆、疏散人员等，减轻事故的危害和损失。
模块式小型堆反应堆保护系统设计
作者简介院冯威渊1982要冤袁男袁汉族袁四川成都人袁工程师袁从事核电站仪控设计工作遥
256 科技视界 Science & Technology Vision 图 1 保护系统结构
Science & Technology Vision
科技视界
能袁也包含有关的手动控制功能遥 其中的自动控制功能在反应堆的各 种工况条件下为反应堆提供保护和监测功能遥 在某些工况下袁当某些 保护参数不具备投入条件时袁设计有运行旁通功能遥 同时袁按照标准规 范的要求袁为每一个安全动作设计直接的手动操作装置从而提供手动
3 总结
模块式小型堆反应堆保护系统设计充分利用了数字化技术所带 来的优势袁提高了整个电厂的安全性和经济性袁达到了三代核能系统 的安全要求袁并为我国数字化核电技术的发展打下了坚实的基础遥
揖参考文献铱 咱员暂IEEE 603. IEEE Standard Criteria for Safety Systems for Nuclear Power Generating Stations [S]. 1998.
. Al汇之l报袁即院R图我i书们g馆将h不要t去买s问什R教么e师和s们不e需买r要什v什么ed么曰我.图们书为和什期么刊将袁要而买是什直么接和向为教什师么们
不买什么遥 这种形式更容易刺激教师去认真考虑自己的意见和建议袁 获得的反馈会更为实用遥 3.4 电子期刊与纸质期刊整合问题
目前读者主要是通过两种独立的渠道来利用期刊:对于印本期刊, 读者是通过 OPAC 系统来获取相关信息或者到现刊/过刊阅览室去浏 览曰对于电子期刊,则利用电子期刊服务系统去查找或浏览遥 这样的服
专设安全设施的逻辑处理也在四个序列中实 现遥 在每个序列内袁对来自四个序列的野局部脱扣冶信 号进行 2/4 逻辑处理后产生一个系统级的专设安全 设施驱动信号遥 这个信号被送往优先级逻辑处理模 块进行优先级处理后再输出到对应的被驱动设备遥
模块式小型堆反应堆保护系统设计
模块式小型堆反应堆保护系统设计引言小型堆反应堆是目前被广泛研究的新型核电堆型，其可实现快速启动、高效安全、灵活运输和便捷维护等诸多优势。
因此，近年来在国内外引起了广泛关注和研究。
在小型堆反应堆的设计中，保护系统无疑是其中最关键的部分。
本文将探讨模块式小型堆反应堆保护系统的设计方法和实现。
设计要求在模块式小型堆反应堆的设计中，保护系统的设计需要满足以下要求：1.快速响应：保护系统需要能够快速响应异常情况，及时保障反应堆的安全运行。
2.可靠性：保护系统需要具有高可靠性，保证反应堆在各种条件下都能安全运行。
3.灵活性：保护系统设计要具有良好的灵活性，适应不同的工作条件和环境。
4.可维护性：保护系统的设计应该便于维护和实施更新。
设计方案模块化设计为了满足反应堆保护系统的灵活性和可维护性，在模块式小型堆反应堆保护系统的设计中采用了模块化设计。
将保护系统拆分成不同的模块，每个模块都有独立的功能和接口。
这种设计方式使得保护系统的各个模块可以独立地进行开发和测试，大大提高了系统的可维护性和灵活性。
红线检测模块在小型堆反应堆中，红线检测模块是保护系统中非常重要的一个模块。
其主要功能是检测反应堆中的核素物质是否超过安全阈值。
如果超过安全阈值，红线检测模块会自动地关闭反应堆。
为了确保红线检测模块的工作正常，设计时需要考虑以下几点：•红线检测模块需要精确地测量核素物质的浓度，因此需要合适的检测技术和检测器。
•红线检测模块需要能够与反应堆实时通信，及时获取反应堆的运行数据。
•针对红线检测模块的错误处理和故障排除，需要有相关的应急计划和方法。
冷却系统模块保护系统中还有一个重要的模块就是冷却系统模块。
在反应堆运行时，空气或者冷却剂需要保证反应堆的散热。
冷却系统模块的主要功能就是管理反应堆的散热。
为了确保冷却系统模块的正常运行，设计时需要考虑以下几点：•冷却系统模块需要有分离的电源系统，避免故障影响其正常工作。
•冷却系统模块应该具有自我检测和故障诊断的功能，及时处理各种故障。
小型模块式反应堆开发的意义
小型模块式反应堆开发的意义
小型模块式反应堆是一种新型的核能发电装置，由于其小型化、可移动性和灵活性，已经成为国际上关注的焦点之一。
其开发的意义在于：
1. 为解决能源危机提供新的选择。
小型模块式反应堆能够在不同的地点进行部署，能够为远离电网的地区提供电力，这对于解决能源危机、推动能源转型具有重要意义。
2. 为环境保护提供新的手段。
小型模块式反应堆采用先进的核技术，能够更好地控制放射性物质的释放和污染，较传统的核能发电装置更为安全和环保。
3. 促进核能技术的发展。
小型模块式反应堆利用先进的材料和技术，能够为核能技术的发展提供新的契机，推动核能技术的创新和进步。
4. 改善人民生活质量。
小型模块式反应堆能够提供可靠的清洁能源，为人民提供更稳定、更便宜的电力，从而改善人民的生活质量。
- 1 -。
小型模块化反应堆的市场前景与应用潜力分析
小型模块化反应堆的市场前景与应用潜力分析小型模块化反应堆（Small Modular Reactor，SMR）是指在核能领域中较小型的核反应堆系统。
相比传统大型核电站，SMR具有更加灵活、经济和可持续的特点，因此受到了广泛关注。
本文将从物理定律、实验准备和过程出发，探讨SMR的市场前景和应用潜力。
一、物理定律与SMR的设计SMR是基于核能的技术，因此与核能物理定律密切相关。
其中最重要的是核裂变与核聚变定律。
核裂变是指重原子核在被撞击或吸收中子后分裂为两个或更多的轻原子核的过程。
核反应堆中通常使用铀或钚等核燃料进行核裂变，利用核裂变释放的巨大能量来产生热量，进而转化为电能。
核裂变的物理定律主要包括质能方程E=mc^2、裂变门槛和裂变链反应方程等。
核聚变是指轻原子核在高温高压下融合成较重的原子核释放出能量的过程。
核聚变是太阳和恒星能量来源的基础，而在地球上实现核聚变需要更高的温度和压力条件。
SMR中的核聚变主要利用氘-氚聚变来产生能量。
核聚变的物理定律包括热力学定律、磁流体力学定律、聚变反应率方程等。
在SMR的设计中，物理定律是指导设计各环节的基础。
例如，根据核裂变与核聚变的关系，需要确定核燃料的选择和设计反应堆的结构。
同时，物理定律还指导设计核反应堆的控制系统和核废料的处理方法等。
二、实验准备和过程为了验证SMR的设计和预测其在实际工作中的表现，需要进行一系列实验。
实验准备和过程可以分为以下几个方面：1. 核材料选择和制备：根据设计要求，选择适当的核燃料和其他辅助材料，并制备相应的样品。
2. 实验设备准备：根据实验需求，准备核反应堆的实验装置，包括反应堆本体、控制系统、冷却系统等。
3. 实验条件设定：调整实验中的温度、压力、流量等实验条件，使其符合预期的设计参数。
4. 实验数据采集：利用传感器和监控设备等工具，实时采集核反应堆在不同实验条件下的温度、压力、功率等数据。
5. 实验结果分析：根据实验数据，对核反应堆的性能进行评估和分析，验证设计参数的合理性。
小型模块式反应堆螺旋管蒸汽发生器设计和热工水力分析
