先进小型反应堆技术现状及未来发展趋势研究

先进小型反应堆技术现状及未来发展趋势研究

【摘要】随着我国工业化进程的不断深入，能源需求呈刚性增长和多元化发展，小型反应堆尤其是第四代液态金属冷却小型堆由于安全性、经济性和移动性等优势具有广阔的应用前景。本研究通过调研目前小型堆的市场需求与当前三代轻水冷却小型堆的技术特点，论证了发展小型堆的必要性与三代轻水冷却小型堆在核燃料利用方面的局限性。在此基础上，进一步调研四代小型堆的技术特点与研发现状，并在安全性、经济性与应用前景三方面对四代小型堆与三代小型堆进行对比分析，得出四代液态金属冷却小型堆较轻水冷却小型堆更为安全，具有固有安全特性的结论；在经济性方面，可以采用闭式燃料循环，总投资成本更低；在应用前景方面，可以更好适应边远地区核动力系统、航空航天核动力系统、军事核动力平台以及其他方面的发展需求。

【关键词】小型反应堆；市场需求；第三代反应堆；第四代反应堆

中图分类号：TL41 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）03-0015-004

Current Status and Development Tendency of Advanced Small Reactors

CHEN Ren-zong1 WANG Guan2

（1.Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China；

2. China Nuclear Industry Huajian Asset Management LTD.，Beijing 100123，China）

【Abstract】With the development of industry in China，energy demand keeps increasing monotonically and develops towards diversification. Small reactors，especially the Generation IV liquid metal cooled small reactors have broad application prospect due to the advantages on safety，economy and mobility. This study summarized the market demand of small reactors and the technological features of Generation III light water cooled small reactors，and demonstrated the necessity of developing small reactors and the limitation of Generation III light water cooled small reactors on the utilization efficiency of nuclear fuel. Then the technological features and status of Generation IV small reactors were summarized，and the performances of Generation III and IV small reactors on the safety，economy and application prospect were compared. It was indicated that Generation IV liquid metal cooled small reactors featured with inherent safety are safer than Generation III light water cooled small reactors. Generation IV

liquid metal cooled small reactors based on closed nuclear fuel cycle are more economical than Generation III light water cooled small reactors due to low cost of investment. Furthermore，Generation IV liquid metal cooled small reactors are suitable for the application in remote areas，aerospace，and military fields.

【Key words】Small reactor；Market demand；Generation III reactor；Generation IV reactor

1 小型反应堆研究背景

根据国际原子能机构的定义，输出电功率在300 MW以下的反应堆称为小型反应堆[1]。随着核能的发展，新一代核电在安全性、经济性、用途广泛性和选址灵活性等方面提出了更高的发展要求。而先进小型反应堆在这些方面均具有突出的优势，符合第四代核能系统发展的要求，因此受到了国际核能界的高度?P注。

目前小型反应堆设计研究涉及到各种堆型，根据冷却剂类型分类，小型反应堆可以分为水冷堆、气冷堆、液态金属冷却堆和熔盐堆。与传统大中型反应堆相比，小型反应堆具有以下优点：1）模块化设计和建造，具有良好的经济性；2）可组装成一体化堆，方便运输，解决相对孤立系统的用电问题，增强防止核扩散能力；3）拥有非能动余热排出系统等一系列非能动安全系统，显著提高了反应堆的安全性。

作为大中型核电机组的有益补充，小型反应堆具有比三代压水堆更高的安全性和更短的建造周期以及良好的经济性和

应用的灵活性，是适用于多种应用场景的新型核能系统，是解决偏远内陆、海岛等远离主电网地区长期电力供应的有效措施，将为这些地区的经济发展、军事驻防等提供有力保障。

本研究从小型反应堆的市场需求出发，对目前具有第三代和第四代特征的小型反应堆技术现状进行归纳总结，论证了发展小型堆的必要性和三代轻水小型堆在核燃料利用方

面的局限性，然后比较分析不同类型的第四代小型反应堆在安全性、经济性以及市场应用上的特点，确定小型铅基冷却快堆具有良好的经济性和广阔的应用前景，并从基础研究、配套法规等方面对小型铅基冷却快堆发展提出针对性的建议。

2 小型反应堆市场需求

随着我国对能源需求的日益增加，核能作为低排放的绿色能源之一，将成为我国建立低碳发展模式、实现2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量相比2005年下降40%～45%目标的重要手段。小型反应堆市场需求如表1所示。小型堆具有低投资成本、容量小、工期短、占地面积小等天然优势，小型堆是替代小功率火电站良好选择，同时在大型核电站建设困难的偏远地区，小型堆也能发挥它工期短、占地面积小的优势，降低材料运输和工程建设的难度。小型堆也