一、小型核反應堆的重要意義和廣闊前景毋庸置疑
小型核反應堆是指熱功率低于 1000MW(電功率 300MW)的核反應堆，小堆在安全性、多用途、靈活性(即插即用)方面有不可替代的優勢，屬于典型的軍民兩用技術，強大國防和改善能源結構的重要意義不言而喻。
目前小堆在全球范圍內已實現軍事應用，但在民用領域仍受經濟性的制約推廣較慢。可以確定的是，隨著小堆技術的持續改進，以及民用領域技術標準的規范化，小堆基于其作為分布式能源的靈活性優勢具備異常廣闊的應用空間。軍事領域，小型核反應堆用作艦船動力以及軍用基地能源保障等，以小堆為動力源的艦船具有航速快、巡航里程長等無可替代的優勢。目前國際上所有在役的核航母和核潛艇全部基于小堆建設，2019 年全球基于核動力的 12搜核航母、149 搜核潛艇、2 搜核巡洋艦，共裝載 205 臺小堆;民用領域，小堆可用作城市供暖、偏遠地區供電、海水淡化、深海開發、破冰船能源供給等。目前小堆在全球范圍內已廣泛用于破冰船、浮動核能平臺等民用領域。俄羅斯已有 7 搜核動力破冰船用于北極地區，并已建成浮動核能平臺擬用于邊遠地區、海島和海上作業平臺供電。
二、小型核反應堆按照冷卻劑類型分為輕水堆、高溫氣冷堆、液態金屬反應堆和熔鹽堆。
目前這四種技術形式已經研發出相應的典型堆型。輕水堆技術成熟，有豐富的建設和運營經驗，是目前的主流技術路線。輕水堆根據裂變熱能排出方式分為壓水堆和沸水堆，壓水堆有數十年的安全運行經驗，目前在現有小型堆設計中也以壓水堆為主;氣冷堆建設和運行經驗不足，且受外部條件和配套設施制約;液態金屬反應堆和熔鹽堆在技術上尚未完全成熟。1)小型輕水堆(LWR)：采用一體化技術、安全系統非能動、安全性高的主流路線。輕水反應堆是以輕水作為冷卻劑和慢化劑的反應堆，其技術成熟，設計和運行經驗可以追溯到核能發電起步和大規模推進時代。小型輕水堆將傳統的兩回路變成一體化反應堆模塊，將一回路設備全部集中在壓力容器內。此外，安全系統全部采用非能動方式，如非能動應急堆芯冷卻系統、非能動余熱排出系統、自動卸壓系統等。輕水堆是目前的主流路線。
2)高溫氣冷堆(HTGR)：具備固有安全性，任何事故下都能安全關閉反應堆。高溫氣冷堆屬于熱中子反應堆，以石墨為慢化劑，氦氣為冷卻劑，涂覆顆粒燃料，具有熱效率高(40%)、燃耗深(可達 20MWd/t 鈾)、轉化率高(0.7%)等優點。由于氦氣具有良好的化學穩定性、良好的傳熱性能和較低的誘生放射性，停堆后可排除余熱，具有良好的安全性能。模塊化高溫氣冷堆具有小型化和固有安全性等特點，在技術上保證在任何事故下都能安全關閉反應堆，即使在冷卻劑流失的情況下，堆芯的余熱也可依靠自然對流方式排出，其堆芯溫度上升緩慢，使燃料元件最高溫度限制在允許溫度 1600℃以下。
3)液態金屬反應堆：以液態金屬為冷卻劑，可在高溫低壓下運行。液態金屬反應堆是用液態金屬作為冷卻劑的反應堆，由于液態金屬具有良好的導熱性能，無輻射膨脹問題，芯部結構簡單，可在高溫低壓下運行。液態金屬反應堆由反應堆、一回路、中間回路、二回路和推進軸系所組成。冷卻劑使用熔融金屬，如鈉、鉀、鉍、鉛及其合金。一回路中，熔融金屬鈉載熱，運行壓力 5-7 個大氣壓。一次回路主泵采用電磁泵，無轉動部件，可靠性高。鈉和鉀作為中間回路的載熱劑。中間回路的一次傳熱是通過中間熱交換器，將反應堆的熱量通過蒸汽發生器傳遞回二回路，在蒸汽發生器中產生過熱蒸汽。
4)熔鹽堆(MSR)：堆型緊湊輕便、低成本，采用無水冷卻，可在干旱地區高效發電。熔鹽反應堆是以高溫熔鹽為冷卻劑，在高溫下保持較低蒸汽壓從而降低機械應力的核裂變反應堆。與熔融鈉冷卻劑相比，提高了安全性，降低了活性，由于溫度高、壓力低、化學穩定性好、高熱容等特點，熔鹽堆不需要使用較貴的高壓容器，適用于建成緊湊、輕便、低成本的小型模塊化反應堆。熔鹽反應堆采用無水冷卻技術，只需少量水即可運行，能在干旱地區高效發電。熔鹽反應器的高溫核熱可用于甲醇發電、工業熱應用、高溫制氫和吸氫二氧化碳生產。在國際上，最具代表性的研發機構和產品是日本富士公司的 Fuji MSR 反應堆，發電功率為 100 兆瓦。
