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        【HW分享】IAEA SMR 核工程師暢談小型核反應堆發展前景

        瀏覽:363 時間:2021-06-18

        ?國際原子能機構(IAEA)最新出版的《SMR技術發展》中記錄了70多種SMR設計方案。Hadid M. Subki,國際原子能機構(IAEA)核能司SMR技術開發部核工程師,對此接受媒體采訪,暢談小型核反應堆發展前景:

        1、哪些因素會對SMR的開發部署產生影響?
        多種因素將影響SMR的成功開發和部署。首先,國家層面需要實施有關先進核反應堆設計和技術開發的戰略規劃。其次,應該為SMR技術開發提供穩定的資金流。此外,嚴格的監管審查、許可以及強大的供應鏈也必不可少。
        2、目前記錄的設計方案中,水冷SMR方案占比最大,有31種方案,其中6種屬于船用。高溫SMR屬于第二大類,有14種方案。您如何看待這兩項技術的前景?
        核工業在大型核電廠和核破冰船中的水冷反應堆方面擁有數十年的經驗。因此,小型水冷陸基反應堆的技術開發難度較小。
        高溫反應堆 (HTR) 技術并不落后于水冷反應堆。HTR 具有多項技術優勢,包括更高的發電效率、固有的安全特性(容錯燃料等),其發生熔毀的可能性也極低。
        HTR在制氫方面也非常高效。這兩種SMR方案在工程中都有實際的進展。阿根廷和俄羅斯在水冷SMR方面取得了進展。中國的HTR技術處于世界領先水平。
        3、有些研究顯示,預計到2030年將僅有7種SMR方案開工建設。除了中國的 HTR-PM,其余都是水冷設計。您對此有何看法?
        根據 IAEA 的《SMR 技術發展》,通過對供應商信息的初步研究,到2030年可能會有不少于12種SMR方案準備開始運行,總裝機容量約為1600MW。這些設計包括水冷和非水冷設計(包括HTR方案)。
        水是反應堆冷卻劑和慢化劑的優良材料,因此核工業在水冷反應堆方面有著長期的經驗。因此,水冷SMR在制造設施、測試設施和法規方面具有良好的基礎條件。其它幾種設計,例如熔鹽反應堆、其它液態金屬冷卻快堆和用于微堆的熱管技術,目前正處于待許可的階段。
        俄羅斯正在準備建造一座 300MW的鉛冷SMR,作為大型鉛冷堆的前期示范電站,預計2026年左右完成建設。其中,約40個SMR方案仍處于概念設計階段。
        4、在2030年前能否達到最終設計階段?
        一些SMR方案正處于監管機構的預許可階段,其中一些可能會在2030年前實現運行。由于資金競爭激烈,即使是采用成熟技術的水冷反應堆,也因各種原因出現延誤。
        許多因素會影響SMR的建造情況。首先,供應商的計劃建造日期,有時可能會很樂觀;第二,是否正在進行設計方案的許可申請工作;第三,有多少公用事業、國家或投資方有興趣在特定時間范圍內采用該方案建造核電站;最后但最重要的是,政府和私營機構在資金、開發、許可和建造方面提供支持。
        在核工業中,開發活動總是伴隨著一系列驗證和測試以及嚴格的質量保證框架,這需要額外的時間和資源。
        5、IAEA在2020年出版的《SMR 技術發展》首次包含微堆的設計方案。這些設計的優點是什么?為什么它們越來越受歡迎?
        作為SMR的一部分,微堆是先進的反應器,功率通常在10MWe以下,用于發電和供熱等。這項技術可以應用于到具有少量、持續、分布式電能需求的新市場。微堆能量輸出相對較小,適合偏遠地區、沒有電網的地區和小島嶼等場景,可以替代碳密集型柴油發電。
        憑借低功率輸出、長核心壽命、較少源項和設計簡單性,微堆設計緊湊,便于運輸、制造和安裝迅速。微堆可用于制氫、海水淡化、石化生產和精煉。與更高功率的 SMR 設計相比,微堆的前期資本成本也將大大降低,這使得微堆廣受關注。
        6、除了電力生產,一些SMR設計也被建議用于其他工業用途,例如制氫——特別是一些HTR 和快堆設計。您能詳細說明一下嗎?
        任何核反應堆都可以制氫,而不會排放溫室氣體和其他污染物?,F有的PWR或BWR可以通過傳統的水電解制氫。
        SMR中的高溫氣冷堆(HTGR)以及超高溫反應堆(VHTR)尤其適合用于制氫。其冷卻劑出口溫度達到750-1000℃,非常有利于大規模制氫。
        日本和美國目前正在開發新的制氫技術,可能很快就會投入使用。因此,SMR將會與多種可再生能源在制氫行業產生競爭,并有助于減少對化石燃料電站制氫的需求。目前,人們對SMR制氫產生了濃厚的興趣。SMR制氫是投資收益比最高的方法之一?,F階段需要對戰略開發、試驗、測試以及示范電站進行支持。
        7、目前70多種方案中,燃料類型都各不相同。燃料開發在多大程度上影響著設計進展?
        SMR的創新燃料開發對設計發展的影響取決于反應堆設計。為了加快壓水堆SMR技術落地,大多數設計使用現有大型先進壓水堆中成熟的標準燃料組件的較短版本。
        這樣僅需要進行一些熱工水力驗證測試,不需要進行高級研發。然而,對于容錯燃料以及如何優化換料周期方面的研究也進行研究,這是提高經濟效率的有效手段。
        相比之下,使用快中子或其它技術的創新非水冷反應堆通常需要全新的燃料組件設計,這些設計需要數年的開發、測試時間。
        8、如果未來對SMR的需求增加,批量生產的前景如何?
        小批量生產訂單可能會在2030年代初實現。SMR是游戲規則改變者,是在工廠中大規模生產模塊化系統、組件和結構。如果實現,這將對降低建造成本和時間成本。
        批量生產取決于現有核部件制造商的訂單和產能的連續性。為了實現大規模生產的經濟效益,需要通過國際合作開發少量的市場化標準化設計。SMR在與常規能源的競爭中必須證明其經濟優勢?;蛘咴谄h山區、島礁或未并網地區部署微堆。

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