小型模块化反应堆（通常简称小堆，SMR）目前被普遍认为是一项革命性的核能技术，但小并不是小堆的全部特点，也就是说有望成为潜在游戏规则改变者的小堆不仅仅是其功率或者尺寸小，而是小堆的设计充分利用其较小的功率和尺寸带来变革性的安全特性、交付模式和商业案例。

小堆现在通常被定义为输出功率在10 MWe和300 MWe之间的核反应堆。通过更高程度的模块化、标准化和工厂化建造相结合，以最大限度地提高系列经济性（或“系列化效应”）。不同的模块可以运输到现场并进行组装，从而节省现场施工时间，降低不确定性。

通过IAEA建立的SMR应用平台，各国SMR发展迅速。事实证明，IAEA对SMR开发和部署的支持至关重要。

01

小型模块化反应堆的类型

正在开发的多种SMR设计采用了不同的冷却剂和燃料形式，具有不同的技术成熟度（TRL）和认证成熟度（LRL），大多数SMR设计可分为下述五类：

单机组轻水堆SMR：使用成熟的轻水堆技术和燃料，独立配置，以提供可替代小型化石燃料机组或作为分布式发电部署的独立机组。

多模块轻水堆SMR：同样使用轻水堆技术，可以作为中等规模基荷容量的替代或在分布式发电框架中运行，具体取决于发电量。

移动/可运输SMR：目前采用轻水堆技术，易于从一个位置移动到另一个位置，浮动反应堆属于此类。

四代堆（Gen IV）SMR：采用用先进、非轻水堆技术，包括过去第四代反应堆国际论坛（GIF）研究的许多设计。

微型模块化反应堆（微堆，MMR）：容量小于10 MWe的设计，通常能够半自动运行，相比较大的SMR具有更好的运输能力。这类技术通常不基于轻水堆，而是应用了更广泛的技术，包括Gen IV。MMR主要用于偏远地区的脱网运行，在这些地区，它们将与其他形式电源竞争。

基于轻水堆的SMR设计是最成熟的，具有最高的TRL和LRL，并且可能最早用于商业部署。部分设计正在建设中（如阿根廷的CAREM、中国的玲珑一号ACP100）或已投运（如俄罗斯的KLT-40S）。其他设计正在取得重大认证进展，并可能在2030年建成原型堆。这些技术是全球运行的第二代和第三代反应堆的小幅进化版本，能够从数十年的运行和监管经验中获益。对于加压重水反应堆（PHWR）技术，也可以得出类似的结论。

与轻水堆相比，四代堆技术使用了不同的冷却剂（如液态金属、熔融盐或气体）和不同的系统配置。尽管基于四代堆的设计不能达到轻水堆的运行和监管经验水平，而且在某些领域仍需要进行更多的研究，但这些设计还是得益于过去大量的研究和开发历史，开发商和监管机构可以借鉴。最成熟的四代堆设计是金属冷却和气体冷却反应堆，其中一些装置目前正在运行或建设中。由于出口温度较高以及采用先进核燃料循环，这些设计还具备用于非电力应用的潜力。

02

小型模块化反应堆的优势

小型模块化反应堆提供了较低的资本投资、更大的可扩展性，以及更强的选址灵活性。与传统设计相比，小堆还具有增强安全性和安保性。部署先进小堆有助于推动经济增长。

1、模块化

小型模块化反应堆中的“模块化”是指在工厂环境中制造核蒸汽供应系统的主要部件并运输至使用地点的能力。尽管目前的大型核电厂将工厂化组件（或模块）纳入到设计中，但仍需要大量的现场工作才能将组件安装成可运行的电厂。小堆预计只需要有限的现场准备，并大大缩短大型机组的较长施工时间。与大型核电站相比，小堆提供了简化设计、增强的安全特性、工厂生产带来的经济性和质量收益，以及更大的灵活性（融资、选址、规模和最终用途）。随着能源需求的增加，可以根据需求增加模块。

2、较低的资本投资

由于较低的电厂投资成本，小堆可以减少核电厂业主的资本投资。模块化组件和工厂制造可降低施工成本和工期。

3、选址灵活性

小堆可以为不需要大型电厂或厂址缺乏支持大型机组基础设施的应用提供电力。包括较小的电力市场、孤立地区、较小的电网、水源和占地面积有限的厂址，或独特的工业应用。小堆有望成为替代老化/退役的化石燃料电厂的有吸引力的选择，或提供一种不排放温室气体的能源来补充现有的工业流程或发电厂的选择。

4、更高的效率

小堆可以与其他能源（包括可再生能源和化石能源）结合使用，以充分利用资源、产生更高的效率和多种能源终端产品，同时提高电网的稳定性和安全性。  一些先进的小堆设计可以产生较高温度的工艺热，用于发电或工业应用。