三、全球小型核反應堆建設加快，目前在推進的小堆超 70 個
小型核反應堆最早在 1950s 就首先由美國用于軍事領域，目前小堆在軍用方面已較為普遍，但民用領域更加考慮安全性和經濟性，基本尚未起步。自 2011 年福島核泄漏事故發生以來，全球范圍內的核能發展普遍陷入低潮，新建核能項目都需將安全性和公眾接受程度放在首位。因此，近年來高安全性和高靈活性的小型核反應堆成為各國“核能復興”的重要助力，全球小堆建設或將加快。
近幾年美國、俄羅斯、阿根廷等國均積極部署小堆的建設，美國的小堆發展項目通過與核工業企業分攤成本，來刺激小堆技術的商業化進程，主要目的是取代不符合排放標準的熱電廠，美國的 NuScale 發展較快。俄羅斯核電巨頭 Rosatom 在科拉灣海域建成浮式小堆項目。其他處于先進階段的小型反應堆有正在建造中的阿根廷的 CAREM 反應堆、獲得了標準設計合格證的韓國一體化模塊式反應堆 Smart 等。據國際原子能機構(IAEA)統計，目前全球有超過 70 個正在設計建造的小型反應堆。
目前在民用領域商業化運行規模較大的僅有俄羅斯一個國家，我國隨著“玲龍一號”示范工程的啟動運行，可能是下一個商業化推廣取得實質性進展的國家。俄羅斯的小堆研發類型很多，主要通過陸地或駁船方式向偏遠地區輸送電力、供熱、淡化水用途。俄羅斯還在不斷建造更先進的核動力破冰船，以滿足北極地區資源開采需要。我國目前 ACP100 示范工程已啟動運行，正在山東石島灣建設商用高溫氣冷堆。在海上反應堆方面，中廣核的ACPR50S 進入 IAEA 全球小型堆發展路線圖，中核的 ACP100S 以及中船的 HHP25 也正在進行中。
四、中國“玲龍一號”示范工程啟動，有望加快小堆產業化進度
從自主研發三代核電技術“華龍一號”到“玲龍一號”，我國核電正在形成“雙龍出海”。除了全球領先的大型三代核電技術“華龍一號”，研發具有更高安全性、適宜經濟性、更短建造周期的模塊小型堆也是中核集團的主攻方向，中核將最早研發出的小型堆取名為“玲龍一號”，堆名為 ACP100。“玲龍一號”示范工程目前已經啟動運行。中核集團于 2010 年正式啟動玲龍一號專項科研工作，2016 年 4 月成為全球首個通過國際原子能機構(IAEA)通用安全審查的小型堆，也是全球小堆發展的一個重要里程碑。2017年 5 月，海南昌江“玲龍一號”示范工程獲發改委同意開展前期工作，成為國內首個獲批開展前期工作的小堆示 范項目，項目規劃建設 1 臺“玲龍一號”機組，單堆功率 12.5 萬千瓦。2019 年 7 月 18 日，中核集團宣布啟動我國多功能模塊化小型堆(玲龍一號)示范工程。
“玲龍一號”在現有成熟壓水堆核電技術基礎上，采用“一體化”反應堆設計和“非能動”安全系統，其安全性能達到第三代核能系統技術水平。國際原子能機構審查認為，“玲龍一號”是個創新的小型壓水堆設計，采用的“固有安全+非能動”的安全設計，能夠處理極端環境條件和多種故障，達到國際和國內先進水平。
“玲龍一號”示范工程是商業性示范工程，用以驗證設計、制造、建造和運行技術，積累小型核電站的經驗，在未來能源市場上作為其它能源以及大型核電站的有力補充，逐步開辟小型反應堆的商用市場。“玲龍一號”定 位核能綜合利用，單機熱功率為 385 兆瓦，電功率約為 13 萬千瓦，兩臺玲龍一號機組可替代一座 20 萬千瓦左右的燃煤熱電廠，另外，我國每年的工業蒸汽需求約 9 億噸，使用核能替代燃煤生產蒸汽，可大幅降低能源消耗、減少溫室氣體排放。目前采用的經濟分析模型主要考慮單純發電。未來，隨著示范堆的推廣，小堆在提供工業蒸汽、海水淡化、區域供熱等領域批量化、多用途的實現，經濟性將會顯著提升。
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