小型模块化反应堆和维修：可持续能源供应的关键环节

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IMI Critical Engineering 的 Wayne Prokop 和 Mark Leonard 讨论了小型模块化反应堆如何在全球采用可持续能源政策的努力中发挥至关重要的作用。

国际能源市场波动明显。过去几年的全球事件凸显了这一点。首先，疫情造成的破坏以及随后经济的迅速复苏;其次，俄罗斯入侵乌克兰的持久影响。

对该国巨大天然气储量的制裁继续影响着当今的能源价格。欧洲各国不得不调整其供应线，以提高国家的整体恢复能力，许多以前被封存的燃煤电厂已恢复运行以用于应急电力目的。

虽然让这些之前关闭的工厂重新上线以满足寒冷月份的高峰需求是可行的，但它引发了争论，这是可以理解的。2考虑到正在进行的脱碳工作，一些人质疑其他技术是否更适合提供应急电力。

小型模块化反应堆(SMR)作为一种潜在的可持续能源解决方案越来越受欢迎。然而，与包括燃煤电厂在内的传统资产相比，该技术的推出仍处于起步阶段。鉴于此，以及加强整个欧洲能源安全的迫切需要，需要采取更经过深思熟虑的方法来大规模采用中小型反应堆并逐步淘汰基于化石燃料的电力供应。

将现有燃煤电厂改造为小型模块化反应堆

一些人认为煤炭正在卷土重来是可以理解的，但总体趋势表明情况并非如此，可持续能源举措正在向前推进。

2023 年第一季度，煤炭在美国国内发电中的份额降至历史新低3，与新风能和太阳能项目的“总”成本相比，现有电厂的供应和维护成本更高。

这些显然不是煤电​​复兴的迹象。尽管如此，在将煤炭完全从国家能源结构中剔除时仍需谨慎，特别是许多国家仍在使用煤炭来抵消电力市场的波动。

即使正在开发更具成本效益的能源存储解决方案，可持续能源解决方案仍然面临间歇性问题。因此，可以合理地假设在不久的将来煤炭仍将出现在一些国家的电网中。

煤炭作为管理短期高峰的一种昂贵但必要的手段，意味着必须关注支持煤炭的基础设施。其作为应急措施的使用取决于小型模块化反应堆是否能够响应实时需求变化，但这并不是它们传统设计的目的。快速同步管理不当可能会导致超出电网容量紧张之外的问题。

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此类问题在燃气联合循环发电厂 (CCPP) 中已经很明显。逐步引入更多可再生能源带来的间歇性担忧，导致当前的 CCPP 更频繁地循环，根据电网需求变化提供不同的电力来填补电力缺口。由于设计用于连续运行的设施被迫停止和重新启动，负载在 50% 到 100% 之间波动，运营压力现在变得越来越明显。

在这种类型的操作过程中，阀门退化和压力边界裂纹等问题变得越来越频繁。在将水注入蒸汽流以控制温度的区域以及涡轮机旁路系统和级间温度调节器中尤其如此。

然而，与占整个工厂支出较大的组件(例如蒸汽轮机)相比，这些领域很容易被忽视。然而，如果不加以考虑，这些较小的组件可能会严重影响工厂保持功能和在需要时快速响应的能力，从而妨碍 CCPP 作为应急解决方案的有效性。

取得成功的继承

精心设计的维护策略的影响不仅仅限于应急，它们对于燃煤电厂的继任计划也至关重要，特别是对于小型模块化反应堆而言。

正如国际能源署指出的那样，通过利用这些反应堆改造旧化石燃料发电厂，当地客户可以获得充足的电力，而无需对现有基础设施进行重大改造。这是由 200Mwe 和 400Mwe 之间的类似输出提供的，允许 SMR 有效地“插入”旧电网连接。

与大型核设施相关的巨大成本和时间尺度相比，这种更小、更易于实施的技术的吸引力是显而易见的。

除了方便之外，这种重新利用的过程还提供了后勤方面的好处。也就是说，寻找充足水源、建立公路和铁路连接以及寻找附近熟练劳动力的问题已经得到解决，并且无需购买额外的土地。

尽管该技术在全面商业化方面取得了巨大进步，但中小型反应堆仍处于发展的初级阶段。目前，18 个国家的 70 项临时设计正在协商中，标准化和最佳实践仍在制定中。

因此，与专门从事核技术的供应商合作将是证明 SMR 技术的实际优点并超越概念阶段的关键。

小型模块化反应堆的采用已经开始。例如，罗尔斯·罗伊斯公司最近获得了政府资助，用于建造一组 470 兆瓦的反应堆，该反应堆将于 2030 年代初期建成并运行。7虽然这还需要大约十年的时间，但拥有行业专业知识的组织正在加速采用，IMI 关键工程协助关键组件的设计和应用。

尽管该组织的主蒸汽安全阀、紧急堆芯冷却系统过滤器和主蒸汽隔离阀在工厂的整体设计中可能是相对较小的功能，但它们对于确保 SMR 安全和最佳运行至关重要。

还必须指出的是，漫长的监管审批流程是该行业的一个事实。即使对于处于领先地位并寻求创新的企业来说，标准化、经过明确验证的技术仍然具有吸引力。

同样，如果电力行业要推进其雄心勃勃的脱碳计划，对熟悉的解决方案的需求只会变得更加迫切。更不用说一些人对核能发电技术的迅速采用可能会感到的犹豫。在这种情况下，采用已被证明有效的阀门和组件对于缓解非常合理的担忧至关重要。

关键服务知识和化石燃料淘汰计划密切相关。为了确保燃煤电厂纳入脱碳工作，使用现有的基础设施将是关键，特别是成本仍然是核电采用的最大障碍之一。

这种凑合着用的情绪也可以延伸到中小型反应堆的发展，作为从煤炭转型的一种手段。由于核电行业传统上一直面临新建筑施工延误和成本不断上升的问题(部分原因是过度设计)，因此调整现有基础设施可能具有独特的吸引力。9

单独来看，阀门组件无法解决我们紧迫的和未来的能源问题。然而，它们在能源转型的短期、中期和长期中发挥的重要作用意味着它们不容忽视。