模块式小型堆反应堆保护系统设计
科技・ 探索・ 争呜
能． 也包含有关的手动控制功能。其中的 自动控制功能在反应堆 的各 在系统设计 上 ． 针对小堆 自身特点 ． 考虑在 Ａ Ｐ １ ０ ０ ０的基础 上进 种＿ 丁况条件下为反应堆提供保护和监测 功能。在某些工况下 ， 当某些 行保 护系统 的设计 ， 主要 涉及保护参数 的选取 、 保 护系统结构的设计 ， 保护参数不具备投入条件时 ， 设计有运行旁通 功能。 同时 ， 按 照标准规 保护逻辑的设 计 、 系统接 口设计等 考 虑到模块式小型堆堆型较小 相 范的要求 ． 为每一个安全动作设计直接的手动操作装置从而提供手 动 对于 Ａ Ｐ Ｉ Ｏ ０ ０的系统设计 ． 模块式小 型堆 的 自动卸压 系统 由四级卸压 改为 了三级卸压 ． 并取消了对应的卸压阀和隔离阀的设置 。在停堆逻 控 制 的 能力 。 辑的设计上 ． 对 ＡＰ １ ０ ０ ０三代核 电技术 的反 应堆保护 系统 中停堆逻辑 进行 了改进 ． 进一步完善了系统设计 。 ２ 技 术 特 点
模 块式 小型堆 的设计 以现有压水堆技术为 基础 ． 满 足现行有效 的 核安全法规及导则的要求 ． 同时参照 国际原子能机构所颁 布的有效安 全标准的要求 ． 具备 严重事故 预防与缓解措施 ； 同时吸收福 岛核 电站 事故的经验反馈 ． 考虑应对福 岛核 电站事故 的相关改进和措施。 综合对国内 Ｍ ３ １ ０ 堆型以及 Ａ Ｐ Ｉ Ｏ ０ ０ 保护 与安全 监测 系统的设计 总结和 比较 ． 得 出以下结论 ： Ｍ ３ １ ０ 堆 型保护 系统设计结构 严谨 、 可靠 ， 但是其系统 结构与采用第 ３ 代 核电技术 的模 块式小型堆堆型 的工艺 系统不宜匹配 ： Ａ Ｐ Ｉ Ｏ ０ ０是三代非能动 电厂 的典 型代 表 ， 其保护系统结 合 了所采用 的 ＤＣ Ｓ平 台的特点 ．在保护系统 的结构和设计 上有较大 变化 它们有各 自的特点 ． 考虑到模块式小 型堆的堆型新增了三代核 电厂的功能要求 。 所以在设计 上更多的借鉴于 Ａ Ｐ Ｉ Ｏ ０ ０ 。
小型模块化反应堆综述
Nuclear Science and Technology 核科学与技术, 2020, 8(3), 91-102Published Online July 2020 in Hans. /journal/nsthttps:///10.12677/nst.2020.83011A Review of the Small Modular ReactorJiange Liu, Gang Chen, Jue Wang, Chen Hu, Jia Liu, Xiaohui Zhang2nd Ship Design and Research Institute, Wuhan HubeiReceived: May 25th, 2020; accepted: Jun. 21st, 2020; published: Jun. 28th, 2020AbstractThis paper introduces the meaning, development history and function of small modular reactors (SMRs), and the opportunities and challenges to realize commercial deployment. The technical cha-racteristics, application, operation reliability and economy of SMRs with different types of coo-lants are studied. The method to realize the basic safety functions of SMRs is analyzed. Finally, the research status and future development trend of SMR in the world are summarized.KeywordsSmall Modular Reactor, Coolant, Reactor小型模块化反应堆综述刘建阁，陈刚，王珏，胡晨，刘佳，张晓辉第二船舶设计研究所，武汉湖北收稿日期：2020年5月25日；录用日期：2020年6月21日；发布日期：2020年6月28日摘要本文介绍了小型模块化反应堆(SMRs)的含义、发展历史演变和作用、实现商业部署的机遇和挑战。
小型模块化反应堆控制方法综述
2024 年 3月第 61 卷 第 2 期Mar. 2024Vol. 61 No. 2四川大学学报（自然科学版）Journal of Sichuan University （Natural Science Edition ）小型模块化反应堆控制方法综述张薇薇1， 何正熙2， 万雪松1， 刘方圆3， 邓科1， 肖凯2， 罗懋康1（1.四川大学数学学院，成都 610064； 2.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213； 3.中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室， 成都 610213）摘要: 小型模块化核反应堆具有建造周期短、安全性高、运维成本低、适应性强、应用领域广等显著优势，广受世界各国关注，也是我国的战略性需求.发展具有自适应、强鲁棒、高可控和高可信特性的新型控制方法，有效降低甚至消除对控制人员值守的依赖，是小型模块化核反应堆的一个重要发展趋势.智能化、自动化的反应堆控制系统通过高效的控制动作来实时跟踪负荷需求，进而有效提高反应堆的稳定性、可靠性和安全性.本文对小型模块化核反应堆控制方法的研究现状进行了综述.本文首先回顾了基于经典控制理论的传统PID 控制方法的原理及其优缺点，然后总结了当前应用于反应堆控制系统的一些高精度、高效率智能控制方法，如模糊控制、神经网络控制、智能优化控制、复合控制方法等的主要特点.最后，针对当前小型模块化反应堆控制系统的应用需求和技术难点，本文对智能控制方法的可能发展方向进行了展望.关键词: 小型模块化反应堆； 反应堆控制； PID 控制； 智能控制； 复合控制中图分类号: O29 文献标志码: A DOI : 10.19907/j.0490-6756.2024.020001A review on the control methods in small modular reactorsZHANG Wei -Wei 1， HE Zheng -Xi 2， WAN Xue -Song 1， LIU Fang -Yuan 3，DENG Ke 1， XIAO Kai 2， LUO Mao -Kang 1（1.School of Mathematics ， Sichuan University ， Chengdu 610064， China ； 2.Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory ， Nuclear Power Institute of China ， Chengdu 610213， China ；3.Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory ， Nuclear Power Institute of China ，Chengdu 610213， China ）收稿日期:2023-10-26基金项目: 基于机器学习的复杂系统模型机理数据融合技术研究(SCU ＆DRSI -LHCX -6)作者简介: 张薇薇（1995—）， 女， 河南开封人， 博士研究生， 主要研究方向为人工智能.E -mail: lfyzwscu@ 通讯作者: 何正熙.E -mail: hezhengxi0002@特 约 综 述何正熙，男，中共党员，研究员级高级工程师，长期从事核电站仪表与控制系统相关研究设计工作，申请专利百余件，公开发表论文30余篇，负责制定IEC 国际标准1项、国家标准1项、能源行业标准2项，获省部级二等奖3项、三等奖5项，荣获中核集团彭士禄核动力创新青年人才、中国核能行业协会青年优秀创新人物等荣誉称号.第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期Abstract: Due to the significant advantages such as short construction cycle， high safety performance， low operation and maintainence costs and strong adaptability， the small modular reactors （SMRs） have long been a focus of researchers around the world.Nowadays，it has also become a strategic need of our country.Re‑cently， it has been clear that one of the promising development directions of intelligent control systems of the SMRs lies in the unmanned control systems therein some advanced control methods are applied with high ro‑bustness and reliability.These control systems can track load demand in real-time through efficient control ac‑tions and thus effectively improve the stability， reliability and safety of SMRs.Meanwhile， these systems can also reduce or even eliminate the dependence on operators significantly.In this paper， the mainstream control methods applied in SMRs are briefly reviewed.Firstly，principles and characteristics of the traditional PID control method based on the classical cybernetics are surveyed.Then， some intelligent control methods with higher accuracy and efficiency implemented in the reactor control systems，such as the fuzzy logic inference method， the neural network control method， the compound control method and the composite control method are summarized.Finally， facing to the requirements and technical problems of control systems in the SMRs，some potential research directions of intelligent control methods are prospected.Keywords: Small modular reactor； Reactor control； PID control； Intelligent control； Compound control1 引言随着经济发展和生活水平的不断提高，全球的能源需求持续增长.当前在全球范围内，能源的主要来源依然是煤、石油、天然气等化石能源.这些能源不但污染大，而且在短时间内不可再生［1］，无法满足人类长期可持续的能源需求.因此，发展可再生、安全且清洁的能源技术是解决能源危机的必然选择［2］，核能正是其中一种高效清洁能源［3］.历史上，核反应堆经历了先军用后民用的发展历程.民用反应堆一般通过提升反应堆的功率来降低成本、提高市场竞争力，这就导致核电厂逐渐大型化.另一方面，受到实际功率需求和使用空间的限制，军用核反应堆的功率水平一般远小于民用反应堆，更偏向小型化.相对于大型核反应堆，小型化反应堆普遍采用模块化和一体化设计，并采用非能动安全系统［4-6］，以便有效提高反应堆的安全性和经济性.小型模块化反应堆（Small Modular Reactor，SMR）具有功率密度低、体积小、建造周期短、安全性能高、运行维护成本较低、选址成本低、适应性强、部署灵活性高［7］等显著优势，因而在世界各国得到广泛应用［8-11］.当前，我国对不受环境影响、长寿命且安全可靠的无人化SMR的需求十分迫切.在国家发展改革委、国家能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》［12， 13］中，明确提出我国将继续深入实施创新驱动发展战略，进一步完善核能领域科技研发体系，重点支持SMR的发展和研究.值得注意的是，美国、日本等国家从上世纪九十年代初［14］就已经对SMR及其应用开展了相当规模的研究，而我国在这方面的研究尚处于起步阶段.在确保安全的前提下，无人化SMR能够摆脱对操控人员的值守依赖，提升反应堆的控制效能，是小型模块化反应堆的重要发展趋势之一.SMR高可用性的关键是避免不必要的停堆和减少换料维修时间.这需要有一套具有足够容错性、鲁棒性的高可靠、自动化控制系统.