IAEA SMR 核工程师畅谈小型核反应堆发展前景

国际原子能机构(IAEA)最新出版的《SMR技术发展》中记录了70多种SMR设计方案。Hadid M. Subki，国际原子能机构(IAEA)核能司SMR技术开发部核工程师，对此接受媒体采访，畅谈小型核反应堆发展前景：

1、哪些因素会对SMR的开发部署产生影响?

多种因素将影响SMR的成功开发和部署。首先，国家层面需要实施有关先进核反应堆设计和技术开发的战略规划。其次，应该为SMR技术开发提供稳定的资金流。此外，严格的监管审查、许可以及强大的供应链也必不可少。

2、目前记录的设计方案中，水冷SMR方案占比最大，有31种方案，其中6种属于船用。高温SMR属于第二大类，有14种方案。您如何看待这两项技术的前景?

核工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难度较小。

高温反应堆 (HTR) 技术并不落后于水冷反应堆。HTR 具有多项技术优势，包括更高的发电效率、固有的安全特性(容错燃料等)，其发生熔毁的可能性也极低。

HTR在制氢方面也非常高效。 这两种SMR方案在工程中都有实际的进展。阿根廷和俄罗斯在水冷SMR方面取得了进展。中国的HTR技术处于世界领先水平。

3、有些研究显示，预计到2030年将仅有7种SMR方案开工建设。除了中国的 HTR-PM，其余都是水冷设计。您对此有何看法?

根据 IAEA 的《SMR 技术发展》，通过对供应商信息的初步研究，到2030年可能会有不少于12种SMR方案准备开始运行，总装机容量约为1600MW。这些设计包括水冷和非水冷设计(包括HTR方案)。

水是反应堆冷却剂和慢化剂的优良材料，因此核工业在水冷反应堆方面有着长期的经验。因此，水冷SMR在制造设施、测试设施和法规方面具有良好的基础条件。其它几种设计，例如熔盐反应堆、其它液态金属冷却快堆和用于微堆的热管技术，目前正处于待许可的阶段。

俄罗斯正在准备建造一座 300MW的铅冷SMR，作为大型铅冷堆的前期示范电站，预计2026年左右完成建设。其中，约40个SMR方案仍处于概念设计阶段。

4、在2030年前能否达到最终设计阶段?

一些SMR方案正处于监管机构的预许可阶段，其中一些可能会在2030年前实现运行。由于资金竞争激烈，即使是采用成熟技术的水冷反应堆，也因各种原因出现延误。

许多因素会影响SMR的建造情况。首先，供应商的计划建造日期，有时可能会很乐观;第二，是否正在进行设计方案的许可申请工作;第三，有多少公用事业、国家或投资方有兴趣在特定时间范围内采用该方案建造核电站;最后但最重要的是，政府和私营机构在资金、开发、许可和建造方面提供支持。

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

5、IAEA在2020年出版的《SMR 技术发展》首次包含微堆的设计方案。这些设计的优点是什么?为什么它们越来越受欢迎?

作为SMR的一部分，微堆是先进的反应器，功率通常在10MWe以下，用于发电和供热等。这项技术可以应用于到具有少量、持续、分布式电能需求的新市场。微堆能量输出相对较小，适合偏远地区、没有电网的地区和小岛屿等场景，可以替代碳密集型柴油发电。

凭借低功率输出、长核心寿命、较少源项和设计简单性，微堆设计紧凑，便于运输、制造和安装迅速。微堆可用于制氢、海水淡化、石化生产和精炼。与更高功率的 SMR 设计相比，微堆的前期资本成本也将大大降低，这使得微堆广受关注。

6、除了电力生产，一些SMR设计也被建议用于其他工业用途，例如制氢——特别是一些HTR 和快堆设计。您能详细说明一下吗?

任何核反应堆都可以制氢，而不会排放温室气体和其他污染物。现有的PWR或BWR可以通过传统的水电解制氢。

SMR中的高温气冷堆(HTGR)以及超高温反应堆(VHTR)尤其适合用于制氢。其冷却剂出口温度达到750-1000℃，非常有利于大规模制氢。

日本和美国目前正在开发新的制氢技术，可能很快就会投入使用。因此，SMR将会与多种可再生能源在制氢行业产生竞争，并有助于减少对化石燃料电站制氢的需求。目前，人们对SMR制氢产生了浓厚的兴趣。SMR制氢是投资收益比最高的方法之一。现阶段需要对战略开发、试验、测试以及示范电站进行支持。

7、目前70多种方案中，燃料类型都各不相同。燃料开发在多大程度上影响着设计进展?

SMR的创新燃料开发对设计发展的影响取决于反应堆设计。为了加快压水堆SMR技术落地，大多数设计使用现有大型先进压水堆中成熟的标准燃料组件的较短版本。

这样仅需要进行一些热工水力验证测试，不需要进行高级研发。然而，对于容错燃料以及如何优化换料周期方面的研究也进行研究，这是提高经济效率的有效手段。

相比之下，使用快中子或其它技术的创新非水冷反应堆通常需要全新的燃料组件设计，这些设计需要数年的开发、测试时间。

8、如果未来对SMR的需求增加，批量生产的前景如何?

小批量生产订单可能会在2030年代初实现。SMR是游戏规则改变者，是在工厂中大规模生产模块化系统、组件和结构。如果实现，这将对降低建造成本和时间成本。

批量生产取决于现有核部件制造商的订单和产能的连续性。为了实现大规模生产的经济效益，需要通过国际合作开发少量的市场化标准化设计。SMR在与常规能源的竞争中必须证明其经济优势。或者在偏远山区、岛礁或未并网地区部署微堆。