自上世纪50年代以来，随着核能发电的发展，反应堆的机组规模从 60 MWe 增长到 1600 MWe 以上，并产生了相应的规模经济效益。与此同时，已经建造了数百个小型动力反应堆供海军使用（高达 190 MW 热反应堆）；且作为中子源，小型动力装置在工程方面形成了丰富的专业知识。

国际原子能机构 (IAEA) 将“小型”的标准定义为 300 MWe 以下，而将“中型”定义为最高 700 MWe 左右——包括20 世纪的许多运行堆。IAEA 将它们统称为中小型反应堆（SMRs，small and medium reactors）。然而，“SMR”通常是“小型模块化反应堆”（small modular reactor）的首字母缩写，该反应堆设计可用于串联建造，并共同组成一座大型核电站。建议将超小型反应堆的子类别——vSMRs——用于15兆瓦以下的机组，尤其是偏远社区。

小型模块化反应堆 (SMRs)通常定义为等于或小于 300 MWe 的核反应堆，采用模块化技术设计，使用模块工厂制造，追求批量生产的经济性和较短的建造时间。这一定义来自世界核能协会（NEI），它是基于 IAEA 和美国核能研究所的定义。下面提到或列出的有一些已经运行的小型反应堆不符合这一定义，但所述的大部分反应堆还确实符合这一定义。

压水堆(PWR) 类型的SMR可能具有整体蒸汽发生器，在这种情况下，需要更大的反应堆压力容器，从而限制了从工厂到现场的便携性。因此，许多较大的压水堆，例如英国罗尔斯·罗伊斯的SMR都有外部蒸汽发生器。

目前研究的关注点在于小型类别中的先进设计，即那些目前正在首次建造或仍在计划中的设计，以及一些大型设计，它们不属于先进核动力反应堆所涉及的主流类别。其中，有些设计实际上还没有真正成型，有些正在运行或者正在建设中。目前正在寻求的四种主要选择堆型: 轻水反应堆（LWR）、快中子反应堆（FNR）、石墨慢化高温反应堆和各种熔盐反应堆（MSR）。第一种的技术风险最低，但第二种(FNR)可以更小、更简单并且在重加燃料前有着较长的操作时间。有些 MSRs 是快谱的。

如今，开发小型机组的部分原因是由于通过蒸汽循环发电的大型动力反应堆的投资成本高，部分原因是由于需要为低于约4 GWe的小型电网提供服务。这些设备可以独立建造，也可以作为模块建造在一个更大的综合设施中，并根据需要逐步增加容量。由于生产的数量，设想了规模经济。还有一些为偏远地区开发独立小型机组的举措。相比于成本通常可与相关公用事业资本化相当的大型设备，小型设备的投资被视为更易于管理。

对SMR 感兴趣的另一个原因是，它们可以更容易地在“棕地”选址，以取代退役的燃煤电厂，这些电厂的机组很少且非常大——超过90%的机组低于500 MWe，有些低于50 MWe 。在美国，2010-2012年退役的燃煤机组的平均功率为97 MWe，而在2015-2025年退役的燃煤机组的平均功率为145 MWe。

在西方国家，有大量的私人投资正在推动SMR的发展，包括一些小公司在内。这些新投资者的参与表明，核能研发正在发生深刻转变，从政府主导和资助的核能研发，到由私营部门和具有强烈创业目标的人主导，通常与社会目标相关联。该目标通常是部署负担得起的清洁能源，而不会排放二氧化碳。

芝加哥大学能源政策研究所(University of Chicago Energy Policy institute) 2011年为美国能源部(Department of Energy) 提交的一份报告称，小型反应堆可以显著降低与大规模核电站相关的财务风险，可使小型反应堆能够与其他能源进行有效竞争。

一般来说，用于发电的现代小型反应堆，尤其是SMR，预计将具有更简单的设计、大量在工厂批量生产的经济性、更短的建设时间和更低的选址成本。大多数还被设计为在发生故障时具有高度被动或固有安全性。还有许多被设计成放置在地面以下，对恐怖主义威胁有很高的抵抗力。美国核学会(American Nuclear Society)召集的一个特别委员会在2010年发布的一份报告显示，在即将到来的小型反应堆设计中，许多安全措施是必要的，或者至少是谨慎的。这主要是由于与大型机组相比，它们的表面积与体积（以及堆芯热量）之比更高。这意味着许多需要安全的工程，包括大型反应堆的散热，在小型反应堆中是不需要的。由于设想在许多情况下使用小型反应堆取代化石燃料发电厂，因此所需的应急规划区域的设计半径可不超过300米。