这些控制系统的设计和运转各有其控制方法和策略，具有不同的效能和应用领域.传统的PID控制方法虽然操作简单灵活，静态特性好，且在工程中已有广泛应用［15］，但该方法仅适用于线性时不变系统的控制［16］.对于核反应堆等复杂非线性系统而言［5］，其本身具有较强的模型和参数不确定性，在运行过程中会受到大量外部干扰，因而传统PID控制方法无法很好地控制和处理这些强不确定因素.近年来，随着控制理论的发展［17］，国内外研究者为提高核反应堆控制系统的性能不断探索新的控制方法，逐渐发展出一些智能化的控制和优化方法，较好地解决反应堆控制系统中普遍存在的强耦合、多变量、长时延及非线性等关键控制问题.在此基础上，出现了一些复合控制方法，如神经网络PID控制、模糊神经网络控制等，进一步融第 2 期张薇薇，等： 小型模块化反应堆控制方法综述第 61 卷合了多种智能控制方法.应用这些智能化控制方法，反应堆可以通过更高效的控制动作来实时跟踪负荷需求，显著提高控制效率和安全性能.在本文中，我们系统总结了当前应用于反应堆控制系统中的一些传统和智能化控制方法，分析了经典PID 控制方法以及智能控制方法的机制、优缺点及研究现状.最后，基于应用需求和问题难点，我们展望了SMR 控制方法的发展趋势和研究方向.2 PID 控制方法PID 控制方法不依赖于控制对象的精确数学模型，而是通过控制变量偏差的变化幅度、累积效果和趋势及控制变量之间的简单相互影响关系等使得控制变量的输出逐渐趋近预期的控制效果.PID 控制方法具有原理清晰易懂、易于工业实现、鲁棒性好等优点.PID 控制方法在核反应堆控制系统中已有普遍应用.汪等［18］采用PID 控制方法实现对钍基熔盐堆核能功率的控制.在合适的PID 参数集下，该方法可以实现控制系统的快速响应、良好系统鲁棒性和抗干扰能力.雍等［19］基于压水堆核电厂蒸汽发生器水位模型分别设计了单PID 控制器、串级PID 控制器及双PID 控制器，并分析了每种控制方案的优缺点.多数反应堆控制系统方案基于经典控制论的单输入单输出闭环串级PID 控制方法，其原理如图1所示.该方法主要考虑系统的外部特性，是对系统的不完全外部描述，适用于单输入单输出、线性、定常、集中参数的对象［16］.PID 控制方法的原理简单［16， 20］，且在反应堆长期运行过程中积累了相当多的参数调节经验，因而当前在工程控制领域具有主导地位.但是，传统的PID 控制方法缺乏自调节能力.这就使得该方法在面对复杂控制对象时的响应速度、超调量等指标难以实现进一步优化，因而在非线性系统中难以获得理想的控制效果.此外，常规的PID 控制系统不能自动地适应反应堆运行环境的复杂变化，在面对复杂工况时仍需要反应堆运行维护人员频繁进行手动操作，持续监督系统重要参数的变化，因而对操作人员的专业能力和心理素质要求较为苛刻，可能影响核动力装置的经济效益和安全可靠性.3 智能控制方法核反应堆系统极其复杂，通常无法用数学模型较好地进行概括和近似，从中提取出理想的控制模型.在这种情况下，神经网络、模糊控制等非解析方法可能具有较为明显的优势.3.1 神经网络控制方法不同于经典PID 控制方法，神经网络控制方法不依赖于数学模型，而是从对象的输入输出数据中学习得到仿真模型，避开人为提取被控对象或设计控制器解析模型这一难题.该方法利用智能方法的预测和优化能力将控制系统的设计问题转化为优化问题.由于其具有自学习、非线性、并行计算和强鲁棒性等特点，在控制领域内得到了广泛应用.肖等［21］针对反应堆堆芯具有非线性、时变性等特点，且经典控制方法难以实现全工况内反应堆功率的良好控制的情况，提出了一种反应堆功率的神经网络预测控制方法.他们以国际革新安全反应堆（IRIS ）为研究对象进行了仿真验证，结果表明该方法可以实现堆芯入口温度扰动和变负荷工况下反应堆功率的良好控制.张等［22］采用核电站的真实监测数据，分别优化了基于时间序列的LSTM 和基于特征再提取的CNN 模型，发现基于上述模型可以有效预测核反应堆堆芯热功率分布.Lu 等［23］以KLT -40S 核反应堆堆芯和蒸汽发生器作为研究对象，建立了基于深度学习的核反应堆系统热工参数预测方法，实现了对核反应堆系统热工参数的快速预测.Xiao 等［24］提出了一种小型压水堆的神经网络预测功率控制方法，以解决目前反应堆控制中采用的预测控制算法模型普遍存在识别精度较低的问题.小型压水堆的堆芯在典型瞬态工况下的仿真结果表明，该方法具有良好的负荷跟踪性能和较强的抗干扰能力.袁等［25］设计了一种神经网络监督控制系统，用于船用一体化压水堆功率的控制， 其中的PID 控制器是反馈控制器，神经网络则是前馈控制器，其结构如图2所示.对压水堆功率控制的仿真结果表图1 单输入单输出PID 控制系统原理Fig.1 Block diagram of the single input and single outputPID control principle第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期明，与传统的PID 控制相比，神经网络监督控制具有较强的鲁棒性和自适应能力，能有效地提高控制精度.经过文献调研，我们认为目前将神经网络控制方法应用于小型反应堆控制系统中主要有3种思路：（1）利用神经网络的自适应、自学习功能优化控制系统的参数；（2）建立描述控制对象输入输出的映射关系（模型），即建立输入与输出之间的神经网络模型；（3）与其他方法相结合形成复合神经网络控制［26］，如与进化算法结合实现反应堆功率控制，与鲁棒控制技术结合实现对蒸汽发生器水位的控制等.这种复合控制方法可以将神经网络和其他智能算法的优势结合起来，有望取得较好控制效果.总之，神经网络不依赖数学模型但可以不断逼近模型的函数，其核心是修改激励命令与对象状态之间的映射来提高控制效果，并对网络连接权重进行优化.相对于传统的PID 控制方法，该方法具有诸多优点，如神经网络具有并行机制、模式识别、记忆和自学习能力的特点，能够学习与适应不确定系统的动态特性，能够充分逼近任意复杂的非线性系统，有很强的鲁棒性和容错性，等.但同时该方法也存在参数选择和优化过程复杂、训练时间长、可解释性差、对数据质量的要求较高等不足.3.2 模糊控制方法模糊控制方法的基本思想是把人的操作经验当作控制模型，把模糊语言、模糊集及模糊推理作为数学工具，将准确测量结果模糊化，再经过模糊推理后准确化，进而实现智能控制.基于被控系统的物理特性，模糊控制能够模拟人的思维方式和控制经验，提供一种基于自然语言描述规则的控制规律的新机制.一般而言，凡是无法或难以建立数学模型的问题都可以通过模糊控制方法来解决［27-30］.模糊控制可以忽略对象的输入输出数据，从获取对象的“知识”这一角度出发来认识被控对象，甚至直接从专家和操作人员的知识和经验中形成“model -free ”控制器.模糊推理是模糊控制方法的核心，具有基于模糊概念的拟人化推理能力.该推理过程基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行［31］，其控制单元的基本功能结构如图3所示.