5、核安保与防止核扩散

小堆设计在考虑当前的安保需求方面具有明显的优势。设施保护系统，包括能够承受设计基准飞机撞击场景和其他特定威胁的屏障，是应用于新的小堆设计的工程设施的一部分。小堆还为美国和更广泛的国际社会提供了安全和潜在的防止核扩散利益。大多数小堆将建在地面以下，以加强安全和安保，解决对破坏和自然现象危险情况的脆弱性。一些小堆将设计为在不需要换料的情况下长期运行。这些小堆可以在工厂中制造和装料，密封并运输到厂址进行发电或产生工艺热，最后在寿期结束后返回工厂进行卸料。这种方法有助于尽量减少核材料的运输和处理。轻水型小堆预计将使用低富集度铀作为燃料，即约5%的铀235，与现有的大型核电厂类似。应用于这些技术的“设计安保”概念有望降低小堆核材料被盗窃和转移的可能性。此外，这些轻水型小堆的反应堆堆芯可以设计成使用混合氧化物（MOX）作为燃料燃烧钚。此外，基于非轻水冷却剂的小堆可以更有效地处置钚，同时最大限度地减少需要处置的废物。

6、提升制造业

小堆经济竞争力的基础是模块化零部件的大规模制造将降低与当前发电源相当的每千瓦电力成本。小堆既有国内市场，也有国际市场，通过发展小堆将提升制造业，从而竞争上述市场。美国能源部希望，标准化小堆设计的开发将增加美国公司在全球能源市场的影响力。如果订购了足够数量的小堆机组，将为提高适当的工厂产能提供必要的激励，以进一步增加小堆电厂的国内和国际销售。

7、发展经济

部署小堆取代退役的发电资产，并满足不断增长的发电需求，将促进美国制造业、税收基数、以及高收入工厂、建造和运营岗位的大幅增长。以美国为例，2010年一项关于小堆部署对经济和就业影响的研究估计，耗资5亿美元（约35亿人民币）制造和安装的典型100 MWe小堆将创造近7000个就业机会，并产生13亿美元（约90亿人民币）的销售、4.04亿美元（约28亿人民币）的收入（工资）和3500万美元（约2.4亿人民币）的间接营业税。该报告研究了多个小堆部署率对经济的影响，即低部署率（1-2个/年）、中等部署率（30个/年）、高部署率（40个/年）和极端部署率（85个/年）。研究表明，即使在中等部署水平上，发展小堆制造企业也会产生重大的经济影响。

03

世界各国SMR发展概述

1、俄罗斯浮动堆

“罗蒙诺索夫院士号”浮式发电机组配有两个KLT-40S压水反应堆

第一批SMR已经在俄罗斯和中国部署。

俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士号”（Akademik Lomonosov）浮动核电站已经向位于俄罗斯楚科奇的北极小镇Pevek提供电力和供热。

“罗蒙诺索夫院士号”于2019年12月并网，2020年5月底开始商业运营，包括一个沿海基础设施专用系统，以支持罗蒙诺索夫院士号浮式发电机组，该机组配备有两个KLT-40S压水反应堆（PWR），以前用于为破冰船提供动力，每个容量为35MWe。

该浮动电站功率容量为70MW，热容量为50 Gcal/h。

俄罗斯监管机构Rostekhnadzor已向核设施Rosenergoatom颁发了为期10年的许可证，允许其在2029年前运营罗蒙诺索夫院士号。

这是一系列移动式可运输低功率机组的主导项目，这些机组将位于远东地区，为偏远的工业企业、港口城市以及天然气和石油平台提供能源。

后续装置将升级更大的RITM-200反应堆，每个反应堆的容量为50MWe。

中国（根据与俄罗斯签订的合同）已开始为这些升级型FNPP中的第一艘铺设船体龙骨。

它将于2023年底交付俄罗斯，用于完成和安装反应堆和其他设备，这些设备已经由俄罗斯原子能公司Atomenergomash制造。

这是计划中的四个FNPP装置中的第一个，计划在Chukotka的Cape Nagleingyn水域运行。

俄罗斯还计划使用RITM-200的改装版本在雅库蒂亚建造地基SMR。该工厂计划于2028年投产。

2、中国高温气冷堆

华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程全景

2021年，中国第一台球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）并网，成为山东省石岛湾核电站两机组球床模块式高温气冷堆示范项目的第一机组。

两个250MWt反应堆均已达到临界状态，并将驱动一个210MWe涡轮机。

高温气冷反应堆使用石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂。铀燃料包括直径6厘米的卵石，每个卵石都有一层外层石墨，并含有分散在石墨粉末基质中的12,000个四层陶瓷涂层燃料颗粒。

HTR-PM源自中国的HTR-10，这是清华大学核与新能源技术研究所的一个10 MWt高温气冷实验反应堆，于2000年启动，2003年达到满功率。石岛湾现场拟再建造18个此类HTR-PM装置。

中国还在昌江核电站使用ACP100（玲珑一号）压水堆建造另一个SMR示范项目。

中国于2019年宣布启动该项目——自2010年以来，该项目一直在开发中。

ACP100初步设计于2014年完成。一体化压水堆主冷却剂回路的主要部件安装在反应堆压力容器内。

2016年，该设计成为首个通过IAEA安全审查的SMR。

3、阿根廷Carem25

阿根廷正在完成其Carem（Central ARgentina de Elementos Modulares）反应堆的建设，这是一个国内设计和开发的32 MWe压水堆。