许可对于SMR来说可能是一个挑战，因为设计认证、施工和运行许可成本不一定比大型反应堆低。一些开发商参与了加拿大核安全委员会（CNSC）的预许可供应商设计审查流程，该流程确定了在加拿大许可新设计的基本障碍，并确保存在的解决途径。许可前的审查实质上是一次技术讨论，第1阶段涉及的工作人员需花上约5000小时的时间，考虑到概念设计，费用由开发商来承担。第2阶段是这一阶段的两倍，解决系统级的设计问题。

世界核能协会（NEI）2015年关于SMR许可证标准化和监管要求协调的报告指出，SMR的巨大潜力取决于许多因素：

由于其体积小和模块化程度高，SMR几乎可以完全在可控的工厂环境中建造并逐个模块地安装，从而提高了建造质量和效率水平。

它们较小的尺寸和被动的安全特性使它们更适用于电网较小且核电经验较少的国家。

与大型工厂相比，规模、施工效率和被动的安全系统（需要较少的冗余）可以使融资更容易。

此外，实现“批量生产经济性”的特定 SMR 设计将进一步降低成本。

世界核能协会（NEI）列出了 SMR 的以下特点：

功率小且架构紧凑，通常（至少对于核蒸汽供应系统和相关的安全系统）采用被动概念。因此，减少了对主动安全系统和额外泵的依赖，从而减少了事故的交流电源。

紧凑的架构实现了制造的模块化（在工厂内即可完成），这有助于实施更高的质量标准。

低功率导致放射性源项的减少以及反应堆(更小的反应堆)中放射性存量的降低。

反应堆机组的地基（地下或水下）的潜在位置，可提供更多保护，以免受自然（例如，地震或海啸）或人为（例如飞机撞击）造成的危害。

模块化设计和小尺寸有助于在同一地点可拥有多个单元。

获得冷却水的要求较低——因此适用于偏远地区和采矿或海水淡化等特定应用。

到达使用寿命时能够拆除反应堆模块或就地退役。

国外小型堆发展现状

在过去20年，为适应全球能源低碳化的大趋势，核能发达国家都在努力扩大核能应用范围，多用途的小型堆开发已成为全球核能发展的热点。IAEA于2020年发布的《小型模块化反应堆技术进展》共收录了72种小型堆技术。

这些堆中，近一半是水堆，由技术成熟的大型压水堆发展而来，具有明确的近期使用目标。研发国家主要包括中国、俄罗斯、美国、日本等。其中，在海上用的小型堆有五六种，包括俄罗斯的海上浮动核电站KIT-40S，现在已经投运。其余部分本质上属先进核能系统（四代堆），包括各类高温气冷堆、快堆、熔盐堆以及微堆。这些堆除少数几个进入详细设计外，大部分处于概念设计或初步设计阶段，到工程建设还有较长时间。这几年发展比较好的是高温气冷堆、铅冷或是钠冷快堆。另外就是熔盐堆。

美国的NuScale。多模块小型堆轻水冷却反应堆，设计目标是替代老旧火电厂，提供发电和非电力的工艺热能，减少二氧化碳排放，并可按照需求灵活增加功率模块。2020年完成了DCA的审查，2022年将获得设计认证批准并开始建设，2026年第一个电厂计划在爱达荷投入商运。

NuScale的设计特点是高度一体化，一回路采用自然循环、非能动安全系统，在提高安全性的同时，简化系统，减少设备，提高经济性，面向北美、东欧、中东、南亚以及非洲潜在用户需求。

原来设计一个模块5万千瓦，一共12个模块60万千瓦。近期又进行了技术改进，每个模块功率升至7.7万千瓦，以求更好的经济性。

开发方做了一个经济上的预测，按照每个模块7.7万千瓦、12个模块建一个电厂的话，总功率可达92.4万千瓦，它的造价是25.19亿美元，每千瓦2850美元。当然，这不是首堆，而是第N个堆以后的造价（NOAK）。

俄罗斯海上浮动核电站KIT-40S。俄罗斯“罗蒙诺索夫院士号”是商用海上浮动核电站，搭载两台压水堆KIT-40S反应堆，用于为边远地区提供电力和热能。2019年12月19日并网发电，停靠于俄远东区楚科奇海岸附近的佩维克港。