模糊控制方法在反应堆控制系统中也有应用.Li 和Ruan ［32］比较了模糊控制、PID 控制及自适应模糊控制等控制方法在反应堆控制方面的效果，发现模糊控制与PID 控制相比具有较好的灵活性、鲁棒性，而且先进模糊控制可以动态调整规则库，具有更强的鲁棒性.Kim 等［33］设计了一种用于稳定蒸汽发生器水位的智能模糊控制器，获得了良好的控制效果.Rojas -Ramírez 等［34］提出一种控制反应堆功率调节至设定值的自适应模糊控制系统，通过建立李雅普诺夫函数来保证系统的稳定性，实现反应堆在安全范围内快速调节到设定功率的目的，减少了运行过程中的功率波动.原和黄［35］针对核蒸汽供应复杂系统的控制问题，提出了一种基于T -S 模糊控制器的控制系统.仿真结果表明，该方法比传统的线性PI 控制器具有更好的控制效果.贾等［36］在多用途重水研究堆上研究了功率调节系统的模糊控制，设计了Mamdani 型二维模糊功率控制器.仿真结果显示，其反应堆功率调节系统在采用该模糊控制器后是稳定的，并且负荷跟随特性良好，其控制性能优于经典PID 控制器.综上，在小型反应堆控制系统的应用中，相比PID 控制方法，模糊控制方法无需被控对象的精准数学模型，具有强鲁棒性，且处理过程模仿人的思维，更适用于解决小型反应堆控制过程中非线性、强耦合、时变滞后等方面的问题，并在一定程度上图2 压水堆功率控制系统原理［26］Fig.2 Block diagram of the PWR power control systemprinciple［26］图3 模糊控制单元的基本功能结构Fig.3 Basic functional structure of a fuzzy control unit第 2 期张薇薇，等： 小型模块化反应堆控制方法综述第 61 卷抑制噪声.但是，由于信息的模糊处理容易导致系统的控制精度降低，并且该方法缺乏系统性，无法定义控制目标，因而该方法在小型反应堆的控制应用中需要与其他控制方法结合才能达到更好控制效果.3.3 专家系统控制方法1983年， Astrom ［37］首先将专家系统引入智能控制领域，并于1986年正式提出了专家控制的概念.专家系统可以处理定性、启发式的或不确定的知识信息，通过推理［38， 39］来实现任务目标.基于专家系统发展而来的专家控制方法具有许多领域专家的知识和经验，能够解决专门性问题.该控制方法改变了传统控制方法依赖数学模型的方式，实现了知识模型与数学模型、知识处理技术与控制技术的结合［40， 41］，有利于解决复杂非线性系统的控制难题.按照作用机理，我们可将专家控制系统的结构类型分为直接型专家控制和间接型专家控制两种［42］.直接型专家控制系统直接控制生产过程与被控对象，其原理如图4所示.该控制器的任务和功能相对简单，专家系统直接被包含在控制回路中，直接给出控制信号来控制被控过程.在每一个采样时刻，控制系统均需要专家系统根据知识库规则和测量过程信息推导给出控制信号，因而该类控制系统对推理速度的要求较高.间接型专家控制是常规PID 控制器、自适应控制和专家系统的结合，其控制原理如图5所示.该方法的作用方式是根据系统运行情况调整控制器参数，选择合适的控制方法［41］，以实现优化适应、协调、组织等高层决策的智能控制.间接型控制器可以实现优化、适应、协调、组织高层决策.目前，专家控制与其他控制方法的结合在反应堆控制中更为普遍.陈等［43］针对核电厂系统的故障特征建立了一个专家系统，通过引入Rough 集理论来解决专家系统中的知识获取问题.该方法可以准确诊断系统中的故障问题.彭和余［44］为解决识别核动力装置的故障问题，采用面向对象的模糊Petri 网知识表示方法对专家系统的知识库进行改进.这种改进的专家系统可以准确地识别系统故障.Liao 等［45］开发了一种反应堆冷态功能试验智能专家系统，改变了依靠人工读取、传输和处理数据的传统低信息化测试方法，该系统具有试验过程控制、实时数据采集与结果分析和数据存储等功能.综上，专家控制方法是在控制闭环中加入经验丰富的控制专家，控制系统作为工具可以自行选择各种方法，本质上是对“控制专家”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展，具有透明度高、灵活性强、知识信息处理系统强等优点.但该方法需要获得专家知识，因而建造通用专家开发工具，并且稳定性和可控性理论分析较难.4 智能优化方法近年来，随着优化理论的不断发展，除了前面提到的模糊控制、神经网络控制等方法之外，还有许多智能优化算法被用于解决反应堆控制系统中的参数优化问题.这些算法主要包括粒子群算法、遗传算法、禁忌搜索算法等.遗传算法（Genetic Algorithm ， GA ）是由密歇根大学的Holland 教授于1962年首次提出的，其基本思想是模拟生物进化中优胜劣汰、适者生存的法则，根据适应度函数衡量解的品质并通过复制、交叉等动作筛选个体，提高群体的适应度，进而迭代得到当前最优，最终得到全局最优［39， 46］.该算法适用于解决非线性、非凸、多峰等复杂函数的优化问题［47， 48］.应用遗传算法，Panda 和Padhy ［49］对核反应堆的电力系统稳定器和输电系统控制器进行了协调控制，给出了各扰动条件下电力系统的非线性仿图4 直接型专家控制系统原理Fig.4 Block diagram of the direct expert control systemprinciple图5 间接型专家控制系统原理Fig.5 Block diagram of the indirect expert control systemprinciple第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期真结果，验证了该方法的有效性.刘等［50］设计了一种反应堆平均温度线性自抗扰控制器，采用遗传算法优化控制器参数，解决了自抗扰控制器参数不易整定的问题.仿真结果表明，该优化方法对控制器参数进行优化是有效的，且具有良好的鲁棒性.Wan和Zhao［51］采用带精英策略的非支配排序遗传算法，对AP1000反应堆轴向功率分步控制系统中冷却剂平均温度（Tavg）通道的超前/滞后时间常数和功率偏差通道的非线性增益进行了多目标优化，以阶跃瞬态时反应堆功率的超调量和Tavg超调量作为最小为优化目标.结果表明，优化后的反应堆功率和Tavg控制效果能够得到明显改善.粒子群优化算法（Partical Swarm Optimiza‑tion， PSO）是Eberhart和Kennedy受到鸟群觅食行为的启发于1995年提出的一种基于群体协作的随机搜索算法［52］.该算法通过个体之间的协同合作寻找适应度最小的最优解.同遗传算法相比，该算法需要调整的参数更少，更易实现.目前，粒子群算法已被广泛应用于反应堆控制系统中函数优化、神经网络训练、模糊系统控制等方面［53］.Wang等［54］采用惯性权重线性递减的粒子群优化算法对AP1000反应堆轴向功率分布控制系统进行了参数优化，优化过程以Tavg控制回路中的超前/滞后时间常数和磁滞回环区间域的上、下限为优化变量，以减小核功率偏差和M棒组的移动步数为目标构建目标函数，同时在目标函数中增加罚函数，以保证在优化过程中所选取的优化变量满足约束条件，并使AO棒组始终在其目标控制带之内.