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【月度聚焦】小堆即将进入小规模商业示范阶段
文章来源:中国核工业杂志 日期:2016年10月21日


    根据国际原子能机构提供的信息,全球共有11个国家正在开展小型模块堆(SMR)研究,已公布的SMR设计共有约50种:2种设计的首堆已启动建设,将在未来几年内投入运行;另有超过20种设计准备在未来10年内建设首堆。可以说,SMR即将进入小规模商业示范阶段。

  美国

  虽然美国的SMR研发工作主要由私营企业开展,但美国能源部从2011年开始在两项计划中对SMR研发给予专门资助。第一项计划是SMR取证技术支撑计划。美国能源部以共担费用的方式推进2种SMR的设计开发和取证工作。第二项计划是SMR先进概念研发与部署计划,该计划将根据先进SMR技术开发商提出的要求,在评估方法,仪控系统与人机接口,材料、燃料和制造技术以及安全保证四个领域开展技术研发。

  美国能源部还表示,美国政府可能会成为首批用户,即在国家实验室厂址或军事基地建设首批SMR。政府届时可能会出台商业激励措施,以鼓励企业建设SMR。能源部轻水堆技术部门负责人Rebecca Smith-Kevern 2013年5月曾表示,期待到2030年能够看到20座在运SMR。“这(SMR)将成为美国拥有未来出口潜力的成熟产业。”他还说,“大家希翼到2040年或者在更短的时间里,看到美国每年建成约50座SMR。”

  美国能源部2012年和2013年各举行一轮SMR取证技术支撑计划招标。巴布科克·威尔科克斯企业(B&W)和纽斯凯尔电力企业(NuScale Power)在这两轮招标中胜出,并分别于2013年和2014年与能源部签署合作协议。因此,未来这两家企业的SMR研发工作将获得能源部的资助。

  根据最初的计划,田纳西流域管理局(TVA)将成为mPower的首个客户。mPower首堆将建在田管局下属的克林奇河(Clinch River)场区,巴威、能源部和田管局每年将为mPower的研发投入1.5亿美金资金,并在2022年建成首堆。但由于在寻找电力企业客户方面迟迟未能取得进展,巴威决定从2014年第三季度开始将mPower的研发投入限定在每年最多1500万美金,并与田管局和能源部协商mPower项目的重组事宜。

  田管局2016年5月向美国核管会(NRC)提交建设SMR的早期厂址许可申请。这是核管会迄今收到的首份SMR厂址申请。

  犹他州联合市政电力系统企业(UAMPS)、纽斯凯尔企业、西北能源企业(Energy NorthWest)和Enercon服务企业(Enercon Services)2015年正式启动UAMPS无碳电力项目,拟采用纽斯凯尔SMR设计建设一台核电机组。这将是纽斯凯尔SMR设计的首堆。该项目2016年8月完成选址工作,决定在爱达荷国家实验室(INL)建设首堆。纽斯凯尔已完成SMR全尺寸上层模块样机的制造和组装,准备在2016年底前向核管会提交设计认证申请,在2017年第四季度或2018年第一季度提交首堆的建设和运营联合许可证申请。

  西屋2014年2月宣布,由于未能在美国能源部SMR竞标中获胜,缩减了SMR研发计划的规模,将目光转向海外市场,例如英国。

  2012年3月,美国能源部与三家有兴趣在萨凡纳河(Savannah River)场区建设首堆的SMR开发商签署协议。能源部还在与另外四家开发商商讨类似协议,其目标是在未来10~15年内建设为能源部综合体供电的首批SMR。

  美国诸多SMR开发者和潜在用户2016年1月27日签署谅解备忘录,准备组建一个名为小型模块堆智能(SMR Smart)的联合体,其目标是创建一个由业界驱动的实体,使潜在SMR业主/运营商能够以统一的声音就各种政策和监管问题以及创建费用共担的合作模式发表意见,从而加速推进SMR的商业化进程。

