NEI與國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)核能部SMR技術(shù)開(kāi)發(fā)部核工程師Hadid M.Subki進(jìn)行了交談。

超過(guò)70種不同的SMR設(shè)計(jì)在國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的新手冊(cè)《SMR技術(shù)發(fā)展進(jìn)展》中進(jìn)行了描述。其中，最近已投產(chǎn)的是一種帶有KLT-40S反應(yīng)堆的俄羅斯浮動(dòng)NPP。中國(guó)的HTR-PM即將調(diào)試，阿根廷的CAREM-25即將進(jìn)入樣機(jī)運(yùn)行。

哪些因素影響了這些示例的成功開(kāi)發(fā)和部署?

多種因素將有助于小型模塊化反應(yīng)堆的成功開(kāi)發(fā)和部署。各國(guó)需要在先進(jìn)核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)方面執(zhí)行國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃。

這應(yīng)包括穩(wěn)定的預(yù)算流量，以資助技術(shù)開(kāi)發(fā)。此外，嚴(yán)格的監(jiān)管審查和許可，以及用于零件制造，建造和運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)健供應(yīng)鏈至關(guān)重要。

迄今為止，水冷設(shè)計(jì)是最大的類(lèi)別，有31種設(shè)計(jì)，其中包括6種用于海洋用途，而HTR是第二大類(lèi)，有14種設(shè)計(jì)。您如何評(píng)估這兩種技術(shù)的前景?

該行業(yè)在大型核電廠和核破冰船中的水冷反應(yīng)堆方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)。因此，小型水冷陸基反應(yīng)堆的技術(shù)開(kāi)發(fā)面臨的挑戰(zhàn)較少，因?yàn)樗鼈儗⒒谠S可設(shè)計(jì)或運(yùn)行中的反應(yīng)堆。

就部署準(zhǔn)備而言，高溫反應(yīng)堆(HTR)技術(shù)緊隨水冷反應(yīng)堆之后。高溫氣冷堆具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括更高的發(fā)電效率，固有的安全特性(如耐事故燃料)，提供圍護(hù)的覆層和反應(yīng)堆堆芯，其設(shè)計(jì)方式使得即使在大多數(shù)假設(shè)的情況下，發(fā)生熔化的可能性也極低。高溫氣冷堆在為生產(chǎn)氫氣提供核熱方面也非常有效。

兩種小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)概念均顯示出切實(shí)的進(jìn)展。阿根廷和俄羅斯聯(lián)邦在水冷SMR方面處于領(lǐng)先地位。HTR-PM處于熱測(cè)試階段的中國(guó)在開(kāi)發(fā)HTR技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。

該研究表明，到2030年將僅部署7種設(shè)計(jì)。除了中國(guó)的HTR-PM，這些都是水冷設(shè)計(jì)。您對(duì)此有何評(píng)論?

根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的小冊(cè)子《 SMR技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步》，這是一項(xiàng)初步研究，其中考慮了供應(yīng)商的設(shè)計(jì)信息，到2030年，準(zhǔn)備運(yùn)行的SMR設(shè)計(jì)可能不少于十二個(gè)，總裝機(jī)容量約為1600MWe。

這些設(shè)計(jì)包括水冷和非水冷設(shè)計(jì)，包括HTR設(shè)計(jì)。

對(duì)于反應(yīng)堆冷卻劑和減速劑而言，水都是極好的材料，因此該行業(yè)在運(yùn)行水冷反應(yīng)堆方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)期的運(yùn)行記錄加強(qiáng)了水冷反應(yīng)堆的制造設(shè)施，測(cè)試設(shè)施和法規(guī)的準(zhǔn)備。

目前，其他幾種設(shè)計(jì)，例如熔融鹽燃料反應(yīng)堆，其他液態(tài)金屬冷卻的快速反應(yīng)堆以及用于微反應(yīng)器的熱管冷卻技術(shù)，目前處于預(yù)許可活動(dòng)階段。目標(biāo)是在2030年之前部署它們。俄羅斯正在準(zhǔn)備建造300MW鉛冷反應(yīng)堆，作為未來(lái)更大型號(hào)的示范工廠，目標(biāo)運(yùn)行日期為2026年左右。

在總數(shù)中，約有40個(gè)仍處于概念設(shè)計(jì)階段。您是否期望其中許多在2030年前達(dá)到最終設(shè)計(jì)階段?

幾種設(shè)計(jì)均處于使用調(diào)節(jié)器的預(yù)許可階段，有些設(shè)計(jì)可能會(huì)在2030年之前實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)投入運(yùn)行。

隨著資金競(jìng)爭(zhēng)的激烈，即使是采用熟悉技術(shù)的水冷反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，也由于各種原因而推遲了進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。

許多因素會(huì)影響部署準(zhǔn)備情況。首先，供應(yīng)商的目標(biāo)部署日期，有時(shí)可能是樂(lè)觀的。第二，是否正在進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)許可工作;第三，在一定時(shí)間內(nèi)有多少公用事業(yè)，國(guó)家或用戶(hù)對(duì)部署設(shè)計(jì)感興趣;最后但至關(guān)重要的是，政府和私營(yíng)部門(mén)在第一類(lèi)部門(mén)的資金，開(kāi)發(fā)，許可和部署方面提供了支持。

在核工業(yè)中，開(kāi)發(fā)活動(dòng)總是伴隨著一系列驗(yàn)證和確認(rèn)測(cè)試以及嚴(yán)格的質(zhì)量保證框架，這需要額外的時(shí)間和資源。

2020年IAEA關(guān)于SMR的小冊(cè)子首次包括一個(gè)專(zhuān)門(mén)的微型反應(yīng)器部分。這些設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是什么?他們?yōu)槭裁丛絹?lái)越受歡迎?