结果表明，优化后的反应堆功率和轴向功率偏差在瞬态过程中的超调量减少、响应速度加快.5 复合控制方法复合控制方法是近年来控制论研究领域的热点之一，它融合了多种智能控制方法，将模糊推理、神经网络、PID控制、智能优化等控制方法交叉融合，以进一步提高控制系统的性能.目前，该方法在实验验证中已经取得了良好的控制效果. 5.1 智能PID控制方法随着控制论、计算机技术相关理论和方法的发展，在传统PID控制方法的基础上，部分研究者将PID控制方法与其他智能控制或优化方法相结合，提出了多种新的PID控制方法.其中比较典型的有神经网络PID控制、模糊PID控制方法以及基于智能优化的PID控制方法，等.5.1.1 神经网络PID控制方法 在小型反应堆控制系统中，PID控制是最常用且不依赖模型的控制方法，其控制效果依赖于比例、积分和微分系数的选取是否准确.但是，反应堆系统的复杂性、模型的不确定性使得比例、积分和微分增益的选取较为困难，进而影响到控制效果.神经网络与PID 控制器相结合的控制方法可以很好地抑制PID控制器所产生的超调问题，提高控制系统的稳定性、可靠性和灵活性.神经网络和PID控制方法相结合主要有以下几种方式：（1）将神经网络作为优化工具在线调整PID控制控制系统的参数；（2）将神经网络与PID控制器连接，通过优化神经网络的连接权值来调整PID控制器的参数；（3）神经网络作为控制器，将PID控制方法融合到神经网络结构中；（4）PID神经网络多变量解耦控制，等.Kong等［55］提出了一种基于径向基函数的神经网络蒸汽发生器液位PID控制策略，通过RBF神经网络对蒸汽发生器的数学模型进行辨识，然后根据过程的特征变化对PID参数进行调整.仿真结果表明，该方法能够根据过程的动态特性自适应优化PID控制器的参数，表明这个控制策略是有效的.肖等［56］为了实现PID控制器参数的在线调节，利用BP神经网络的自适应能力对PID参数进行实时整定，建立了堆芯功率BP神经网络PID 控制系统.仿真结果表明，BP神经网络PID控制方法与传统的PID控制方法相比具有超调量小、响应速度快等优点，控制效果好.Ding［57］提出了一种基于模糊神经网络模型的PID神经网络控制方法，采用模糊神经网络模型和梯度下降法在线调整PID神经网络权值，并将该方法应用于循环流化床锅炉床层温度控制.Govin‑dan和Pappa［58］设计了一种基于反馈线性化在线学习的神经网络自适应控制器，采用基于改进增量规则和投影算法的在线权值调整算法在线调整神经网络卡和PID控制器的参数，以解决高阶点动态压水堆（PWR）在局部、全局负荷跟随和应急工况下功率水平跟踪问题.该方法具有更快的响应速度、较好的自适应性和较小的稳态误差.Liu和Xia［59］针对PID控制器无法对复杂系统进行有效控制的问题，设计了一种基于有监督。
核能技术的创新与发展趋势：小型模块化反应堆与熔盐堆等
核能技术的创新与发展趋势：小型模块化反应堆与熔盐堆等核能技术是一项重要的能源领域创新与发展趋势。
本文将介绍小型模块化反应堆和熔盐堆两种核能技术，并探讨它们的应用和其他专业性角度。
一、小型模块化反应堆1. 定律：核能技术的基础是核裂变定律，即重核的裂变过程。
2. 实验准备：a) 设计出满足安全要求和高效输出的小型模块化反应堆结构；b) 选择适当的燃料，如铀或镎等；c) 研究和设计核反应堆的控制系统，确保反应过程的稳定。
3. 实验过程：a) 将燃料装填至反应堆中，并控制核链反应过程；b) 使用冷却剂（如氦气或液态金属钠）吸收燃料释放的热量，并产生蒸汽；c) 利用蒸汽驱动涡轮机转动发电机，产生电能。
4. 应用：a) 小型模块化反应堆具有灵活性和适应性强的特点，可以根据实际需求进行规模扩展，满足不同地区的电力需求；b) 可以作为安全、可靠的替代能源，减少对传统能源的依赖，降低温室气体排放。
5. 专业性角度：a) 研究和优化反应堆结构和控制系统，提高反应效率和安全性；b) 探索新型燃料和冷却剂，改进核能技术的性能；c) 分析和模拟反应过程中的热力学和动力学特性，以优化设计和运行参数。
二、熔盐堆1. 定律：熔盐堆利用了核聚变定律，即轻核的聚变过程。
2. 实验准备：a) 设计出适应熔盐堆运行的反应堆结构，如托卡马克装置；b) 研究和开发燃料，如氘氚等；c) 研究控制和稳定聚变反应的方法。
3. 实验过程：a) 利用高温等离子体（等离子体是气体中的电离状态）进行核聚变反应，产生巨大的能量；b) 利用高能中子和热粒子的冲击力，驱动涡轮发电机转动以产生电能。
4. 应用：a) 熔盐堆具有高能密度和可持续性的优势，可为人类提供大量廉价且清洁的能源；b) 可有效解决能源短缺和环境问题，推动可持续发展。
5. 专业性角度：a) 研究和解决熔盐堆高温等离子体的稳定性和控制问题；b) 开发新型燃料，提高聚变反应的效率和稳定性；c) 探索聚变反应过程中材料的抗辐射和高温性能，提高反应堆的寿命和安全性。
小型模块化反应堆的经济性分析
小型模块化反应堆的经济性分析哎呀，说起小型模块化反应堆，这可是个挺新鲜又挺重要的话题呢！先来讲讲啥是小型模块化反应堆哈。
这就好比咱们平常拼乐高积木，一块一块的小模块，组合起来就能变成一个完整的东西。
小型模块化反应堆也是这个道理，它是由一个个相对较小的模块组成的核能发电装置。
咱就拿建造成本来说吧。
一般来说，建造一个大型的核电站，那可真是个烧钱的大工程。
但小型模块化反应堆呢，因为它规模小，相对来说建造起来就没那么复杂，成本也就低一些。
比如说，不需要像大型核电站那样大规模的土地和基础设施建设，这就省了好大一笔钱。
我之前去参观过一个小型模块化反应堆的建设工地，那场面真是让我印象深刻。
工人们有条不紊地工作着，每个模块的制造和安装都有严格的流程。
我注意到，那些模块的零部件都是在工厂里提前生产好的，然后运到工地直接组装，这可比在现场一点点建造要高效得多，也能更好地控制成本。
再说说运行和维护成本。
小型模块化反应堆的设计通常比较简单，操作也相对容易，这就意味着需要的运维人员没那么多，人力成本也就降低了。
而且，因为模块小，万一出了点问题，维修起来也相对方便，不会像大型核电站那样一有问题就“伤筋动骨”。
还有燃料成本这一块儿。
小型模块化反应堆对燃料的利用效率比较高，能节省不少核燃料。
这就好比同样的油，小型车比大型车能跑得更远一个道理。
不过呢，小型模块化反应堆也不是没有挑战。
比如说，它的发电量相对较小，可能在大规模供电方面就有点力不从心。
但对于一些偏远地区、小型工业或者特殊用途来说，那可真是再合适不过了。
总的来说，小型模块化反应堆在经济性方面有它的优势和潜力。
随着技术的不断进步和成本的进一步降低，说不定未来它能在能源领域大放异彩呢！不知道您对小型模块化反应堆的经济性是不是有了更清楚的了解？反正我是觉得，这玩意儿还挺有搞头的，说不定能给咱们的能源供应带来新的变化！。
