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IAEA SMR 核工程師暢談小型核反應堆發展前景

2022-06-15 11:35  來源:嘿嘿能源heypower    IAEA  小型核反應堆  SMR

國際(ji)原子能(neng)機構(gou)(IAEA)最新出版的《SMR技(ji)術發(fa)展》中記(ji)錄(lu)了70多種SMR設(she)計方案。Hadid M. Subki,國際(ji)原子能(neng)機構(gou)(IAEA)核能(neng)司(si)SMR技(ji)術開發(fa)部核工程師,對此接受媒體采訪,暢談(tan)小型(xing)核反應堆(dui)發(fa)展前(qian)景(jing):


國(guo)(guo)際(ji)原(yuan)(yuan)子能(neng)機(ji)構(gou)(IAEA)最新出版的《SMR技術發(fa)展(zhan)》中記錄(lu)了(le)70多種SMR設計方案(an)。Hadid M. Subki,國(guo)(guo)際(ji)原(yuan)(yuan)子能(neng)機(ji)構(gou)(IAEA)核(he)能(neng)司SMR技術開發(fa)部核(he)工程師(shi),對此接受(shou)媒(mei)體采訪,暢談(tan)小型核(he)反應(ying)堆發(fa)展(zhan)前(qian)景:

1、哪些因素會對SMR的開發部署產生影響?

多種因素將影(ying)響SMR的(de)(de)成功開(kai)發和部署(shu)。首先(xian)(xian),國(guo)家(jia)層面需要實施(shi)有關先(xian)(xian)進核反(fan)應堆設計和技(ji)術(shu)開(kai)發的(de)(de)戰略規(gui)劃。其次,應該為SMR技(ji)術(shu)開(kai)發提供(gong)(gong)穩定的(de)(de)資金流。此(ci)外(wai),嚴格的(de)(de)監(jian)管(guan)審(shen)查(cha)、許可(ke)以及強大的(de)(de)供(gong)(gong)應鏈(lian)也必不可(ke)少(shao)。

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(da)型(xing)核電廠和核破冰船中的水冷反應堆方面擁(yong)有(you)數十年的經(jing)驗(yan)。因此(ci),小型(xing)水冷陸基反應堆的技(ji)術開發(fa)難度較小。

高溫反應堆 (HTR) 技(ji)術(shu)并(bing)不落后于水冷反應堆。HTR 具有多項技(ji)術(shu)優勢(shi),包(bao)括更高的(de)(de)發電效率、固有的(de)(de)安全(quan)特(te)性(容錯(cuo)燃料等),其發生熔毀的(de)(de)可能性也(ye)極低。

HTR在(zai)制氫方面也非常高效。 這兩種SMR方案在(zai)工程中(zhong)都有(you)實(shi)際的(de)進(jin)展。阿根廷和俄羅斯在(zai)水(shui)冷(leng)SMR方面取得了進(jin)展。中(zhong)國的(de)HTR技術處于世(shi)界領先水(shui)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(ju) IAEA 的(de)《SMR 技(ji)術發展》,通過(guo)對(dui)供應(ying)商信(xin)息的(de)初步研究(jiu),到2030年可能會有不少于12種SMR方案準備開始運(yun)行,總裝機容(rong)量約為1600MW。這些(xie)設計包括(kuo)(kuo)水(shui)冷(leng)和(he)非水(shui)冷(leng)設計(包括(kuo)(kuo)HTR方案)。

水是反(fan)應(ying)堆(dui)(dui)(dui)冷卻劑(ji)和慢化劑(ji)的(de)優良材(cai)料,因此核工業在水冷反(fan)應(ying)堆(dui)(dui)(dui)方面有著(zhu)長期(qi)的(de)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(de)基礎條件(jian)。其(qi)它幾種設計,例如熔鹽反(fan)應(ying)堆(dui)(dui)(dui)、其(qi)它液態金屬冷卻快堆(dui)(dui)(dui)和用于(yu)微(wei)堆(dui)(dui)(dui)的(de)熱管技(ji)術,目(mu)前正(zheng)處(chu)于(yu)待許可(ke)的(de)階段(duan)。

俄(e)羅(luo)斯正在準備建造一(yi)座(zuo) 300MW的鉛冷SMR,作為大型鉛冷堆的前期示(shi)范電站,預計(ji)2026年左右完成建設(she)。其中,約(yue)40個SMR方案仍處于概念(nian)設(she)計(ji)階段。

4、在2030年前能否達到最終設計階段?