  俄罗斯

  俄罗斯国家原子能集团企业(Rosatom)近年来推出了超过10种SMR设计,其中1种小型压水堆已启动首堆建设,1种小型快堆将在未来几年启动首堆建设。

  KLT-40是一种150MWt/35MWe压水堆,由阿夫里坎托夫机械工程实验设计局在KLT-40型破冰船动力堆的基础上研发,用于建设浮动式核电厂。拥有2座KLT-40S的俄首座浮动式核电厂“罗蒙诺索夫院士号”预计于2019年在楚科奇投入运行。

  RITM-200是阿夫里坎托夫机械工程实验设计局正在开发的一种 175MWt/50MWe一体化压水堆设计。该设计有两种型号:一种将作为核动力破冰船动力堆,另一种将取代KLT-40S,用于建设浮动式核电厂。动力堆型号2012年启动首堆建设。配备了2座RITM-200的“北极号”破冰船2016年6月下水,预计将于2018年投入运行。

  BREST-300是一种700MWt/300MWe铅冷快堆,由俄罗斯国家动力工程研究所研发。根据俄政府最新颁布的法令,将于2025年前在谢韦尔斯克(Seversk)建成首堆。

  SVBR-100是一种280MWt/ 100MWe铅铋冷却快堆。俄原集团科学技术委员会2015年10月正式批准SVBR-100的详细设计,当时预计首堆将于2019年在季米特洛夫格勒建成。但俄政府在2016年8月发布的法令明确表示将在2030年前再建11台核电机组,其中没有包括SVBR-100。

  英国

  英国国家核实验室(NNL)2014年完成英国政府委托的有关SMR技术的第一阶段研究即可行性研究,并于当年12月3日公布研究报告。报告指出,通过投资SMR,英国将有机会在拥有和发展低碳电力技术以及确保能源供应安全方面“重获技术领导地位”。

  报告还指出,SMR市场前景非常广阔:如果具备经济竞争力,全球的潜在SMR市场规模到2035年可达65~85GWe的新装机容量,总价值达2500亿~4000亿英镑。到2035年,英国可能会建设7GWe的SMR装机容量。

  英国政府2015年11月宣布计划在未来五年为核研发计划至少投资2.5亿英镑,其中包括以竞标方式确定对英国最有价值的SMR设计。

  2016年3月17日,英国能源与气候变化部正式发布承投意向书邀请,正式启动第一阶段SMR竞标工作,目标是评估技术供应商、电力企业和潜在投资者对参与英国SMR开发和商业化的兴趣。在这一阶段,政府将和参加者进行对话。截至5月6日这一截止日期,英国共收到38份表示愿意参加竞标的意向书。

  能源与气候变化部3月表示,预计第一阶段工作将持续到2016年下半年。这一工作结束后,政府将公布SMR发展路线图,同时还将公布下一阶段的竞标计划。路线图将汇总迄今的SMR发展情况,设定政策框架,评估有助于在创造经济效益的同时实现英国能源目标的一条或多条可能的SMR发展路径,并先容政府用于确定适宜厂址或厂址类型的程序。此外,路线图还将先容政府将与英国核监管办公室(ONR)开展的任何工作,以确保任何规定都在监管部门的许可范围内,包括SMR设计需要通过通用设计评估(GDA)。

  由于英国政府对SMR技术的青睐,各SMR技术开发商已经将目光聚焦英国市场,除参加竞标,还纷纷寻找与英国供应链企业开展合作的机会。

  西屋2015年10月建议与英国政府建立合作伙伴关系,共同开展SMR的设计和开发工作,从而使英国从这一最新技术的购买者转变为全球供应商。这种合作将建立在由西屋、英国政府和英国工业界共同组建合资企业的基础上。西屋2016年4月表示,英国本土供应商能够提供钢材、锻造和机械加工服务,并能够组装西屋SMR反应堆压力容器,这是一项重大发现。西屋还准备利用英国斯普林菲尔兹设施制造SMR燃料。

