美啟動先進反應堆示范計劃

2020年5月14日，美國能源部宣布啟動先進反應堆示范計劃(ARDP)，幫助私營企業(yè)推動先進反應堆的商業(yè)化，目標是在未來5至7年內(nèi)幫助先進反應堆技術開發(fā)商建設2座示范堆，并大力支持有望在21世紀30年代中期實現(xiàn)商業(yè)應用的創(chuàng)新型先進反應堆研發(fā)。

1 先進反應堆特點

能源部根據(jù)裝機容量將反應堆分為三類：第一種是微堆，裝機容量為1～20兆瓦，能夠以車載模式部署使用；第二種是小型模塊堆，裝機容量為20～300兆瓦，能夠模塊式增減裝機容量；第三種是全規(guī)模反應堆，裝機容量超過300兆瓦，能夠以基荷方式可靠地提供無碳排放電力。

對于先進反應堆，能源部設定了四方面要求：首先是無人/少人值守安全，即事故發(fā)生后，無人干預或少人干預也可確保安全；其次是多用途，即除發(fā)電外，還可以提供工藝熱，海水淡化，并能夠以負荷跟蹤模式運行，彌補間歇式能源缺陷；第三是廢物再使用和處置，即能夠大幅減少需要處置的乏燃料數(shù)量，部分技術能夠?qū)Ψθ剂线M行再使用；第四是易于融資，即能夠在工廠批量制造，且造價較低。

2 先進反應堆示范計劃

5月14日，能源部發(fā)布資助機會公告，宣布將提供ARDP下的首批資金，共計1.6億美元。美國反應堆技術開發(fā)商可通過三條途徑提交資助申請：第一是先進反應堆示范，這一途徑將能在未來7年內(nèi)幫助建成一座示范堆；第二是降低未來示范面臨的風險，這一途徑將幫助最多5個研究團隊應對技術、運營和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)，以便為未來的示范做好準備；第三是先進反應堆概念2020(ARC 20)，這一途徑將支持有望在21世紀30年代中期實現(xiàn)商業(yè)化的創(chuàng)新型反應堆設計。在2020財年預算中，國會為ARDP撥款2.3億美元。

在執(zhí)行過程中，ADRP將與國家反應堆創(chuàng)新中心倡議(NRIC)開展廣泛合作。NRIC倡議根據(jù)《核能創(chuàng)新能力法》設立，能源部于2019年8月啟動，由愛達荷國家實驗室牽頭，目標是為私營技術開發(fā)商提供必要支持，幫助其測試和示范反應堆概念并開展性能評價，加速推進先進反應堆設計的取證和商業(yè)化進程。

3 美國先進反應堆研發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)能源部公布的信息，美國企業(yè)正在研發(fā)的先進反應堆設計超過20種(詳見表1)。這些反應堆大致可以分為五類：一是使用水作為冷卻劑但裝機容量小于傳統(tǒng)輕水堆的小型模塊化水冷堆；二是以液態(tài)金屬(鈉或鉛)為冷卻劑的反應堆，相對于現(xiàn)有的商業(yè)核電反應堆，這種反應堆的運行溫度較高，運行壓力較低；三是以氣體為冷卻劑的反應堆，這種反應堆通常在高溫下運行；四是以熔融氟化鹽或氯化鹽為冷卻劑的熔鹽堆；五是熱管冷卻堆。

目前商業(yè)化進度最快的先進反應堆設計有兩種，即紐斯凱爾電力公司研發(fā)的小型一體化壓水堆以及奧克洛公司推出的微型熱管冷卻堆Aurora。

紐斯凱爾小堆已于2019年12月成功通過美國核管會第四階段設計認證評審，并有望于2020年9月獲得設計合格證。紐斯凱爾正在與猶他州聯(lián)合市政電力系統(tǒng)公司合作推進美國首個小堆電廠建設項目。這座電廠將位于愛達荷國家實驗室，由12座小堆組成。廠址準備工作2021年啟動；工程建設(澆筑第一罐混凝土)2023年開始，首堆2026年投運。全部12座反應堆2027年投運。紐斯凱爾表示該電廠的目標平準化電價為65美元/MWh。

奧克洛公司2020年3月向核管會提交建設和運營一座Aurora微堆的聯(lián)合許可證申請，意味著該公司在推進Aurora設計的商業(yè)化方面取得重要進展。這也是核管會收到的首份非輕水型先進裂變堆聯(lián)合許可證申請。在此之前，能源部2019年12月授予奧克洛在愛達荷國家實驗室建設Aurora首堆的許可。奧克洛是第一家獲得此類廠址許可的非輕水型反應堆開發(fā)商。

此外，值得關注的是，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室宣布2020年3月將在貝利項目中為三家反應堆技術開發(fā)商提供總計3975萬美元，幫助開展移動式微堆原型堆的工程設計工作。兩年之后，國防部將選擇一種設計，啟動原型堆建設。獲得資助的三家開發(fā)商分別是西屋公司、BWX技術公司和X能源公司。西屋宣布，將利用國防部資金推進固體堆芯熱管冷卻堆“埃文西”(eVinci)的商業(yè)化。BWX技術和X能源均沒有公開宣布國防部資助下的微堆設計。

4 結(jié)語

為了加速推進先進反應堆技術的商業(yè)化，在未來的全球市場競爭中占據(jù)領先地位，美國能源部啟動了先進反應堆示范計劃，準備在未來5至7年內(nèi)建成2座示范堆，并大力推進創(chuàng)新型先進反應堆的研發(fā)。目前美國企業(yè)正在研發(fā)的先進反應堆設計有超過20種，首座先進反應堆電廠有望在2027年建成投運。