一些SMR方(fang)案正處于(yu)監管機構的(de)(de)預許可(ke)階段,其中一些可(ke)能會(hui)在2030年前實現運行。由于(yu)資金(jin)競爭激(ji)烈(lie),即使(shi)是采用成熟技(ji)術的(de)(de)水冷反(fan)應堆(dui),也因各種(zhong)原因出現延(yan)誤。

許(xu)(xu)多因(yin)素會(hui)(hui)影響SMR的(de)建(jian)(jian)造(zao)情(qing)況(kuang)。首先(xian),供(gong)應商的(de)計劃建(jian)(jian)造(zao)日期,有時可(ke)能會(hui)(hui)很樂(le)觀;第二,是否正在進行設計方案的(de)許(xu)(xu)可(ke)申請工(gong)作;第三,有多少公用(yong)(yong)事業、國家或投資方有興趣在特定時間范圍內采用(yong)(yong)該方案建(jian)(jian)造(zao)核電站;最后(hou)但最重要的(de)是,政府和(he)私營機構(gou)在資金、開(kai)發、許(xu)(xu)可(ke)和(he)建(jian)(jian)造(zao)方面提供(gong)支持。

在核工(gong)業(ye)中,開(kai)發活(huo)動總是伴隨著一系(xi)列(lie)驗(yan)證(zheng)和測試以及(ji)嚴格(ge)的質(zhi)量保(bao)證(zheng)框架,這需(xu)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(de)一(yi)部(bu)分,微堆是先進(jin)的(de)反(fan)應器,功率通常在10MWe以(yi)下,用于發電(dian)和(he)供熱等。這項技術可(ke)以(yi)應用于到具有少量、持(chi)續、分布式電(dian)能需求(qiu)的(de)新市(shi)場(chang)。微堆能量輸出相對較小,適(shi)合偏遠地區、沒(mei)有電(dian)網的(de)地區和(he)小島(dao)嶼(yu)等場(chang)景,可(ke)以(yi)替(ti)代碳密集型柴油發電(dian)。

憑借(jie)低功(gong)率輸(shu)出、長(chang)核(he)心壽(shou)命、較少源項和設計(ji)簡(jian)單(dan)性(xing),微(wei)堆(dui)設計(ji)緊(jin)湊,便(bian)于(yu)運輸(shu)、制造和安裝迅(xun)速。微(wei)堆(dui)可用于(yu)制氫、海(hai)水淡化、石化生產和精煉(lian)。與更高(gao)功(gong)率的(de) SMR 設計(ji)相比,微(wei)堆(dui)的(de)前期資(zi)本成本也將大大降(jiang)低,這使得微(wei)堆(dui)廣受關(guan)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(yi)制(zhi)(zhi)氫,而不會排(pai)放溫(wen)室氣體和其他污染物。現有(you)的PWR或(huo)BWR可以(yi)通過傳統的水電解制(zhi)(zhi)氫。

SMR中(zhong)的高溫(wen)(wen)氣冷堆(HTGR)以及超高溫(wen)(wen)反應堆(VHTR)尤其(qi)適合(he)用于制氫。其(qi)冷卻劑出口溫(wen)(wen)度達到750-1000℃,非常有利于大(da)規(gui)模制氫。

日本和美國目(mu)前正在(zai)開發(fa)新的(de)制氫(qing)技術,可(ke)能很快就會(hui)投(tou)入(ru)使用(yong)。因(yin)此,SMR將會(hui)與(yu)多種可(ke)再(zai)生能源在(zai)制氫(qing)行業產生競(jing)爭,并有助于減少對化(hua)石(shi)燃料電(dian)站(zhan)制氫(qing)的(de)需求。目(mu)前,人們對SMR制氫(qing)產生了(le)濃厚的(de)興趣。SMR制氫(qing)是投(tou)資(zi)收益比最高(gao)的(de)方(fang)法之(zhi)一。現階段需要對戰略開發(fa)、試驗、測試以(yi)及示范電(dian)站(zhan)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(de)創新燃料開發對設計發展(zhan)的(de)影響(xiang)取決(jue)于(yu)反應堆(dui)設計。為了加快壓水堆(dui)SMR技(ji)術落地,大多數設計使用現有大型先(xian)進壓水堆(dui)中成熟的(de)標準燃料組件的(de)較短版本。

這(zhe)樣僅需(xu)要(yao)進行一(yi)些(xie)熱工水力驗證(zheng)測(ce)試,不需(xu)要(yao)進行高級研發。然而,對于容錯(cuo)燃料(liao)以及如何優(you)化換料(liao)周期方(fang)面的研究也(ye)進行研究,這(zhe)是提高經濟(ji)效(xiao)率的有效(xiao)手段。

相比之下,使用快中子或(huo)其它(ta)技術的(de)創新非(fei)水冷反應堆通常(chang)需要全(quan)新的(de)燃(ran)料組件設計(ji),這些設計(ji)需要數年的(de)開發、測試(shi)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(pi)量(liang)生(sheng)產訂單可能會在2030年代初實(shi)現。SMR是(shi)(shi)游(you)戲規則(ze)改變者,是(shi)(shi)在工(gong)廠中大規模(mo)生(sheng)產模(mo)塊化系統、組件和結構(gou)。如(ru)果實(shi)現,這將對降低建造成(cheng)本(ben)和時(shi)間成(cheng)本(ben)。

批量生產取(qu)決于現(xian)有(you)核部件制造(zao)商的(de)訂單和產能的(de)連續(xu)性。為了實現(xian)大(da)規模生產的(de)經濟效益,需要(yao)通(tong)過國際合作(zuo)開發少量的(de)市場化標準化設(she)計。SMR在與常規能源(yuan)的(de)競爭(zheng)中必(bi)須(xu)證明其經濟優勢。或者在偏遠山區、島礁或未并網(wang)地區部署微堆。




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