作為SMR的子集，微反應(yīng)器是先進(jìn)的反應(yīng)器，通常設(shè)計(jì)成可產(chǎn)生高達(dá)10MWe的電流，以在無(wú)法或不需要更高功率的場(chǎng)所和應(yīng)用中產(chǎn)生電能和熱量。

這項(xiàng)技術(shù)可以以較小的，分布式的，但持續(xù)的電能需求進(jìn)入核能的新市場(chǎng)。它們的優(yōu)勢(shì)包括相對(duì)較小的能量輸出，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，離網(wǎng)地區(qū)和小島的采礦，這些地區(qū)可以替代碳密集型柴油發(fā)電。

微反應(yīng)器具有低功率輸出，較長(zhǎng)的核心壽命，較低的源極期限和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性，設(shè)計(jì)緊湊，便于運(yùn)輸，快速制造和安裝。它們可用于制氫，海水淡化，精煉和石化生產(chǎn)。

與更高功率的SMR設(shè)計(jì)相比，微反應(yīng)器的前期投資成本也將大大降低，這一事實(shí)可能會(huì)增強(qiáng)其近期的知名度。

除了發(fā)電以外，還建議將某些SMR設(shè)計(jì)用于其他工業(yè)用途，例如制氫–特別是某些HTR和快速反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。您能詳細(xì)說(shuō)明一下嗎?任何核反應(yīng)堆都可以成為生產(chǎn)氫氣的平臺(tái)，而不會(huì)排放溫室氣體和其他污染物。現(xiàn)有的PWR或BWR可以通過(guò)常規(guī)的電解水產(chǎn)生氫氣。

HTGR是一種有前途的制氫技術(shù)，包括其第四代設(shè)計(jì)，超高溫反應(yīng)堆(VHTR)。HTGR的第一批艦隊(duì)可能會(huì)在下一個(gè)十年后部署。它們的冷卻劑出口溫度為750-1000°C，可為大規(guī)模制氫提供途徑。

日本和美國(guó)的項(xiàng)目目前正在開(kāi)發(fā)可能即將投入運(yùn)行的新制氫技術(shù)。因此，在熱電聯(lián)產(chǎn)的近期內(nèi)，SMR可能與可變的可再生能源產(chǎn)生的氫競(jìng)爭(zhēng)，并且可以幫助減少化石發(fā)電廠生產(chǎn)氫的需求。

當(dāng)前，與可通過(guò)使用碳捕獲和存儲(chǔ)(CCS)的化石燃料或可變的可再生能源(例如太陽(yáng)能和風(fēng)能)驅(qū)動(dòng)的甲烷重整技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，SMRs可以立即用于制氫，這引起了人們的強(qiáng)烈興趣。最終，除無(wú)碳外，SMR生產(chǎn)的氫氣可能是最具成本效益的方法之一。在此階段，需要為戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)，實(shí)驗(yàn)和測(cè)試以及示范工廠提供支持。

70多種設(shè)計(jì)包括多種不同的燃料類(lèi)型。燃料開(kāi)發(fā)在多大程度上影響了這些設(shè)計(jì)的進(jìn)度?

根據(jù)反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，用于SMR的創(chuàng)新燃料開(kāi)發(fā)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

為了立即部署PWR技術(shù)，大多數(shù)設(shè)計(jì)都使用現(xiàn)有大型先進(jìn)LWR中使用的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)燃料組件的較短版本。對(duì)于這些，將需要進(jìn)行一些熱工液壓確認(rèn)測(cè)試，但無(wú)需進(jìn)行高級(jí)研發(fā)。但是，由于這種反應(yīng)堆是提高經(jīng)濟(jì)效率的有效手段，因此正在對(duì)這種反應(yīng)堆類(lèi)型具有更高的事故承受能力的燃料以及如何優(yōu)化加油間隔進(jìn)行研發(fā)。

相比之下，使用快速中子譜或其他技術(shù)的創(chuàng)新型非水冷反應(yīng)堆通常將需要全新的燃料組件設(shè)計(jì)，這需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間進(jìn)行開(kāi)發(fā)，測(cè)試和準(zhǔn)備在堆芯中使用。

如果未來(lái)幾年對(duì)SMR的需求增加，反應(yīng)堆的批量生產(chǎn)前景如何?

到2030年，該行業(yè)將展示SMR的首創(chuàng)設(shè)計(jì)。批量生產(chǎn)的具體訂單數(shù)量可能會(huì)在本十年末或2030年代初下達(dá)。

SMR有望改變游戲規(guī)則的是，在航空業(yè)中，工廠中會(huì)大量生產(chǎn)模塊化系統(tǒng)，組件和結(jié)構(gòu)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，這將對(duì)降低成本和部署時(shí)間表產(chǎn)生積極影響。

批量生產(chǎn)取決于現(xiàn)有核組件制造商的訂單連續(xù)性和產(chǎn)能。為了實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)利益，可能有必要通過(guò)國(guó)際合作開(kāi)發(fā)少量面向市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

SMR作為一種潛在的核能，必須被證明在經(jīng)濟(jì)上可以承受且具有競(jìng)爭(zhēng)力。他們還可以提供沒(méi)有真正替代方案的解決方案，例如在不需要加油間隔的離網(wǎng)偏遠(yuǎn)地區(qū)部署微反應(yīng)器。