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2012年7月4日,韩国核安全与安保委员会 (NSSC)为该国自主研发的一体化小型堆设计即SMART颁发了标准设计合格证。这意味着韩国拥有了一项先进的小型一体化反应堆技术,并成为全球唯一一个能够建设这种小型堆的国家。
经济性、安全性大幅提升
SMART是一种韩国本土设计的一体化小型堆,其8个螺旋管式蒸汽发生器、4台反应堆冷却剂泵和稳压器等大型一回路设备均位于反应堆压力容器内部。这种一体化设计方案因为消除了一回路管道发生大规模破裂的可能性,因而能够大幅提高反应堆的固有安全性。SMART是为满足电网规模较小或需要进行海水淡化的国家的需求而设计的,其热功率为330MWt,可作为一台100MWe的核电机组,或在提供90MWe电力装机容量的同时进行海水淡化。这种小型堆还可用于其他目的,例如地区供暖或为工业设施提供工艺热。初步估算结果表明,SMART的发电成本约为6~10美分/kWh。其经济性明显优于天然气电站和燃油电站。
1.堆芯
SMART堆芯由燃料活性长度为200cm的57个燃料组件组成。每个燃料组件中含有以17×17方式排列的264根燃料棒、24根控制棒导向管和1根堆芯仪表管。燃料芯块为铀235丰度低于5%的二氧化铀陶瓷芯块。换料周期为36个月。
按照设计,反应堆在运行期间,通过调整可溶硼浓度来使堆芯保持临界。此外,还将UO2-Gd2O3燃料棒作为可燃吸收体,以降低对可溶硼的需求,并控制功率分布。
该设计使用25个控制棒组件以及可溶硼对堆芯实施反应性控制。
SMART的燃料采用下述设计准则:
最高为60GW·d/MtU的容许燃料棒燃耗;
0.3g的抗震准则;
具备根据计划进行每日负荷跟踪运行的能力;
6年的堆内损耗时间;
60年的乏燃料池贮存时间。
2.安全系统
SMART的安全系统如图所示,其中主要包括:
非能动余热排出系统用于在反应堆紧急停堆后从堆芯排出余热;如果发生像日本福岛第一核电站那样的全厂断电事故,该系统可在20天内确保反应堆堆芯的冷却,无需电站工作人员采用任何行动;
安全注入系统用于在发生小规模冷却剂丧失事故时向堆芯注入冷却剂,以从堆芯排出热量;
停堆冷却系统用于将反应堆冷却至换料温度;
当安全壳内部压力超过某一整定值时,安全壳喷淋系统将会向安全壳内喷淋冷却剂,以转移热量和裂变产物。
由于采用了上述安全系统,SMART的安全性得到了大幅提高,其堆芯损坏频度仅为传统核反应堆的1/10,其安全壳的设计也考虑了反应堆遭受波音767撞击的影响。
韩国核能自主开发的又一成果
韩国原子能研究所(KAERI)于1997年启动SMART的研发工作。2008年,由韩国电力公司(KEPCO)牵头的13家韩国工业企业参与了SMART的标准设计工作。韩原与韩电于2010年12月30日向国家监管机构提交了SMART的评审申请,并最终于2012年7月4日获得了标准设计合格证。在过去15年的研发工作中,韩国公共部门和私营企业为SMART项目投资了总计2.95亿美元。
据核电站业界推测,与韩国相比,正在研发中小型核电站的美国与阿根廷等国至少要晚3~5年才能获得标准设计的许可。SMART成功获得标准设计合格证,将为韩国进入全球小型堆市场铺平道路,并在相关技术的发展中发挥牵头作用。
此次成功获得标准设计合格证,还意味着韩国在反应堆开发领域获得了第四项重大成果。前三项重大成果是:1995年2月实现高通量先进中子应用堆(HANARO)首次临界以及两种大型商业压水堆设计即OPR1000设计以及APR1400设计的完成。
SMART获得标准设计合格证还标志着韩国完全基于本国在过去数十年中积累的压水堆技术完成了首款反应堆的设计工作。
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