核能利用新紀(jì)元——小型核電

小型核電的概念最近在我國備受關(guān)注。據(jù)報道，湖南的衡陽、株洲，福建的漳州，江西的瑞金，都計劃建設(shè)小型核電站。一時間，小型核電成為了核電行業(yè)的新寵，人們對它寄予了很大的期望。

那么，到底什么是小型核電，它為什么這么受歡迎呢？

小好，還是大好？

小型核電，也叫小型反應(yīng)堆，簡單來說就是功率小的核電站。按照國際原子能機構(gòu)（IAEA）的定義，小型反應(yīng)堆指電功率小于30萬千瓦的反應(yīng)堆，中型反應(yīng)堆指電功率在30～70萬千瓦之間的反應(yīng)堆，大型反應(yīng)堆指電功率大于70萬千瓦的反應(yīng)堆。那么，核電站到底是做小點兒好，還是做大點兒好呢？

現(xiàn)有新建的商用核電站幾乎都屬于大型核電站，裝機容量基本都在百萬千瓦以上。這就讓人們形成一個印象，核電站的規(guī)模都是很大的。其實不然，核電站在發(fā)展初期都是從小型開始做起的。世界上第一座核電站是俄羅斯的斯奧伯寧斯克核電站，裝機容量只有0.5萬千瓦。世界上第一座商用核電站是美國的希平港核電站，裝機容量為9萬千瓦。在第一代商用核電站中，裝機容量都在30～50萬千瓦之間。隨后，人們提出了規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)的概念，認為核電站造得越大，經(jīng)濟效益越好。于是，人們開始想方設(shè)法提高核電站的裝機容量。到了20世紀(jì)60年代中期，人們已經(jīng)開始建造裝機容量為80萬千瓦級的核電站，而在80萬千瓦級核電站還沒建成時，就已經(jīng)有裝機容量在百萬千瓦級的核電站開建了。到現(xiàn)在，美國第三代核電站AP1000的裝機容量是125萬千瓦，正在我t/9oscgeDTu2KZMCCSGZS+nOGDPVdIA8GnpXf/R2wTQ=國浙江三門開建；歐洲第三代核電EPR的裝機容量達到了175萬千瓦，正在我國廣東臺山開建。

核電站是不是真的越大越好呢？當(dāng)然不是。當(dāng)初的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)是在核電站發(fā)展初期提出的，那時候，核電的經(jīng)濟效益較低，提高功率確實能夠有效增加核電站的效益。因為在同一個廠址、同一配套設(shè)施下，把核電站做得大一些，單位千瓦的建造成本就可以下降，經(jīng)濟效益也可以得到提高。但是，提高功率就意味著提高相關(guān)配套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，如安全容器、機械泵等。而生產(chǎn)更大的安全容器，制造更大的機械泵，這些都會增加技術(shù)研發(fā)成本和生產(chǎn)制造成本。所以，核電站顯然不是做得越大，經(jīng)濟效益就越好。

那核電站到底要做多大才是最好的呢？這個問題并沒有絕對的答案，而應(yīng)該根據(jù)實際需求來確定。

需求推動市場

推動小型核電發(fā)展的真正因素，恐怕不是經(jīng)濟效益的問題，而是市場需求。

在過去幾十年里，核電站主要建在發(fā)達國家和地區(qū)，如美國、法國、日本等。在這些發(fā)達國家中，電力需求大，確實需要裝機容量為百萬千瓦量級的核電站；而且，這些國家的電網(wǎng)配套設(shè)施也很好，容納百萬千瓦量級的核電站顯然不存在什么困難。如今，核電的主要市場已經(jīng)從發(fā)達國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移到了發(fā)展中國家和地區(qū)。在積極發(fā)展核電的國家和地區(qū)中，很多國家和地區(qū)的電網(wǎng)設(shè)施還比較落后，較難承受功率太大的電站；而且這些國家和地區(qū)的電力需求也沒有那么大，沒有必要建造這么大的核電站。所以，在這樣的國家或地區(qū)里，發(fā)展小型核電站便成為一個實實在在的市場需求了。

美國加州大學(xué)伯克利分校能源學(xué)院專門做過統(tǒng)計（如下圖所示），在現(xiàn)今運行的所有類型的電站中，有93%的裝機容量是在50萬千瓦以下的。這就說明，在現(xiàn)有的能源需求結(jié)構(gòu)中，小型和中型電站是占絕大多數(shù)的。

