模塊化小型堆發(fā)展情況簡(jiǎn)述

【摘要】小堆具有安全性高、功率較小、可靠近需求側(cè)、建造周期短、較易融資、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)主要核電企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)均開(kāi)展了大量的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品研發(fā)工作，取得了明顯的進(jìn)展。中核、中廣核、清華大學(xué)、國(guó)電投、中科院、中船重工等單位及研究機(jī)構(gòu)，都開(kāi)發(fā)出各具特色的小堆技術(shù)，部分已具備開(kāi)展工程示范的技術(shù)條件。

【關(guān)鍵詞】小堆 ?ACP100 ?低溫供熱堆

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（ IAEA ）也提出了積極鼓勵(lì)研發(fā)小型反應(yīng)堆的倡議，將電功率不超過(guò) 300MW 的核電機(jī)組定義為小型反應(yīng)堆。據(jù) IAEA 于 2018 年發(fā)布的《小型模塊化反應(yīng)堆技術(shù)進(jìn)展》，國(guó)際上共收錄了 53 種小堆技術(shù)，連同目前正在開(kāi)發(fā)之中的小堆，共有 60 種之多。小堆研發(fā)已成為當(dāng)前核能領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，也是核能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。我國(guó)有關(guān)政府部門和核能開(kāi)發(fā)單位十分重視小型反應(yīng)堆的開(kāi)發(fā)工作，將之納入國(guó)家發(fā)展規(guī)劃，并取得了許多有重要影響的技術(shù)成果。

小堆具有安全性高、功率較小、可靠近需求側(cè)、建造周期短、較易融資、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)主要核電企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)均開(kāi)展了大量的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品研發(fā)工作，取得了明顯的進(jìn)展。中核、中廣核、清華大學(xué)、國(guó)電投、中科院、中船重工等單位及研究機(jī)構(gòu)，都開(kāi)發(fā)出各具特色的小堆技術(shù)，部分已具備開(kāi)展工程示范的技術(shù)條件。

一、ACP100小型模塊化壓水堆示范項(xiàng)目

ACP100模塊化小型堆技術(shù)：2009年，中核集團(tuán)啟動(dòng)了ACP100集團(tuán)專項(xiàng)，開(kāi)展多用途模塊式小型堆設(shè)計(jì)研究。在其后的5年研發(fā)周期內(nèi)，ACP100先后開(kāi)展了方案設(shè)計(jì)、福島事故后的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)階段的深入，技術(shù)問(wèn)題逐步暴露并逐一得以解決，所有系統(tǒng)的技術(shù)方案、容量及參數(shù)全部得以固化。

2015年7月，IAEA對(duì)ACP100進(jìn)行通用設(shè)計(jì)審查（GRSR），2016年4月為ACP100頒發(fā)反應(yīng)堆安全審查終版報(bào)告。ACP100成為世界首個(gè)通過(guò)IAEA通用設(shè)計(jì)審查的小堆。

2017年5月25日，應(yīng)用于ACP100技術(shù)的海南昌江小堆科技示范工程獲得《國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于海南昌江多用途小型堆示范工程有關(guān)問(wèn)題的復(fù)函》。

2019年8月，海南昌江小堆示范工程項(xiàng)目初步安全分析報(bào)告正式獲國(guó)家核安全局受理，安審工作正式展開(kāi)。目前，該項(xiàng)目計(jì)劃于2020年下半年實(shí)現(xiàn)FCD，首堆工期58個(gè)月。

二、“燕龍”泳池式低溫供熱堆示范項(xiàng)目

2017年11月8日，中核集團(tuán)原子能院召開(kāi)“燕龍”泳池式低溫供熱堆型號(hào)研發(fā)設(shè)計(jì)啟動(dòng)會(huì)，正式開(kāi)始研發(fā)設(shè)計(jì);2017年11月28日，中核集團(tuán)正式發(fā)布自主研發(fā)、可實(shí)現(xiàn)區(qū)域供熱的“燕龍”泳池式低溫供熱堆;作為泳池式低溫供熱堆“演示驗(yàn)證-示范工程-商業(yè)推廣”三步走發(fā)展戰(zhàn)略的第一步，中核集團(tuán)在中國(guó)原子能科學(xué)院?jiǎn)?dòng)的供熱演示項(xiàng)目——泳池式輕水反應(yīng)堆（49-2堆）實(shí)現(xiàn)安全供熱滿168小時(shí)，為原子能院部分辦公樓提供核供熱（原子能院區(qū)兩座辦公樓和一座49-2堆廠房，總體供熱面積約1萬(wàn)平方米）。

“燕龍”泳池堆技術(shù)是中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司為響應(yīng)國(guó)家 “打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的號(hào)召，基于成熟技術(shù)研發(fā)的可用于我國(guó)北方地區(qū)冬季清潔供暖的泳池式低溫供熱堆。該型反應(yīng)堆為低溫常壓水池式反應(yīng)堆，反應(yīng)堆燃料置于直徑10米，深26米的低溫常壓水池內(nèi)，具有很高的固有安全性，適合臨近城市建設(shè)。泳池堆安全性高，其特有的大容積水池（1800立方米水）設(shè)計(jì)可確保在最大假設(shè)事故下26天不融堆（目前最先進(jìn)的三代壓水堆核電站為3天），為事故響應(yīng)爭(zhēng)取足夠時(shí)間。

2019年8月23日，中國(guó)核能電力股份有限公司與遼源市人民政府簽署《共同建設(shè)清潔能源供熱項(xiàng)目框架協(xié)議書(shū)》。11月27日至29日，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院針對(duì)泳池堆遼源項(xiàng)目召開(kāi)了初步可行性研究報(bào)告評(píng)審會(huì)。中核集團(tuán)將進(jìn)一步加快示范工程的實(shí)施步伐。