小型模块式反应堆“经济学”
小型模块式反应堆“经济学”世界有核国家都在研发小型模块式反应堆（SMR），美国尤甚。
究其原因，很简单，主要是经济成本。
现在运行或在建的大型核电机组（特别是所谓的“第三代”压水堆），非常复杂，标准严格，是能源领域最难的，是巨大的设计工程壮举，除大型国营企业外，民营、私营财团“消受”不起。
这也是美国核能走“下坡路”的重要原因。
要说美国运行的几乎所有核电机组，建设“筹措”的资本早就“回收”完了，应该很便宜。
但天然气资源更便宜。
在向低碳能源转变的大背景下，风能、太阳能发电是发展的“主流”，成本也在大幅度“下跌”，社会大众对核电“衰败”并不特别“上心”。
但是，核电有自身存在的价值。
这个世界，不可能100%靠可再生能源支持。
况且核电的燃料成本低，机组的可靠性和可利用率高，寿命长。
如果适当维护，可以运行60-80年，甚至更长时间，为人“诟病”的核废物和燃料“闭环”都是技术问题，是完全可以解决的。
SMR有独特的优势：规模小，可在工厂制造，质量有保证；前期准备时间短，建成的单位成本较低；工艺设计简化，尽可能少用泵和阀门，固有安全性能高。
特别是轻水冷却的SMR，技术成熟度高，有几个设计已经证明可以取消核电厂场址边界外的应急准备，即使发生什么事故，对周围公众的健康和安全没有影响。
美国前任能源部长欧尼斯特•莫尼兹也说，SMR能给电力公司提供的灵活性，大型核电工程并不具备。
特别是未来可再生能源大发展，需要核能弥补它的固有缺陷。
SMR商用化的可能和优势需要验证：目前开发SMR的主要障碍是筹集建设资金。
新堆取证和详细设计时间长，费用高，而且很难证明巨额的投资能获得回报，需要有雄厚的财力和耐心。
总部在美国的小型模块式反应堆启动联盟（SMRStart）最近发布报告说，它发现SMR可与天然气发电机组的成本不相上下，条件是新技术所面临的“同类首堆”通常面临的风险得到妥善解决。
这个组织去年1月由SMR开发商和潜在的客户组成，旨在支持美国的SMR业务[5]。
先进核反应堆及多用途模块化小型堆建造与技术开发方案(五)
先进核反应堆及多用途模块化小型堆建造与技术开发方案一、实施背景随着全球能源需求的不断增长，以及对环境保护的要求日益提高，清洁能源的发展变得尤为重要。
核能作为一种清洁、高效的能源形式，具有巨大的潜力。
然而，传统的大型核电站建设和运营成本高昂，而且存在安全风险。
因此，开发先进核反应堆及多用途模块化小型堆成为了当前核能发展的重要方向。
二、工作原理先进核反应堆及多用途模块化小型堆采用先进的反应堆技术，具有更高的燃烧效率和更低的核废料产生率。
其核心原理是利用核裂变反应产生的热能，通过热交换器将热能转化为蒸汽，然后使用蒸汽驱动涡轮机发电。
同时，该堆还可以利用余热进行其他工业用途，如海水淡化、氢气生产等。
三、实施计划步骤1. 技术研发阶段：开展核反应堆设计、燃料元件研发、材料研究等工作，确保核反应堆的安全性和高效性。
2. 建设阶段：选择合适的建设地点，进行核反应堆的建设，包括堆芯、冷却系统、控制系统等的安装和调试。
3. 运营阶段：进行核反应堆的运营和维护，确保核反应堆的安全运行，并及时处理核废料等副产物。
四、适用范围先进核反应堆及多用途模块化小型堆适用于各种能源需求较小的地区，如岛屿、偏远地区等。
同时，该堆还可以用于一些特殊的工业用途，如海水淡化、石油提炼等。
五、创新要点1. 先进的反应堆技术：采用先进的反应堆设计和燃料元件，提高燃烧效率和核废料产生率。
2. 多用途模块化设计：将核反应堆与其他工业用途相结合，充分利用核能的余热，提高能源利用效率。
3. 安全性保障：通过严格的设计和运营措施，确保核反应堆的安全运行，减少安全风险。
六、预期效果1. 节约能源成本：先进核反应堆及多用途模块化小型堆具有更高的燃烧效率，可以降低能源成本。
2. 减少环境污染：与传统燃煤发电相比，核能发电不会产生大量的二氧化碳和其他污染物，对环境影响较小。
3. 提高能源供应可靠性：多用途模块化小型堆可以满足不同用途的能源需求，提高能源供应的可靠性。
国机重装小型模块化反应堆
国机重装小型模块化反应堆
国机重装是中国的一家国有企业，专注于核能领域的研发和生产。
小型模块化反应堆是一种新型的核能技术，具有体积小、灵活性强、安全可靠等特点。
国机重装小型模块化反应堆是利用先进的核能技术，将核能转化为电能或热能的装置。
它采用了模块化设计，可以根据需要进行灵活组合和扩展。
与传统的大型核电站相比，小型模块化反应堆的体积更小，建设周期更短，适用于各种规模不同的能源需求。
小型模块化反应堆具有很多优势。
它可以提供可靠的电力和热能供应，满足不同地区的能源需求。
由于体积小，可以灵活地部署在各种环境条件下，包括偏远地区和海上平台等。
小型模块化反应堆具有高度的安全性，采用了先进的passcode控制系统和多重安全保护措施，确保了设备的安全运行。
国机重装在小型模块化反应堆领域取得了重要的突破和进展。
他们致力于研发先进的核能技术，提高反应堆的效率和安全性。
国机重装也注重环保和可持续发展，将小型模块化反应堆作为清洁能源的一种重要选择，为中国乃至全球的能源结构转型做出贡献。
国机重装小型模块化反应堆是一种新型的核能装置，具有体积小、灵活性强、安全可靠等优势。
它将成为未来能源领域的重要趋势，为中国的能源结构转型和可持续发展做出积极贡献。
模块式小型反应堆
• 堆芯一体化设计 • 非能动安全系统及措施：
应急堆芯冷系统（ECCS）非 能动设计自然循环 • 模块可扩容至10台以上机组 • 安全壳地下布置方式：将安全 壳、乏燃料水池和最终热阱布 置在地下，从而大大提高了核 电厂的安全性。核电厂内还可 以贮存整个电厂寿期内所有乏 燃料 • 核电厂占地面积40英亩
一体化堆芯设计
压力边界的一次侧和二次侧
专设安全设施
固有安全性及专设安全设施
• 堆芯线性热效率较低 • 一回路冷却系统容量较大 • 高位置的小型贯穿件 • 提供长期的余热排出功能 • 在LOCA情况下，自动提供压降措施。 • 换料水贮存箱可以长期提供应急的冷却水 • 非能动安全壳冷却系统有助于安全壳降温 • 具备堆腔淹没能力 • 在ATWS工况下，提供可溶硼的注入
CF2截短型组件
燃料组件活性段高度
2150㎜
燃料组件数量
57组
ACP100主要性能指标
主要性能指标
数值
机组名义电功率
～100MW
机组水电联供产出（最大水量） 5万吨水/天
+59MWe
工艺供热蒸汽参数
250 ℃，4MPa
工艺供热蒸汽最大产量
450t/h
城市区域供热/回水温度
125 /65℃
双堆城市区域供热面积
小型高压安全壳
• 采用球形钢制安全壳结构 形式 ，其设计承压能力至 少可以高出3倍
• 燃料组件通过位于安全壳 上方的换料装置从压力容 器内垂直向上提升，直接 放入燃料操作和储存区域。 因此在安全壳内部无需设 置换料设备
• 所有的重型反应堆设备利 用通过换料装置上方的桥 式吊车来从安全壳密闭封 头吊入至压力容器
小型模块式反应堆开发的意义
小型模块式反应堆开发的意义
小型模块式反应堆是一种新型的反应堆技术，其核心部件由多个小型模块组成，具有更高的安全性、灵活性和可靠性。
