模塊化小型堆發(fā)展情況簡述

【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。國內(nèi)主要核電企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)均開展了大量的技術(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)、國電投、中科院、中船重工等單位及研究機(jī)構(gòu)，都開發(fā)出各具特色的小堆技術(shù)，部分已具備開展工程示范的技術(shù)條件。

【關(guān)鍵詞】小堆 ?ACP100 ?低溫供熱堆

國際原子能機(jī)構(gòu)（ IAEA ）也提出了積極鼓勵研發(fā)小型反應(yīng)堆的倡議，將電功率不超過 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》，國際上共收錄了 53 種小堆技術(shù)，連同目前正在開發(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)域的一個熱點，也是核能技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。我國有關(guān)政府部門和核能開發(fā)單位十分重視小型反應(yīng)堆的開發(fā)工作，將之納入國家發(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。國內(nèi)主要核電企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)均開展了大量的技術(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)、國電投、中科院、中船重工等單位及研究機(jī)構(gòu)，都開發(fā)出各具特色的小堆技術(shù)，部分已具備開展工程示范的技術(shù)條件。

一、ACP100小型模塊化壓水堆示范項目

ACP100模塊化小型堆技術(shù)：2009年，中核集團(tuán)啟動了ACP100集團(tuán)專項，開展多用途模塊式小型堆設(shè)計研究。在其后的5年研發(fā)周期內(nèi)，ACP100先后開展了方案設(shè)計、福島事故后的方案優(yōu)化設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。隨著設(shè)計階段的深入，技術(shù)問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ACP100進(jìn)行通用設(shè)計審查（GRSR），2016年4月為ACP100頒發(fā)反應(yīng)堆安全審查終版報告。ACP100成為世界首個通過IAEA通用設(shè)計審查的小堆。

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)問題的復(fù)函》。

2019年8月，海南昌江小堆示范工程項目初步安全分析報告正式獲國家核安全局受理，安審工作正式展開。目前，該項目計劃于2020年下半年實現(xiàn)FCD，首堆工期58個月。

二、“燕龍”泳池式低溫供熱堆示范項目

2017年11月8日，中核集團(tuán)原子能院召開“燕龍”泳池式低溫供熱堆型號研發(fā)設(shè)計啟動會，正式開始研發(fā)設(shè)計;2017年11月28日，中核集團(tuán)正式發(fā)布自主研發(fā)、可實現(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)在中國原子能科學(xué)院啟動的供熱演示項目——泳池式輕水反應(yīng)堆（49-2堆）實現(xiàn)安全供熱滿168小時，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1萬平方米）。

“燕龍”泳池堆技術(shù)是中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司為響應(yīng)國家 “打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的號召，基于成熟技術(shù)研發(fā)的可用于我國北方地區(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)爭取足夠時間。

2019年8月23日，中國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)清潔能源供熱項目框架協(xié)議書》。11月27日至29日，電力規(guī)劃設(shè)計總院針對泳池堆遼源項目召開了初步可行性研究報告評審會。中核集團(tuán)將進(jìn)一步加快示范工程的實施步伐。

2016年，中咨公司組織專家對ACP100、NHR-200、ACPR50和CAP200等4種陸上小堆方案進(jìn)行評估，評估內(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個方面23個技術(shù)指標(biāo)。評估認(rèn)為，ACP100和NHR-200基本完成科研攻關(guān)和試驗驗證，技術(shù)方案成熟度和研發(fā)進(jìn)度國內(nèi)領(lǐng)先，具備開展工程示范的技術(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目廠址定于河北省邢臺市，并于2018年1月在北方地區(qū)冬季核能供暖座談會上得到能源局的支持，目前示范項目正處于兩評階段。

HAPPY200。國家電投集團(tuán)中央研究院在調(diào)研河北、東北的候選廠址后，針對當(dāng)?shù)鼐用窆釁?shù)與實際需求，形成了具有自主知識產(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，具備非能動安全特性，具有高安全性、高經(jīng)濟(jì)型、系統(tǒng)簡化成熟等特點，目前，HAPPY200已經(jīng)基本完成概念設(shè)計。

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

海上堆開發(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)船用核動力的特點，經(jīng)過適應(yīng)性設(shè)計改進(jìn)，開發(fā)出滿足三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)和海上浮式平臺入級規(guī)范設(shè)計的海洋核動力平臺型號ACP100S。該反應(yīng)堆采用一體化設(shè)計，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)計壽命60年，換料周期24個月。目前，針對中核臺海浮動式核能示范項目開展初步設(shè)計及可行性研究。

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，單堆最大電功率30MW，可快速跟蹤負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計壽命40年，換料周期18個月，滿足三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)。目前，正針對海上供能開展可行性論證。

2017年，中國核電等五家企業(yè)聯(lián)合投資開發(fā)海上核動力浮動平臺，推動核動力裝置在水面艦船/海上綜合利用平臺等工程領(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)計階段。中船重工集團(tuán)正在開展HHP25浮動堆設(shè)計工作，浮動平臺裝載兩座熱功率為100MWt、電功率為25MWe的HHP25小堆。國家電投集團(tuán)也在積極研發(fā)CAP50T/CAP50S等海洋核動力平臺技術(shù)。

目前，國內(nèi)開發(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、工程可實現(xiàn)性最高的技術(shù)也是國內(nèi)外支持研發(fā)的重點。）高溫氣冷堆具有固有安全性、高溫輸出等特性，經(jīng)過多年不斷研究，積累了大量經(jīng)驗，我國正在建設(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)，具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，小型熔鹽堆日益受到國際上的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)各大集團(tuán)均努力開發(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.

作者簡介：王長松，核建高溫堆控股有限公司 高級主管工程師。