核能利用新紀元——小型核電

小型核電的概念最近在我國備受關注。據報道，湖南的衡陽、株洲，福建的漳州，江西的瑞金，都計劃建設小型核電站。一時間，小型核電成為了核電行業的新寵，人們對它寄予了很大的期望。

那么，到底什么是小型核電，它為什么這么受歡迎呢？

小好，還是大好？

小型核電，也叫小型反應堆，簡單來說就是功率小的核電站。按照國際原子能機構（IAEA）的定義，小型反應堆指電功率小于30萬千瓦的反應堆，中型反應堆指電功率在30～70萬千瓦之間的反應堆，大型反應堆指電功率大于70萬千瓦的反應堆。那么，核電站到底是做小點兒好，還是做大點兒好呢？

現有新建的商用核電站幾乎都屬于大型核電站，裝機容量基本都在百萬千瓦以上。這就讓人們形成一個印象，核電站的規模都是很大的。其實不然，核電站在發展初期都是從小型開始做起的。世界上第一座核電站是俄羅斯的斯奧伯寧斯克核電站，裝機容量只有0.5萬千瓦。世界上第一座商用核電站是美國的希平港核電站，裝機容量為9萬千瓦。在第一代商用核電站中，裝機容量都在30～50萬千瓦之間。隨后，人們提出了規模經濟效應的概念，認為核電站造得越大，經濟效益越好。于是，人們開始想方設法提高核電站的裝機容量。到了20世紀60年代中期，人們已經開始建造裝機容量為80萬千瓦級的核電站，而在80萬千瓦級核電站還沒建成時，就已經有裝機容量在百萬千瓦級的核電站開建了。到現在，美國第三代核電站AP1000的裝機容量是125萬千瓦，正在我t/9oscgeDTu2KZMCCSGZS+nOGDPVdIA8GnpXf/R2wTQ=國浙江三門開建；歐洲第三代核電EPR的裝機容量達到了175萬千瓦，正在我國廣東臺山開建。

核電站是不是真的越大越好呢？當然不是。當初的規模經濟效應是在核電站發展初期提出的，那時候，核電的經濟效益較低，提高功率確實能夠有效增加核電站的效益。因為在同一個廠址、同一配套設施下，把核電站做得大一些，單位千瓦的建造成本就可以下降，經濟效益也可以得到提高。但是，提高功率就意味著提高相關配套設備的技術參數，如安全容器、機械泵等。而生產更大的安全容器，制造更大的機械泵，這些都會增加技術研發成本和生產制造成本。所以，核電站顯然不是做得越大，經濟效益就越好。

那核電站到底要做多大才是最好的呢？這個問題并沒有絕對的答案，而應該根據實際需求來確定。

需求推動市場

推動小型核電發展的真正因素，恐怕不是經濟效益的問題，而是市場需求。

在過去幾十年里，核電站主要建在發達國家和地區，如美國、法國、日本等。在這些發達國家中，電力需求大，確實需要裝機容量為百萬千瓦量級的核電站；而且，這些國家的電網配套設施也很好，容納百萬千瓦量級的核電站顯然不存在什么困難。如今，核電的主要市場已經從發達國家和地區轉移到了發展中國家和地區。在積極發展核電的國家和地區中，很多國家和地區的電網設施還比較落后，較難承受功率太大的電站；而且這些國家和地區的電力需求也沒有那么大，沒有必要建造這么大的核電站。所以，在這樣的國家或地區里，發展小型核電站便成為一個實實在在的市場需求了。

美國加州大學伯克利分校能源學院專門做過統計（如下圖所示），在現今運行的所有類型的電站中，有93%的裝機容量是在50萬千瓦以下的。這就說明，在現有的能源需求結構中，小型和中型電站是占絕大多數的。

此外，小型核電還可以應用到很多領域中，如工業或居民的供暖供熱，海上石油開采，邊遠地區礦物開采，海水淡化，等等。在這樣的市場需求下，小型核電自然而然就被關注到了。

推動小型核電發展還有另一個很重要的因素，就是投資小。現有百萬千瓦級核電站的投資非常巨大，每個機組都需要上百億元人民幣的投資，而且建設周期也比較長，一般要4～5年。雖然核電站的投資回報率不錯，但投資金額太大，周期太長，這使得民間資本望塵莫及。如果能把核電站做小，減小投資金額，縮短建設周期，就可以大大提高核電站的投資吸引力。在現有的小型核電站設計方案中，從幾萬千瓦到幾十萬千瓦都有，投資金額大概在幾億到幾十億人民幣不等，建造周期也可以縮短到2～3年。這樣的投資項目對于民間資本來說，就非常有吸引力了。所以，投資小也是推動小型核電發展的重要因素。

談到小型核電，就必須談到新興的模塊化設計理念。所謂模塊化設計，就是把整個核電站分成若干個獨立的模塊，每個模塊可以單獨在工廠里生產加工，然后運到現場進行組裝。按照這樣的設計方案，核電站就可以成為在工廠里批量生產的產品了，就像生產飛機和輪船一樣。工廠生產比現場施工的制造成本可以減低好幾個量級。還有一些超小型核電設計方案，整個反應堆直接在工廠里加工生產，然后用火車、輪船或者卡車運送到現場安裝，隨后就可以使用了。這種模塊化的設計方案，正是現有小型核電站與20世紀五六十年代所建造的小型核電站之間的本質區別。

小型核電安全嗎

盡管規模不大，但小型核電也是核電，其最核心的問題還是安全問題。

由于功率變小了，小型核電站的安全問題也沒有大型核電站那么棘手了。在現有的設計方案中，絕大部分小型核電都具有非能動的安全特性。所謂非能動的安全特性，就是利用自然物理規律（如位差產生的重力，密度差產生的浮升力等）來進行堆芯冷卻，確保反應堆的安全。

日本福島核事故發生的最直接原因是用于冷卻堆芯余熱的備用柴油機失效。而如果反應堆采用非能動的余熱排出系統，就不需要備用柴油機，也不會出現類似福島一樣的事故了。不過，非能動的冷卻能力有限，正是由于小型核電的功率變小了，所以在小型核電中采用非能動的冷卻方式是可以滿足設計要求的，也能夠保證反應堆的安全性。在核電站的安全分析中，有堆芯熔化概率的指標。這個指標是指一個核電站發生堆芯熔化事故的概率，其數值越低說明發生事故的可能性越小，反應堆越安全。當今最先進商用核電站是美國的AP1000和歐洲的EPR，它們的堆芯熔化概率是10-6，而美國能源部支持開發的mPower小型核電的堆芯熔化概率是10-8。從這個方面可以看出，小型核電的安全性比現有最先進的三代核電還要高出兩個量級。所以，小型核電應該是比大型核電更加安全的。

搶占先機

2009年，國際原子能機構（IAEA）發布評估報告，預測到2030年，全世界將建成96座小型核電站。

小型核電的巨大市場潛力吸引了各核工業大國和各核能行業大公司的高度關注。2010年，比爾·蓋茨投資Terra Power公司，致力于發展小型核電行波堆。2012年，美國能源部（DOE）設立了4.5億美元的專項經費，支持多家公司開發小型核電。俄羅斯一家公司計劃于2017年建成世界上第一個小型核電項目SVBR-100，屆時它將成為全球首個商用小型模塊化反應堆。我國的中核集團和中廣核集團也在積極開展小型核電的研發工作。

小型核電能否開啟核能利用的新紀元，能否成為核能利用的革命性產品，值得我們期待。

【責任編輯】趙 菲