2016年，中咨公司組織專家對(duì)ACP100、NHR-200、ACPR50和CAP200等4種陸上小堆方案進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估內(nèi)容涵蓋了自主產(chǎn)權(quán)、成熟性、安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等5個(gè)方面23個(gè)技術(shù)指標(biāo)。評(píng)估認(rèn)為，ACP100和NHR-200基本完成科研攻關(guān)和試驗(yàn)驗(yàn)證，技術(shù)方案成熟度和研發(fā)進(jìn)度國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，具備開(kāi)展工程示范的技術(shù)條件。

NHR200技術(shù)是由中廣核與清華大學(xué)合作，共同進(jìn)行得低溫供熱堆型機(jī)組。中廣核在2014-2017年間先后在多處進(jìn)行選址，最終將低溫供熱堆示范項(xiàng)目廠址定于河北省邢臺(tái)市，并于2018年1月在北方地區(qū)冬季核能供暖座談會(huì)上得到能源局的支持，目前示范項(xiàng)目正處于兩評(píng)階段。

HAPPY200。國(guó)家電投集團(tuán)中央研究院在調(diào)研河北、東北的候選廠址后，針對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窆釁?shù)與實(shí)際需求，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微壓供熱堆HAPPY200技術(shù)方案。HAPPY200是微加壓閉式回路，雙環(huán)路布置、低熱工參數(shù)的供熱反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆系統(tǒng)采用大水池作為常設(shè)安全設(shè)施，具備非能動(dòng)安全特性，具有高安全性、高經(jīng)濟(jì)型、系統(tǒng)簡(jiǎn)化成熟等特點(diǎn)，目前，HAPPY200已經(jīng)基本完成概念設(shè)計(jì)。

除此之外，中廣核集團(tuán)正在研發(fā)ACPR100小堆。國(guó)家電投正在研發(fā)中國(guó)先進(jìn)非能動(dòng)小型壓水堆CAP150和CAP200。CAP150和CAP200的發(fā)電功率分別為150MWe和200MWe，引入了AP1000的非能動(dòng)安全設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

海上堆開(kāi)發(fā)方面，中核集團(tuán)正在研發(fā)海上模式堆ACP100S和ACP25S。ACP100S是在中核集團(tuán)多用途模塊式小型堆ACP100的基礎(chǔ)上，根據(jù)船用核動(dòng)力的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適應(yīng)性設(shè)計(jì)改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出滿足三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)和海上浮式平臺(tái)入級(jí)規(guī)范設(shè)計(jì)的海洋核動(dòng)力平臺(tái)型號(hào)ACP100S。該反應(yīng)堆采用一體化設(shè)計(jì)，反應(yīng)堆單堆熱功率385MW，單堆最大電功率為125MW，可快速跟蹤負(fù)荷運(yùn)行，反應(yīng)堆設(shè)計(jì)壽命60年，換料周期24個(gè)月。目前，針對(duì)中核臺(tái)海浮動(dòng)式核能示范項(xiàng)目開(kāi)展初步設(shè)計(jì)及可行性研究。

ACP25S反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)采用分散布置，單堆熱功率100MW級(jí)，單堆最大電功率30MW，可快速跟蹤負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計(jì)壽命40年，換料周期18個(gè)月，滿足三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)。目前，正針對(duì)海上供能開(kāi)展可行性論證。

2017年，中國(guó)核電等五家企業(yè)聯(lián)合投資開(kāi)發(fā)海上核動(dòng)力浮動(dòng)平臺(tái)，推動(dòng)核動(dòng)力裝置在水面艦船/海上綜合利用平臺(tái)等工程領(lǐng)域的應(yīng)用。中廣核的ACPR50S可用于熱電聯(lián)產(chǎn)和海水淡化，為海島和沿海地區(qū)提供能源供應(yīng)和應(yīng)急支持。ACPR50S正在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)階段。中船重工集團(tuán)正在開(kāi)展HHP25浮動(dòng)堆設(shè)計(jì)工作，浮動(dòng)平臺(tái)裝載兩座熱功率為100MWt、電功率為25MWe的HHP25小堆。國(guó)家電投集團(tuán)也在積極研發(fā)CAP50T/CAP50S等海洋核動(dòng)力平臺(tái)技術(shù)。

目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的小堆主要包括小型壓水反應(yīng)堆、高溫氣冷堆、小型金屬快堆、熔鹽堆等技術(shù)類型，）小型壓水反應(yīng)堆是目前最成熟、工程可實(shí)現(xiàn)性最高的技術(shù)也是國(guó)內(nèi)外支持研發(fā)的重點(diǎn)。）高溫氣冷堆具有固有安全性、高溫輸出等特性，經(jīng)過(guò)多年不斷研究，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)正在建設(shè)示范工程，在進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)性后，具備規(guī)模推廣的技術(shù)基礎(chǔ)。）小型快堆目前主要有鈉冷、鉛冷和氣冷3種類型，均被GIF （第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇）列為最有希望的第四代核 能技術(shù)。）熔鹽堆也被 GIF 列為最有希望的第四代核能技術(shù)，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，小型熔鹽堆日益受到國(guó)際上的廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)各大集團(tuán)均努力開(kāi)發(fā)相應(yīng)堆型，期待小堆作為一種核技術(shù)差異化產(chǎn)品在未來(lái)的核能源領(lǐng)域大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]IAEA Advanced Reactors Information System （ARIS）2018 Edition.

作者簡(jiǎn)介：王長(zhǎng)松，核建高溫堆控股有限公司 高級(jí)主管工程師。