韩国的SMART。SMART是压水反应堆，用于发电和海水淡化。1997年开始研发，2012年获得韩国核安全与核安保委员会标准设计认证（SDA），2015年与沙特签署协议（评估在沙特建造至少2台SMART反应堆的可行性），2018年韩沙正式开展联合研究，包括工程设计和建造准备。

可以看出，国际小型堆发展的一个特点，就是全球使用核电的有30多个国家，但具有小型堆开发能力的只有10多个国家，其中，美俄占国际上正在开发和建设小型堆总数的一半。不难看出，这两个核电强国从核能长远利用战略角度，在开拓核能应用新领域的重视程度和所做的努力。

具体来说，第一，从技术基础及成熟度来看，采用轻水堆（包括陆上和海上）技术，仍是目前小型堆技术发展的主流，热电联供是其主要运行模式。

第二，高温堆以其独有特点受到青睐（占14种），其中既有采用棱柱状堆芯，也有采用球床堆芯，可见两种技术各有特点。

第三，快堆由于在燃料增殖、减少高放废物方面具有独一无二的优势，仍是国际社会小型堆研发重点，共有10种（不含中国），特别是铅（铋）冷快堆。

第四，值得特别关注的是熔盐堆，美、加、丹麦、日、英以及国际财团等发展10来种熔盐堆技术，大都处于概念设计阶段，个别进入基本设计和实验阶段。熔盐堆用途广泛，可用于发电、工业热源、制氢。铀-钍混合燃料熔盐堆为使用自然界中丰富的钍资源提供技术途径。

第五，用于海上或海下的小型堆技术有6种，以俄罗斯为最，占5种。中国基于自身的发展需求，在核动力海上平台技术开发领域取得长足的进展。

第六，微型核动力装置在未来空间和水下电源供给中将发挥主要作用，主要以布雷顿循环和斯特林发动机等热电转换方式发电，目前效率较低，主要应用于航空、航天、军事领域等方面。

第七，强调模块化、标准化、系列化、系统简化、智能化，以提高小型堆的经济性。

可以说，核电强国在开发小型堆过程中具有明确的用户需求、开发目标和战略指引；强调技术创新，在提升安全性的同时强调提高经济性；重视顶层设计，有一个明确的规划和路线图；有关政府部门一开始就注重同步开展政策、规范标准的研究和制定，以满足小型堆开发、监督和管理要求。

国内小型堆发展现状和市场前景

为扩大核能应用范围，保障能源安全，适应低碳能源发展需要，过去10多年在有关政府部门的鼓励和支持下，中核、中广核、国家电投、清华大学、中船重工、中科院等单位面向不同应用领域和市场需求，积极开发各具特色的小型堆技术。这些小型堆技术部分已具备开展示范工程条件。

我国小型堆在国民经济的各个领域拥有广泛的需求和发展前景，在实现能源低碳化中将发挥重要作用。

1.替代落后火电产能

“十三五”期间，全国停建和缓建煤电产能1.5亿千瓦，淘汰落后产能0.2亿千瓦以上。特别是淘汰关停不符合要求的30万千瓦以下煤电机组，并将燃煤自备机组纳入淘汰范围。

现阶段，国内采用小型堆技术原址替代小型火电技术基本成熟，前景可期。由于原址替代小型堆是一新事物，加上经济性、公众对安全的担心等原因，市场开拓有待加强。小型堆对边远地区供电、大中型企业、工业园区热电联供具有优势。

适用堆型包括ACP100（玲龙一号）、HTR-PM-200等。

目前，由中核集团开发的海南昌江多用途模块化小型堆科技示范工程ACP100正在积极推进当中，该堆型功率为125MWe，建设工期58个月，可作发电、热电联供等。

2.家庭和工业供热

国家统计局《2020年中国统计年鉴》显示，2013——2019年中国供热总量缓慢增长。2019年，我国蒸汽供热总量约为6.51亿吉焦，较2018增长12.71%；热水供热总量约为32.75亿吉焦，同比2018年上涨1.18%。

供热面积：北方供暖地区城镇现有集中供热面积约131亿平方米，城市集中供热面积约110亿平方米，集中供热率约85%。其中，居住建筑面积82亿平方米，占比75%；公共建筑面积28亿平方米，占比25%；随着城镇化发展趋势，北方地区需要供热的面积不断增长。