除了依靠被动安全系统，Carem的整个主冷却剂系统都包含在一个自增压容器内，并使用自由对流循环冷却剂。

这消除了对主回路内的泵等设备的需要，并减少了所需管道系统的范围和复杂性，同时减少了涉及冷却剂损失事故的可能性。

在2017年停工之前，它有望成为世界上第一个运营的SMR。

2009年，阿根廷政府批准了作为原型堆建造。阿根廷国家原子能委员会（CNEA）和技术公司INVAP于1980年开始开发，并于1984年首次宣布。

2000年代初进展缓慢，但2006年的一项政府法令将Carem25计划列为国家优先事项。

2008年的第二项行政命令使该项目直接向阿根廷总统负责。

最初，Carem25预计将于2017年启动，但由于财务和技术问题，工作暂停。2020年工作恢复。

阿根廷打算建造更多用于国内和出口的装置。

CNEA计划在阿根廷福尔摩萨附近建造一座100MWe Carem反应堆，并计划出口一座更大的300MWe反应堆。

2022年10月，IAEA总干事格罗西在阿根廷之行期间访问了Carem25现场，并在那里会见了核监管局（ARN）主席阿古斯丁·阿尔伯·冈萨雷斯（Agustin Arbor Gonzalez），讨论了监管挑战以及为包括Carem25在内的阿根廷各项目建立监管基础的重要作用。

4、美国NRC认证NuScale SMR

NuScale SMR核电站设想图

与此同时，2022年8月，美国核管理委员会（NRC）发布了一项最终认定，证明NuScale的SMR设计可在美国使用。NRC表示，认证意味着设计“符合机构的适用安全要求”。

引用认证设计的核电厂联合许可证申请“无需解决设计认证规则解决的任何问题”。

相反，联合许可证申请和NRC的安全审查将解决拟建核电站的任何剩余安全和环境问题。

设计认证“批准NuScale反应堆的‘设计控制文件’，该文件通过引用纳入最终规则”。这是首个获得NRC认证的SMR设计。

随后在10月，NRC也接受了NuScale的方法，以确定SMR厂址周围应急规划区（EPZ）的适当规模。

该方法现在可用于确定NuScale SMR的EPZ，该EPZ为公众提供与现有美国核电站10英里半径相同的保护水平。

NuScale功率模块（NPM）设计是一种小型压水堆，可产生77MWe的电力，并可根据客户需求进行缩放。

VOYGR-12电厂能够发电924MWe，NuScale还根据客户需求提供四模块VOYGR-4（308MWe）和六模块VOYGR-16（462MWe）电厂以及其他配置。

5、罗马尼亚SMR选址

罗马尼亚可能是最早一批SMR建造地

IAEA的一个专家小组于8月完成了罗马尼亚为计划中的SMR选址安全审查，该小组希望该项目能够成为在欧洲建造的第一个SMR。

5月，罗马尼亚政府通过国有公司Societatea National a Nuclearelectrica SA（SNN）宣布，在美国贸易和发展署的资助下进行了一项深入研究后，罗马尼亚政府选择了位于首都布加勒斯特西北约90公里的Doicesti作为SMR的首选地点。

罗马尼亚正在考虑建设NuScale SMR。

罗马尼亚要求IAEA进行场地和外部活动设计（SEED）审查，以评估在选择首选场地时遵循的程序。

这是IAEA SEED首次考察SMR选址。

罗马尼亚在初步SNN报告中记录了选址过程，随后将进行初步前端工程设计（FEED）研究。

SEED代表团表示，在敏感性分析和FEED研究的验证性数据收集方面，需要进行有限的额外工作，以及关于最小化项目风险的详细建议。

团队提供了一些建议，以支持优化选址过程，并将以下阶段可能影响项目实施的重要安全问题风险降至最低。

IAEA小组特别建议：

根据IAEA安全指南SSG-35中发布的建议，所有数据都应收集在选址总结报告中，为以后的决策和选址评估阶段提供可追溯的支持。

根据事故的潜在辐射后果，对为SMR选择的特定技术采用适当的分级方法，以达到总体安全目标。提供了关于IAEA分级方法的准则。

选择过程中可能的额外数据收集阶段——通过轻度调查和监测——将作为备用解决方案，针对最有区别的选择标准，在首选地点实施。

SNN CEO 科斯明·吉塔（Cosmin Ghita）表示：“我们邀请了IAEA SEED任务，因为我们的首要任务是在罗马尼亚建设一个最先进的SMR项目，完全符合最高安全标准。”

“在IAEA的持续支持下，我们在选址和建造第一座SMR方面的经验可供其他考虑建造SMR的国家使用。SNN准备分享我们在SMR部署项目的战略和技术方面的经验。”

随着更多国家决定采用这一新技术，IAEA对SMR开发和部署的支持显然至关重要。

SEED的任务表明，这种支持已经超出了提供技术咨询、组织讨论论坛和开展实际活动的范围，已经在制定详细的技术数据、法规和安全标准方面发挥了重要作用，这些数据将在未来几年内发挥重要作用。

文章来源： 小堆观察， 嘿嘿能源heypower