(完整版)小型核动力堆

小型核动力堆

小型核动力堆

来源：中核集团新闻宣传中心日期：2006-12-29

[据澳大利亚铀信息中心核问题简报2002年6月刊消息] 目前全世界重新对小型且简单的核能发电和产热机组发生兴趣。这一兴趣的产生原因在于

降低资本成本和提供远离主电网系统电力的愿望。虽然涉及多种技术，但

最主要的是利用高温氦气来直接驱动汽轮机。

随着上个世纪50年代有核电生产以来，反应堆的规模已经从60MWe增加至1300MWe以上。同时还有数百座小型反应堆建造用于海军（热功率高

达190MWe）和中子源，在小型机组的工程建设方面积累了丰富的专业技

术。

今天，由于通过蒸汽循环的大型发电动力堆的高资本成本，以及对于公众

认识的考虑，世界上有开发较小型机组的趋势。这些小型机组可以单独建

造，或者作为大型综合设施的模块，容量可以根据需求递增。规模的经济

性随着数量的增加而提高。目前也在开发用于偏远地区的小型机组。国际

原子能机构（IAEA）将"小型"定义为300 MWe以下。

目前最重要的模块项目是南非发起开发的110 MWe球床模块堆。美国为首的一个小组正在开发一种285 MWe的模块设计。这两种设计都是直接

驱动汽轮机，利用氦气作为冷却剂，高温运行。它们是在上世纪60和70年代的几个创新型反应堆取得经验的基础上建造的。

一般来说，对现代小型发电反应堆的期望是设计简单，规模生产经济，场

地费用下降。很多堆的设计是故障情况下高水平的无源或固有安全性*。

（注：传统反应堆安全系统是"有源的"，即它们涉及到根据指令进行电气或机械操作，其中有部分设计的系统无源操作，如压力释放阀

等。它们都要求相应的备用系统。固有安全仅依靠诸如对流电流、重力或

抗高温等物理现象，而不是工程部件发挥功能。）

有些堆设计用于远离输电网且负荷小的地区，还有些堆设计群堆运行以与

大型机组竞争。美国能源部估算的50 MWe机组的发电成本为 5.4～10.7美分/千瓦时（阿拉斯加和夏威夷的电价为 5.9～36美分/千瓦时）。

美国国会现在正在向小型模块式核电站（工厂制造的模块在现场进行安装）

和先进气冷设计（多达10个以上连续建造以形成大型电站的模块设计）

的研究提供资金支持。美国能源部2001年的报告对2010年可能部署的9种设计进行了审查。

在俄罗斯西伯利亚的偏远地区的比利比诺联合发电站有4座小型核电机组正在运行。这4台热功率为62MWt的机组是特殊的石墨慢化沸水设计，

水/蒸汽管道穿过慢化剂。这些机组为当地供暖，并且每台机组生产

11MWe(净)电力。自1976年以来，它们运行良好，成本远低于北极地区的

化石燃料方案。

轻水堆

美国的实践是非常小型的军用电站，如1962～1972年间在南极洲麦克默多站运行的11MWt、5 MWe(净)的PM-3A反应堆，总计发电7800万千瓦时。此外还有一项小型反应堆开发军用计划，上世纪50年代有一些小型反应堆投入使用。最大的1座是67MWe的大石角沸水堆，运行了35年，1997年关闭。

俄罗斯的KLT-40是一种经过充分验证用于破冰船的反应堆，现在被建议用于除盐、驳船以及为偏远地区提供35MWe（净）电力和热能等更广泛的

用途。虽然这种堆设计换料周期为3年，但是我们需要正视的是它们可以

成对运行以应付停堆期，也许还可以具备船上换料和乏燃料贮存能力。

尽管这种反应堆堆芯通常采用强制循环冷却，但是其设计是依靠对流电流

进行应急冷却。燃料为含有可燃毒物的U-Al合金，锆合金包壳，并且可以被高度浓缩。除发电外，还可以产出35MWt的热能用于海水淡化。

阿根廷CNEA和INVAP正在开发的CAREM（先进型小型核电站）是一种内

有蒸汽发生器的100MWt/25MWe的压水堆模块，用于发电（25MWe），或作为研究堆，也可以用于海水淡化。CAREM在其反应堆压力容器内具有完

整的一级冷却剂系统（因此称为"一体"压水堆），自加压并完全依靠电流对流。燃料是标准的 3.4%浓度的压水堆燃料，含有可燃毒物，每

年换料。这是一种可以在10年内部署的成熟设计。

更大规模的反应堆还有韩国的SMART（系统集成模块先进堆），这是一种330MWt的压水堆，集成蒸汽发生器和改进的安全特性。它是设计用于发

电（高达100MWe）和/或诸如海水淡化等的热能应用。其设计寿期为60年，换料循环周期为3年。目前正在按其1/5规模（65MWt）建造1座电站，2007年投入运行。

日本原子能研究所（JAERI）正在开发MRX，一种小型（50～300MWt）一体化压水堆，用于舰船推进或本地能源供应（30MWe）。整座设施都在工厂制造。设计采用传统的 4.3%浓度的压水堆铀氧化物燃料，换料周期为

3.5年，安全壳内注满水以增强安全性。这种堆可以在10年内部署。

西屋公司正在开发第4代反应堆--国际创新与保障堆（IRIS）。IRIS-50是50MWe的模块加压水堆，集成一回路冷却剂系统，通过对流循环。燃料

与目前的轻水堆燃料近似，浓度为5%，含有可燃毒物，换料周期为5年（浓度更高，周期更长）。2010年以前可以部署。

美国通用电气公司（GE）和普度大学以GE的简化沸水堆（SBWR）为基础，

正在合作开发200MWe和50MWe两种规模的模块式简化沸水堆（MSBWR）。该设计利用冷却剂中的对流，5%浓度的压水堆燃料，10年换料周期。2010年以前可以部署。

TRIGA动力系统是一种基于通用

原子能公司（GA）经过验证的研究堆设计的压水

堆概念。其设计是在相对低温下运行的64MWt、16.4MWe的池式系统。

二回路冷却剂为有机的全氟化碳。燃料为20%浓度的铀锆氢化物，含有少

量可燃毒物，换料周期为18个月。乏燃料贮存在反应堆压力容器内。

得到良好开发的中小型反应堆

CAREM25MWe PWR阿根廷CNEA和INVAP