  纽斯凯尔已花费三年时间考察核电工程和制造供应链,并将英国视为地区供应基地。

  提交了竞标申请的Moltex能源企业表示,已确定关键设备供应商,并确信英国拥有除汽轮机外其他所有设备的制造能力(英国没有汽轮机制造商)。Moltex推出的是两种稳定熔盐堆(SSR)设计是150MWe快堆和40MWe热堆。

  但是,对于英国市场,SMR技术开发商可能会面临政治方面的不确定性。

  其他国家

  其他国家也在积极推动SMR的商业化,其中中国、阿根廷和韩国位居前列。此外,加拿大核监管机构2016年收到首份供开展初步评审的SMR设计。

  中国2012年12月启动模块式高温气冷堆核电厂(HTR-PM)示范工程建设。该电厂拥有2座250MWt/105MWe高温气冷堆,将于2017年实现首次临界。中国还计划在2017年前后启动ACP100首堆建设。

  阿根廷2014年2月启动100 MWt/27MWe CAREM-25首堆的建设工作。该堆将在2018年实现首次临界。在CAREM-25设计获得验证之后,阿根廷将继续建造100~200 MWe的CAREM反应堆,并在未来向海外市场出口300MWe的CAREM。阿根廷Invap企业与沙特Taqnia企业2015年3月组建一家合资企业即Invania企业,为沙特核电计划研发核技术。该合资企业的工作重点是将CAREM用于海水淡化。

  韩国SMART设计2012年7月获得了本国监管部门颁发的设计合格证。韩国与沙特2015年3月签署合作谅解备忘录,两国将开展一项为期三年的初步研究,以评审在沙特建设SMART的可行性。预计沙特首座SMART反应堆的造价为10亿美金。两国2015年9月2日签署进一步加强SMART合作的合同。

  加拿大核安全委员会(CNSC)2016年2月收到特雷斯特里尔能源企业提交的400MWt/192MWe一体化熔盐反应堆(IMSR)设计,以供开展初步评审工作。预计这项评审将在2016年底完成。特雷斯特里尔计划2020~2030年在加拿大建造首堆,然后在北美和北美以外广泛部署。

  未来挑战

  SMR的大规模商业化应用不可能一蹴而就,其商业化进程还面临许多挑战。

  首先,监管是SMR面临的最重要挑战。由于SMR是一种新技术,没有现成规范和标准可供使用,各国监管机构也没有现成经验。各国现行规范和标准主要针对的是大型反应堆,如果照搬,将会使SMR的许多优势不能得到体现。例如相对于大型反应堆,SMR电厂可大幅减小甚至取消场外应急计划区。建立适用于小堆的规范和标准并获得各国监管机构认可是小堆商业化的必要条件之一。这必然导致SMR的商业化进程不会很快。

  第二,跨越“死亡之谷”需要政府的大力支撑。任何新技术在从概念到产品的工程化过程中都必须经历一段名为“死亡之谷”的艰难历程。SMR正处于跨越“死亡之谷”的前夜,尤其是在福岛核事故影响仍未完全消散的情况下,需要政府在制度、资金、厂址等方面提供支撑。许多私营企业甚至是小企业均研发了独特的SMR技术,如果不能尽快跨越“死亡之谷”,许多企业将会因资源耗尽而不得不放弃SMR项目,许多有前景的技术将因此半途而废,不能进入到最终的商业化应用阶段。

  第三,经济性是SMR能否取得成功的关键。在自由竞争的电力市场中,SMR必然会面临来自低价化石燃料和能获得政府补贴的可再生能源的竞争。因此,SMR必须证明自己具备经济竞争力,才能实现大规模的商业化应用。(编辑系中国核科技信息与经济研究院伍浩松 戴定 赵宏)

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