核电中小型反应堆的前景分析和市场展望-北极星核电网

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自从上世纪50年代实现核能发电以来，为了实现并强化规模经济效应，核电反应堆功率已从60 兆瓦增至1600 兆瓦以上。同时，全球核工业也建造了数百座小型动力堆用作海军舰艇动力装置或中子源。现在，全球核工业再次掀起小型核电机组的开发热潮，这是因为大型堆的建造成本越来越高，另一方面也存在小型电网对小型机组的需求。

按照国际原子能机构(IAEA)的定义，小型堆功率为300 兆瓦以下，中型堆为300～700 兆瓦，目前统称为“小型和中型反应堆”，简称“中小型堆(SMR)”。中小型堆有时被混淆为小型模块堆，但SMR未必有模块结构。

一些现役小功率反应堆已经属于SMR的范畴，例如印度以加拿大技术为基础开发的220 兆瓦加压重水堆(PHWR)、中国在国内和为巴基斯坦建设的300～325兆瓦的压水堆(CNP300)、俄罗斯西伯利亚地区比利比诺(Bilibino)工厂正在运行的4台小型石墨慢化沸水堆(62 兆瓦)。此外，中国正准备开建200 兆瓦的高温气冷堆(HTR-PM)核电厂。

目前，多个国家正在开发各种新型SMR，其中许多是压水堆。例如美国西屋电气公司的IRIS设计、巴威公司的mPower设计、NuScale Power公司的NuScale设计、霍尔台克公司的HI-SMUR140设计、法国国有船舶制造企业的Flexblue设计、俄罗斯的浮动式核电厂设计、阿根廷INVAP公司的CAREM设计、韩国的SMART设计。此外，还有少数快堆设计，例如海博瑞恩(Hyperion)动力模块和行波堆(TWR)。

美国的SMR设计最多，但截至目前，尚没有一例向美国核管会(NRC)提交设计证书申请。NRC表示有望在2012年受理首例SMR设计证书申请。

中小型堆的优势

与大型反应堆相比，SMR具有独特的优势。

首先，相对于现场施工和组装而言，SMR的建造成本大幅下降。SMR开发者们指出，就分期建设一座包含多台小型机组的大功率电厂而言，小巧、简洁的模块式反应堆设计是最佳选择。由于这些模块可在工厂中批量生产，因此电厂建设成本下降，周期缩短。一般预计首批机组的施工周期在3年以内，后续机组缩短为仅2年。

其次，可采用多期单机组或多期双机组建设模式。在每种情形下，建设前期机组时均预留充分的物理分隔，以便能够在前期机组运行的同时建设后续机组。尽管预留了分隔空间，但电厂布局依然非常紧凑。就一处拥有若干个单模块、总功率为1000 兆瓦的场址而言，其面积与同等功率的单机组场址相当或更小。

再次，小型机组具有融资方面的优势。在项目初期，无需筹集太多资金，当一个模块建成发电时，将为下一个模块的建设提供正向现金流。据西屋电气公司估计，分别间隔3年建设3台IRIS机组，总功率为1000 兆瓦，融资利率为10%，融资期限为10年，需要的最大负现金流小于7亿美元(约为单台1000 兆瓦机组的三分之一)。

另外，较大的国家可以根据自身需求选择建设小型模块机组，而一些小国则别无选择，因为其电网可能由于太小而无法承受1000 兆瓦以上的单台机组。

不利因素

虽然中小型堆具有上述优势，但有些因素可能使小型反应堆的这些优势失效。

第一，与汽车、智能手机或类似小型装置相比，反应堆的单位千瓦材料成本可能随着尺寸的下降而上升，这是因为随着反应堆规模的下降，决定着材料成本的单位千瓦功率的表面面积增加了。同理，随着反应堆规模的下降，二次安全壳和用于控制、仪表和应急管理的独立系统的单位千瓦造价也会上升。

第二，假设打算在一处场址上建设一系列SMR，那么其规模经济的实现将取决于整个项目的建设周期，而这个周期可能比现有大型反应堆项目的建设周期还要长。虽然现金流状况将更为有利，但是如果规划的后续机组未予建设，例如由于需求增长速度慢于预期，那么前期建设的机组可能贵于现有反应堆。

第三，如果整个反应堆在一座集中设施中建造并通过量产实现了一定的经济性，那么上述潜在的成本增加是可以抵消的。不过，批评人士指出，基于过去核反应堆成本上涨的历史，以及可能由于出现新的审批要求而使成本增加，因此必须以怀疑的眼光看待低价估算。

第四，批量制造将引发安全、质量和审批方面的新问题，这些问题尚待监管部门的解决。例如，监管部门可能必须为SMR制造设施制定并试用新的审批和检查程序，包括对焊缝等类似方面的检查。此外，监管部门可能还需要对运行和保安人员制定新要求。

第五，由于SMR乏燃料分布于更多的场址，因此其管理可能更复杂，耗资也更大。目前的乏燃料管理基础结构针对的仅仅是有限场址上的轻水堆。而且，有的SMR设计将反应堆建在地下，这可能使废物回取更为复杂。

未来展望

发达市场大多需要大量的电力来满足增量需求或取代退役机组，因此仍将致力于最大化反应堆规模，维持过去10～20年的发展趋势。然而，大型核电厂成本不断增长，加之世界金融形势不甚明朗，已经导致大部分发达地区的核复兴步伐放缓。因此，核工业有必要认真地研究大型轻水堆的替代商业模式。

SMR的关键优势可能最终证明只是其尺寸小巧和适合于小型电网，而决定其发展前景的关键因素可能是监管程序的调整。如果无法为SMR做出有效的调整，监管成本实际上可能成为一项让小型机组难以承受的固定成本。

在目前全球几十个有意采用核能的国家中，许多国家的电网再过10年也不可能适合采用大型反应堆。此外，一些基础设施比较成熟的国家，例如新加坡也在考虑采用SMR。

随着更多的SMR研究工作取得进展，一个值得关注的问题是，是否会有许多新国家打通全部必需的监管、人力资本和技术环节。有人认为，发达核国家肯定得先建设大量的传统反应堆，然后才能使核电扩大到这些新国家，但是SMR提供了一条具有吸引力的替代路线。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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