核电厂生活区设计法英小型模块堆研发一瞥

研究中考虑的海底核电厂采用Flexblue设计，即在深达100米、距离海岸几公里的海底建设一座或几座Flexblue反应堆。

这项研究对四种小型模块堆设计进行了详细研究：中国核工业集团公司的ACP100+，巴布科克·威尔科克斯公司和柏克德公司的mPower，西屋公司的西屋小型模块堆WestinghouseSMR，以及纽斯凯尔公司的纽斯凯尔电力模块NuScalePowerModule。

英国核先进制造研究中心2014年11月与美国纽斯凯尔公司签署了一份协议，合作研发后者推出的50MWe小型模块堆。

F1exblue是由法国国有船舶制造企业DCNS集团、阿海、法国电力公司和法国原子能与替代能源委员会合作研发的一种小型模块化压水堆设计，可以部署在距离海岸达15千米、深达100米的稳定海床上，并可以根据市场需求在同一安装多个模块。在可以通过岸上控制室对反应堆进行遥控操作的同时，还在模块内安装了控制室，从而使员能够在模块内进行关键的操作，包括启动和作业。

应当支持在现有核电厂址部署小型模块堆。在这些厂址建设小型模块堆示范堆，可将新建基础设施的要求降至最低，并能获得厂址中熟练工作人员的支持。

委员会表示，这份研究提供了有用的初步财务分析，但其本身也承认需要开展更详细的分析工作。

报告，很可能采用公共与私营部门共同承担费用的方式在短期内实现小型模块堆的部署。但是，应当为小型模块堆投资设定适当的条件，例如支持核监管机构推动小型模块堆的设计认证工作以及明确选址方案。能源与气候变化部应确保核监管办公室拥有足够的资源支持小型模块堆开发者在准备设计认证申请文件的初期阶段开展相关工作。

委员会指出，重要的是应了解小型模块堆与下述技术的比较优势：大型反应堆、其他小型发电技术或需求管理。因此委员会英国开展小型模块堆的经济性研究，并确定使其具有经济竞争力需要开展的工作。

国家核实验室总经理PaulHowarth表示，小型模块堆技术已具有下述潜力：在英国清洁能源未来中发挥重要作用；通过英国企业广泛参与到小型模块堆系统的供应链，为英国创造更多的财富。这份可行性报告是“在认识小型模块堆设计能够发挥的作用过程中的重要一步，并有助于抓住这一机遇”。

虽然现有的小型模块堆设计主要是在其他国家研发的，但英国工业界能够研发和获得知识产权，并在首批小型模块堆的部署过程中发挥作用。

小型模块堆的市场前景非常广阔：如果具备经济竞争力，全球的潜在小型模块堆市场到2035年可达65～85GWe的新装机容量，总价值达3920亿～6270亿美元。到2035年，英国可能会建设7GWe的小型模块堆装机容量。

由于小型模块堆具有一些大型商业核反应堆所不具备的特点，例如前期投资小，适于在仅拥有小规模电网的地区建设，可根据市场需求分阶段在同一座电厂建设多座反应堆等，小堆近年来受到的极大关注。法国阿海集团等相关机构也在积极开展小堆研究，并推出了多种小堆设计。

法国已推出两个小型堆技术

2014年12月，英国下院能源与气候变化特别委员会和英国国家核实验室(NNL)均发布研究报告，敦促英国开展小型模块堆研究。此外，英国核先进制造研究中心2014年11月与美国纽斯凯尔公司签署了共同推进小堆研究的协议。

英国相关机构鼓励开展小堆研究

小堆价值得到越来越多的认可

英国核先进制造研究中心隶属于谢菲尔德大学，其在电子束焊接、二极管激光熔覆和高精密机加工领域的能力，能够推进小型模块堆的研发并降低造价。

报告指出：“尽管我们认识到核工业的当务之急是利用传统反应堆技术完成现有新建核电计划，但我们还认识到小型模块堆，尤其是基于已知核技术的小型模块堆，是可供英国在未来十年使用的一种可行技术方案。”