此外，小型核電還可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，如工業(yè)或居民的供暖供熱，海上石油開采，邊遠地區(qū)礦物開采，海水淡化，等等。在這樣的市場需求下，小型核電自然而然就被關(guān)注到了。

推動小型核電發(fā)展還有另一個很重要的因素，就是投資小?，F(xiàn)有百萬千瓦級核電站的投資非常巨大，每個機組都需要上百億元人民幣的投資，而且建設(shè)周期也比較長，一般要4～5年。雖然核電站的投資回報率不錯，但投資金額太大，周期太長，這使得民間資本望塵莫及。如果能把核電站做小，減小投資金額，縮短建設(shè)周期，就可以大大提高核電站的投資吸引力。在現(xiàn)有的小型核電站設(shè)計方案中，從幾萬千瓦到幾十萬千瓦都有，投資金額大概在幾億到幾十億人民幣不等，建造周期也可以縮短到2～3年。這樣的投資項目對于民間資本來說，就非常有吸引力了。所以，投資小也是推動小型核電發(fā)展的重要因素。

談到小型核電，就必須談到新興的模塊化設(shè)計理念。所謂模塊化設(shè)計，就是把整個核電站分成若干個獨立的模塊，每個模塊可以單獨在工廠里生產(chǎn)加工，然后運到現(xiàn)場進行組裝。按照這樣的設(shè)計方案，核電站就可以成為在工廠里批量生產(chǎn)的產(chǎn)品了，就像生產(chǎn)飛機和輪船一樣。工廠生產(chǎn)比現(xiàn)場施工的制造成本可以減低好幾個量級。還有一些超小型核電設(shè)計方案，整個反應(yīng)堆直接在工廠里加工生產(chǎn)，然后用火車、輪船或者卡車運送到現(xiàn)場安裝，隨后就可以使用了。這種模塊化的設(shè)計方案，正是現(xiàn)有小型核電站與20世紀(jì)五六十年代所建造的小型核電站之間的本質(zhì)區(qū)別。

小型核電安全嗎

盡管規(guī)模不大，但小型核電也是核電，其最核心的問題還是安全問題。

由于功率變小了，小型核電站的安全問題也沒有大型核電站那么棘手了。在現(xiàn)有的設(shè)計方案中，絕大部分小型核電都具有非能動的安全特性。所謂非能動的安全特性，就是利用自然物理規(guī)律（如位差產(chǎn)生的重力，密度差產(chǎn)生的浮升力等）來進行堆芯冷卻，確保反應(yīng)堆的安全。

日本福島核事故發(fā)生的最直接原因是用于冷卻堆芯余熱的備用柴油機失效。而如果反應(yīng)堆采用非能動的余熱排出系統(tǒng)，就不需要備用柴油機，也不會出現(xiàn)類似福島一樣的事故了。不過，非能動的冷卻能力有限，正是由于小型核電的功率變小了，所以在小型核電中采用非能動的冷卻方式是可以滿足設(shè)計要求的，也能夠保證反應(yīng)堆的安全性。在核電站的安全分析中，有堆芯熔化概率的指標(biāo)。這個指標(biāo)是指一個核電站發(fā)生堆芯熔化事故的概率，其數(shù)值越低說明發(fā)生事故的可能性越小，反應(yīng)堆越安全。當(dāng)今最先進商用核電站是美國的AP1000和歐洲的EPR，它們的堆芯熔化概率是10-6，而美國能源部支持開發(fā)的mPower小型核電的堆芯熔化概率是10-8。從這個方面可以看出，小型核電的安全性比現(xiàn)有最先進的三代核電還要高出兩個量級。所以，小型核電應(yīng)該是比大型核電更加安全的。

搶占先機

2009年，國際原子能機構(gòu)（IAEA）發(fā)布評估報告，預(yù)測到2030年，全世界將建成96座小型核電站。

小型核電的巨大市場潛力吸引了各核工業(yè)大國和各核能行業(yè)大公司的高度關(guān)注。2010年，比爾·蓋茨投資Terra Power公司，致力于發(fā)展小型核電行波堆。2012年，美國能源部（DOE）設(shè)立了4.5億美元的專項經(jīng)費，支持多家公司開發(fā)小型核電。俄羅斯一家公司計劃于2017年建成世界上第一個小型核電項目SVBR-100，屆時它將成為全球首個商用小型模塊化反應(yīng)堆。我國的中核集團和中廣核集團也在積極開展小型核電的研發(fā)工作。

小型核電能否開啟核能利用的新紀(jì)元，能否成為核能利用的革命性產(chǎn)品，值得我們期待。

【責(zé)任編輯】趙 菲