《SMR技术发展进展》——小型反应堆的前景

NEI与国际原子能机构核能部SMR技术开发部核工程师Hadid M.Subki进行了交谈。

超过70种不同的SMR设计在国际原子能机构的新手册《SMR技术发展进展》中进行了描述。其中，最近已投产的是一种带有KLT-40S反应堆的俄罗斯浮动NPP。中国的HTR-PM即将调试，阿根廷的CAREM-25即将进入样机运行。

哪些因素影响了这些示例的成功开发和部署?

多种因素将有助于小型模块化反应堆的成功开发和部署。各国需要在先进核反应堆的设计和技术开发方面执行国家战略计划。

这应包括稳定的预算流量，以资助技术开发。此外，严格的监管审查和许可，以及用于零件制造，建造和运营的稳健供应链至关重要。

迄今为止，水冷设计是最大的类别，有31种设计，其中包括6种用于海洋用途，而HTR是第二大类，有14种设计。您如何评估这两种技术的前景?

该行业在大型核电厂和核破冰船中的水冷反应堆方面拥有数十年的经验。因此，小型水冷陆基反应堆的技术开发面临的挑战较少，因为它们将基于许可设计或运行中的反应堆。

就部署准备而言，高温反应堆(HTR)技术紧随水冷反应堆之后。高温气冷堆具有多项技术优势，包括更高的发电效率，固有的安全特性(如耐事故燃料)，提供围护的覆层和反应堆堆芯，其设计方式使得即使在大多数假设的情况下，发生熔化的可能性也极低。高温气冷堆在为生产氢气提供核热方面也非常有效。

两种小型模块化反应堆(SMR)概念均显示出切实的进展。阿根廷和俄罗斯联邦在水冷SMR方面处于领先地位。HTR-PM处于热测试阶段的中国在开发HTR技术方面处于领先地位。

该研究表明，到2030年将仅部署7种设计。除了中国的HTR-PM，这些都是水冷设计。您对此有何评论?

根据国际原子能机构的小册子《 SMR技术发展的进步》，这是一项初步研究，其中考虑了供应商的设计信息，到2030年，准备运行的SMR设计可能不少于十二个，总装机容量约为1600MWe。

这些设计包括水冷和非水冷设计，包括HTR设计。

对于反应堆冷却剂和减速剂而言，水都是极好的材料，因此该行业在运行水冷反应堆方面拥有丰富的经验。长期的运行记录加强了水冷反应堆的制造设施，测试设施和法规的准备。

目前，其他几种设计，例如熔融盐燃料反应堆，其他液态金属冷却的快速反应堆以及用于微反应器的热管冷却技术，目前处于预许可活动阶段。目标是在2030年之前部署它们。俄罗斯正在准备建造300MW铅冷反应堆，作为未来更大型号的示范工厂，目标运行日期为2026年左右。

在总数中，约有40个仍处于概念设计阶段。您是否期望其中许多在2030年前达到最终设计阶段?

几种设计均处于使用调节器的预许可阶段，有些设计可能会在2030年之前实现其目标投入运行。

随着资金竞争的激烈，即使是采用熟悉技术的水冷反应堆设计，也由于各种原因而推迟了进入市场的时间。

许多因素会影响部署准备情况。首先，供应商的目标部署日期，有时可能是乐观的。第二，是否正在进行外观设计许可工作;第三，在一定时间内有多少公用事业，国家或用户对部署设计感兴趣;最后但至关重要的是，政府和私营部门在第一类部门的资金，开发，许可和部署方面提供了支持。

在核工业中，开发活动总是伴随着一系列验证和确认测试以及严格的质量保证框架，这需要额外的时间和资源。

2020年IAEA关于SMR的小册子首次包括一个专门的微型反应器部分。这些设计的优点是什么?他们为什么越来越受欢迎?

作为SMR的子集，微反应器是先进的反应器，通常设计成可产生高达10MWe的电流，以在无法或不需要更高功率的场所和应用中产生电能和热量。

这项技术可以以较小的，分布式的，但持续的电能需求进入核能的新市场。它们的优势包括相对较小的能量输出，适用于偏远地区，离网地区和小岛的采矿，这些地区可以替代碳密集型柴油发电。

微反应器具有低功率输出，较长的核心寿命，较低的源极期限和设计简单性，设计紧凑，便于运输，快速制造和安装。它们可用于制氢，海水淡化，精炼和石化生产。

与更高功率的SMR设计相比，微反应器的前期投资成本也将大大降低，这一事实可能会增强其近期的知名度。

除了发电以外，还建议将某些SMR设计用于其他工业用途，例如制氢–特别是某些HTR和快速反应堆设计。您能详细说明一下吗?任何核反应堆都可以成为生产氢气的平台，而不会排放温室气体和其他污染物。现有的PWR或BWR可以通过常规的电解水产生氢气。

HTGR是一种有前途的制氢技术，包括其第四代设计，超高温反应堆(VHTR)。HTGR的第一批舰队可能会在下一个十年后部署。它们的冷却剂出口温度为750-1000°C，可为大规模制氢提供途径。

日本和美国的项目目前正在开发可能即将投入运行的新制氢技术。因此，在热电联产的近期内，SMR可能与可变的可再生能源产生的氢竞争，并且可以帮助减少化石发电厂生产氢的需求。

当前，与可通过使用碳捕获和存储(CCS)的化石燃料或可变的可再生能源(例如太阳能和风能)驱动的甲烷重整技术竞争，SMRs可以立即用于制氢，这引起了人们的强烈兴趣。最终，除无碳外，SMR生产的氢气可能是最具成本效益的方法之一。在此阶段，需要为战略开发，实验和测试以及示范工厂提供支持。

70多种设计包括多种不同的燃料类型。燃料开发在多大程度上影响了这些设计的进度?

根据反应堆的设计，用于SMR的创新燃料开发会产生不同的影响。

为了立即部署PWR技术，大多数设计都使用现有大型先进LWR中使用的经过验证的标准燃料组件的较短版本。对于这些，将需要进行一些热工液压确认测试，但无需进行高级研发。但是，由于这种反应堆是提高经济效率的有效手段，因此正在对这种反应堆类型具有更高的事故承受能力的燃料以及如何优化加油间隔进行研发。

相比之下，使用快速中子谱或其他技术的创新型非水冷反应堆通常将需要全新的燃料组件设计，这需要花费数年的时间进行开发，测试和准备在堆芯中使用。

如果未来几年对SMR的需求增加，反应堆的批量生产前景如何?

到2030年，该行业将展示SMR的首创设计。批量生产的具体订单数量可能会在本十年末或2030年代初下达。

SMR有望改变游戏规则的是，在航空业中，工厂中会大量生产模块化系统，组件和结构。如果能够实现，这将对降低成本和部署时间表产生积极影响。

批量生产取决于现有核组件制造商的订单连续性和产能。为了实现批量生产的经济利益，可能有必要通过国际合作开发少量面向市场的标准化设计。

SMR作为一种潜在的核能，必须被证明在经济上可以承受且具有竞争力。他们还可以提供没有真正替代方案的解决方案，例如在不需要加油间隔的离网偏远地区部署微反应器。