纽斯凯尔小型模块堆的正式名称为纽斯凯尔电力模块。这种反应堆使用了非能动安全系统，安全壳和反应堆系统的高度为25米，直径为5米，可以在工厂制造，然后运抵厂址安装，每个厂址可安装多达12座反应堆。为了推动这种反应堆的商业化部署，美国能源部正在为纽斯凯尔提供2.17亿美元的资助。（作者系中国核科技信息与经济研究院伍浩松闫淑敏）

NP-300是阿海21世纪初在潜艇动力堆基础上推出的一种可用于发电、供暖和海水淡化的小型压水堆设计。这种设计使用了非能动安全系统，装机容量在100～300Mwe之间，能够以高达每天50万立方米的产能进行海水淡化。2004年，曾预计法国核监管机构将在2005年启动对该设计的认证。但是阿海此后一直没有公布有关NP-300研发进展以及部署的信息。

至2035年，英国可能会建设7GWe的小堆装机容量

英国下院能源与气候变化特别委员会在2014年12月17日公布的一份报告中，尽管小型模块堆的经济性目前尚未得到充分认识，但英国还是应当鼓励开发和部署小型模块堆。

报告：“与传统大型核反应堆相比，小型模块堆能够在以较低的前期资本投入获得低碳能源方面发挥重要作用。尽管如此，小型模块堆的商业可行性目前仍不明确。”

在小堆可行性研究中，仅考虑使用压水堆，单堆功率约为150MWe。由阿海提出的一体化小堆的结构体征是，将蒸汽发生器和稳压器均整合进入反应堆压力容器中，这样有利于自然循环，并可通过非能动安全系统排出多余热量。反应性由控制棒束组件控制。

英国国家核实验室在2014年12月3日公布的一份可行性报告中指出，通过投资小型模块堆，英国将有机会在拥有和发展低碳电力技术和确保能源供应安全方面“重获技术领导地位”。

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2011年，原委会、法电、阿海和DCNS对小堆的电力市场前景及其经济性进行了首次分析，分析的结论是应对小堆加以关注，尤其是如果能实现模块化设计和制造，小堆的发电成本可降至约100欧元／Mwh。因此，这些机构决定继续进行陆地和海底小堆的技术和经济可行性研究，并于2012年年初组建了一个联合体。

研究表明，陆地和海底小堆的电力平准化成本(LCOE)均可达到约100欧元／MWe，贴现率为8%。如果要实现这一电力平准化成本，陆地核电厂需要建设两或四座小堆，海底核电厂仅需建设一座Flexblue反应堆。

在安全分析中，考虑了从福岛核事故汲取的经验教训。结果表明，在工厂或厂区进行设备模块化制造和组装，能够获得特别高的质量水平。此外，拟采用的非能动安全系统以及外来危害预防措施可以确保堆芯熔化概率极低。即使发生堆芯熔化事故，小堆的特性也可以堆芯熔化物滞留在压力容器内。

一种小型模块堆的首台机组成本可能会与传统核电机组相当，但随着更多后续机组的建设，将会越来越具有经济竞争力。但是，要作出商业决策，还需要进一步论证。

单个F1exblue反应堆模块长约146米，直径约14米，功率为160Mwe。一个模块由4段组成，即前段、汽轮机段、反应堆段和后段。其中前段和后段可容纳二级控制室、辅助工艺设备、仪控面板、备件、员生活区和紧急救援设备。

Flexblue换料周期为40个月。在每个运行周期结束时，将把反应堆运回其辅助设施，以进行换料和定期。该反应堆的设计寿期为60年，每10年大修一次。在往返辅助设施的过程中，反应堆处于停堆状态。

关于陆地核电厂，拟选择可进行模块化制造、体积较小的金属密封安全壳以及半埋式反应堆厂房以减小外部侵害的影响，并考虑在同一厂址上布置4座小堆。

这份报告是英国与一个联合体以费用共担的方式撰写的。在撰写过程中，国家核实验室承担了项目管理工作。除了国家核实验室之外，联合体的还包括阿美科集团、阿特金斯集团、毕马威会计师事务所、劳氏船级社、核先进制造研究中心、罗尔斯·罗伊斯公司和曼彻斯特大学。