热源：我国城市集中供热的热源基本形成以热电联产为主，区域锅炉房为辅，其它热源补充的格局。80%的热源炭以煤为主要燃料，燃煤锅炉、燃气锅炉和燃煤热电联产为主要供热方式。在占主导地位的集中供热中，热电联产和锅炉占比高，燃煤热电联产占45%，燃煤锅炉占32%，燃气锅炉占11%，其余为其它来源。高污染、低效率的落后产能超过50%。

2017年12月，国家发改委等十部委联合发布《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021）》，2018年出台《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，均提出要有效推进北方地区清洁取暖，并取得很大成绩，大大改善了空气质量，污染少了、蓝天多了，但其热源还是以优质化石燃料为主。

核能供热技术成熟，在低碳供热领域有广大的应用前景，但能否被采纳，取决于许多因素，公众对安全的担心，价格接受能力，各级政府的态度等都是面临的主要挑战。

适用堆型包括和美一号、 NHR200-Ⅱ、 DHR-400等。

由国家电投开发的和美一号在各级政府的支持下，正在积极有序地推进中，项目规划建设4×200MWt一体化供热堆。一期为2×200MWt，最大供热能力为800万平方米，或供气500吨/小时。该项目计划2021年开工，工期36个月。

由中广核集团和清华大学联合开发的低温供热堆NHR200-Ⅱ在各级政府的支持下，项目前期工作在积极有序推进中，项目规划建设NHR200-Ⅱ型低温核供热机组，为相关用户提供清洁低碳蒸汽（500t/h），首台计划于2022年12月开工，是我国核能综合利用以及低温供热技术首次商业应用。

由中核集团开发的400MWt燕龙（DHR-400）泳池式低温供热堆目前正在积极推进，单堆可供热面积约1000万平方米，计划2022年实现FCD，2024年建成投产。

3.海水淡化、制氢

我国北方和部分沿海地区水资源严重不足，据统计，北方缺水总面积达58万平方公里；全国有300多座城市不同程度缺水，每年缺水量58亿立方米，主要集中在华北、部分沿海和省会城市以及工业型城市；有6个省、区人均水资源低于500立方米。

海水淡化的市场很大，但由于反渗透海水淡化技术成熟，以及南水北调有效缓解，国内核能海水淡化的行业发展受到一定制约。

制氢在国外（尤其中东国家）有发展前景，氢气在未来的能源市场有广泛应用。高温堆在此方面有优势，但预计在2030年以后。

适用堆型包括HTR-PM-200、ACP100、和美一号等。

4.海洋开发能源供给

除台湾省以外，中国海岛数量大，总面积超过6600平方公里，人口740多万。国家已制定海南发展政策，提出要高水平开发海洋海岛资源，逐步形成以海岛为依托的第二海洋经济带。

海上浮动式核动力平台是实现上述目标能源供应的重要选择，能同时提供电力和高温高压蒸汽，也可用来进行海水淡化；投资规模小，配置灵活，无须场外电源保障，安全，适合孤岛运行。

目前正在开发的堆型包括ACPR50S、 ACP100S等。

我国小型堆发展面临的挑战和建议

目前，国内尚不具备一套相对完整的适用于模块化小型堆发展的法规标准和用户要求。这些法规标准涉及项目核准、安全审评、核应急以及小型堆安保等领域，需逐步补充和完善。小型堆的经济性，特别是与其它清洁能源的价格竞争力，一定程度上影响投资者的参与热情。应在确保安全的前提下，发挥创新精神，努力实现简化系统设计，向标准化、批量化、模块化、工厂制造、现场组装方向发展，以有效提高经济性，增加竞争力。

另外，目前我国小型堆安全设计水平达到或高于三代大型核电水平，但由于靠近目标用户，公众对安全的担心（特别是作为区域供热的小型堆），虽然前景良好，但项目落地相对困难，进展缓慢。需要加大对示范项目的支持力度，在取得成功的基础上，加大宣传，逐步推广。

因此建议有关政府部门进一步加强促进和规范小型堆发展的政策、规范和标准的研究和制定，包括小型堆的安全要求、适用标准、应急、安保、监管和小型堆的用户要求等；加强政府的协调和指导，加强企业和研究单位间的合作，避免同类项目的重复开发，提高开发效率；加强用户需求的调查研究，使开发的小型堆技术更具针对性和可应用性；加大示范项目推进力度，在取得成功的基础上加强公众沟通，逐步推广。

文章来源： 嘿嘿能源heypower， 中国核工业