小型模块式反应堆的开发有着重要的意义。
首先，小型模块式反应堆可以提高核能的利用效率。
传统的大型核反应堆需要庞大的设施和固定的运行模式，而小型模块式反应堆可以根据需要进行组装和布局，使得核能更加灵活地被利用。
其次，小型模块式反应堆有望在解决多个领域的能源需求方面发挥作用。
例如，小型反应堆可以作为船舶和飞机的动力源，也可以为偏远地区提供电力支持。
最后，小型模块式反应堆的安全性能更加优越。
由于其核心部件由多个小型模块组成，一旦出现故障，只需要将故障模块更换即可，不会对整个反应堆产生影响。
此外，小型模块式反应堆还具有自动关机和自动冷却等安全保护功能，可以大大减少核事故的发生率。
综上所述，小型模块式反应堆的开发具有重要的意义，可以提高核能利用效率，解决多个领域的能源需求，以及提升核能的安全性能。
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核岛厂房——安全壳地下布置
总平面布置图展示
总平面布置图展示
总平面布置鸟瞰图
韩国SM功率/电功率
330MWt/ 100MWe
海水淡化能力
40000m3/日
电厂可利用率
＞90%
运行压力
15MPa
堆芯出/入口温度 310℃ /270℃
反应堆堆芯
高:2m直径:1.832m
• 双层安全壳，内层为真空、耐 压的钢制容器，用于包容事故 中一回路的泄漏物，外层为通 常核电站采用的混凝土安全壳
海水淡化设备
• MED-TVC海水淡化技术， 采用的是热压缩原理。用 高压蒸汽在TVC中吸入末 效或中间效蒸发器产生的 部分低压二次蒸汽，将其 提升压力和温度后作为一 效蒸发器的加热蒸汽，达 到低压蒸汽重复利用的目 的。它可利用高压蒸汽的 能量，避免了工作蒸汽直 接减温减压造成的蒸汽能 量损失
一回路冷却剂运行压力 堆芯出/入口温度 压力容器 蒸汽发生器 主泵
主要参数
530MWt 气冷式冷凝器：155MWe 水冷式冷凝器：180MWe
69组（17×17正方形栅格排列） ＜5%/ 4.5年 69组电动液压控制棒驱动机构，无需可溶硼参与 正常的反应性控制
14.1MPa 320℃ /297℃ 直径：13英尺，高度：83英尺，净重： 628吨 直流式蒸汽发生器（OTSG） 8组内置主泵（其中电动机部分外置）
专设安全设施
• 由反应堆停堆系统、非能动余 热排出系统、应急堆芯冷却系 统、反应堆超压保护系统和钢 制安全壳组成
• 应急情况下通过注硼操作，作 为备用的非能动停堆系统
• 非能动余热排出系统（4套）连 接蒸汽发生器，带走余热，自 然循环运行 ，72h内无需人为 干涉
• 相互独立的应急堆芯冷却系统 （2套）由压力差自动开启，保 证堆芯淹没
国际革新型安全反应堆 （IRIS）
核电厂主参数
热功率/电功率 1000MWt/ 335MWe
设计寿命
60年
可利用率
＞95%
主冷却剂流量
4700kg/s
运行压力
15.5MPa
堆芯出/入口温度 328.4℃/ 292℃
燃料组件
89盒17×17；高度5207mm
控制棒组件
37组；吸收体数量24根
压力容器
内径：6210mm，体壁厚：285mm，总高度：21300mm
蒸汽发生器
8台立式、螺旋管状，高度：8500mm
主要设计特点
• 标准的燃料组件（U-235富集度小于5%） • 主系统无需可溶硼参与正常反应性控制 • 标准的发电及BOP系统和组件 • 冷凝器可以采用空气冷凝与水冷冷凝两种方式 • 灵活的电网接口（50Hz或60HZ） • 数字化仪控系统
堆芯热功率 发电功率
燃料组件 燃料富集度/换料周期 反应性控制
发电及辅助系统（BOP）
BOP及厂房布置
• 提供两种冷凝二回路蒸汽的方式：空气和水冷冷凝器 • 采用了常规的蒸汽循环设备（易于维修和更换） • 引入了多种非能动系统和其他的安全设施，在不需要
任何BOP系统工作的条件下，可冷却堆芯中的燃料长 达72个小时 • 核岛厂房布置采用了地下布置方式——安全壳、乏燃 料水池及最终热阱的地下布置大大提高了核岛的安全 性。安全壳采用了钢制安全壳结构，形成了反应堆的 第三道屏障 • 安全壳具有较大的容积和容量，在基准事故工况下， 可以有效的限制安全壳内压力的上升 • 可以同步进行换料停堆和NSSS系统设备检修，节省停 堆时间并提高经济性 • 安全壳地下布置，兼顾了核电厂与周围环境的保护和 共同和谐发展
燃料二氧化铀
富集度4.95%， 57盒，排列：17×17； 264根燃料元件棒
控制棒组件
25组；控制棒导管数24根
蒸汽发生器
8台，螺旋管状；设计寿命：15年
主泵型式
4台，单级轴流屏蔽电机泵
压力容器
内径：4072mm；壁厚： 264mm；设计寿命：60年
电厂设计寿命
60年
换料周期
＞3年
反应堆冷却剂系统 循环方式：强迫循环
300 MWe 100 MWe 25 MWe 311 MWe 100 MWe
堆型 PWR BWR PWR PWR PWR PWR HTR HTR
FNR FNR FNR FNR MSR
研发公司 OKBM, 俄罗斯 Atomenergoproekt, 俄罗斯 CNEA & INVAP, 阿根廷 Westinghouse国际联队 KAERI, 南韩 B&W美国 Eskom, 南非 General Atomics (美国), Rosatom
模块式小
2013
型反应堆
年11月
国际小堆核电站研发情况
小型堆研发概况
名称 KLT-40S VK-300 CAREM IRIS SMART mPower PBMR GT-MHR
BREST SVBR-100 Hyperion PM Prism FUJI
电功率 35 MWe 300 MWe 27-100 MWe 100-335 MWe 100 MWe 180MWe 80 MWe 285 MWe
• 模块化设计： 单个模块输出电功率： 180MWe
• 堆芯一体化设计 • 非能动安全系统及措施：
应急堆芯冷系统（ECCS）非 能动设计自然循环 • 模块可扩容至10台以上机组 • 安全壳地下布置方式：将安全 壳、乏燃料水池和最终热阱布 置在地下，从而大大提高了核 电厂的安全性。核电厂内还可 以贮存整个电厂寿期内所有乏 燃料 • 核电厂占地面积40英亩
(俄罗斯)联队 RDIPE, 俄罗斯 Rosatom/En+,俄罗斯 Hyperion, 美国
GE-Hitachi, 美国 ITHMSO，日本-俄罗斯-美国联队
一体化压水堆小堆
• mPower • SMART • IRIS
B&W 美国 KAERI, 南韩
Westinghouse 国际联队
mPower主要设计特点
一体化堆芯设计
压力边界的一次侧和二次侧
专设安全设施
固有安全性及专设安全设施
• 堆芯线性热效率较低 • 一回路冷却系统容量较大 • 高位置的小型贯穿件 • 提供长期的余热排出功能 • 在LOCA情况下，自动提供压降措施。 • 换料水贮存箱可以长期提供应急的冷却水 • 非能动安全壳冷却系统有助于安全壳降温 • 具备堆腔淹没能力 • 在ATWS工况下，提供可溶硼的注入