小型核反应堆代表企业及路线

文摘   2025-01-16 13:54   北京  

小型核反应堆一般是指单体功率在50~600MW单体的核反应堆,而传统大型核反应堆单体功率一般在1GW左右。从技术路线来讲,小型核反应堆可以由主流成熟的三代大型核反应堆改良微缩而来,或也可以基于安全等级更高、固有安全性更强的四代核电技术。具体来看,目前在研的小型核反应堆技术路线及代表企业包括:

玲龙一号(ACP100)—— 中核集团

玲龙一号(ACP100)是中国国家核电技术公司(CNNC)研发的集成式压水堆(PWR)设计,单模块功率设计为125兆瓦。该设计基于现有的PWR技术,并引入了“固有安全加非能动安全”的设计理念,旨在实现无需场外应急干预的技术目标。同时,玲龙一号的设计允许将主要一次回路组件集成于反应堆压力容器(RPV)内,这增强了系统的安全性和灵活性。玲龙一号作为一种多功能动力反应堆,适用于电力生产、城市供热/制冷、工业供汽和海水淡化等多种用途,应用场景包括海岛、矿区以及高耗能企业等,提供了大型核电机组无法取代的独特功能。

在设备国产化方面,玲龙一号的设备国产化率达90%以上。

项目历程方面,玲龙一号的初步安全评估报告(PSAR)已获得国家核安全局的批准,首个ACP100示范项目已在中国海南省昌江核电站启动,于2021年7月开始建设,预计建设周期为55个月,计划在2026年实现商业运行。截至目前,玲龙一号的内部结构建设已圆满完成封顶工作。随着小堆主控室的顺利启动,项目即将迈入系统设备安装的关键阶段。

华能山东石岛湾高温气冷堆(HTR-PM)—— 清华大学

华能高温气冷堆由清华大学核能与新能源技术研究院(INET)支持,是世界首台具备第四代核能系统安全特性的商用核电机组。华能高温气冷堆的设计特点是使用两个核蒸汽供应系统模块(NSSS)与一台210兆瓦的蒸汽涡轮机相耦合。每个NSSS模块由反应器压力容器、石墨球床、主氦风机和热气体管道组成,具有250兆瓦热功率,且氦气出口温度可达到750°C,为提供高品质工业高温蒸汽打下基础。

继华能高温气冷堆示范厂之后,研究组成员计划进一步构建多个标准化反应堆模块与单一蒸汽涡轮机相耦合的示例,以推进商业部署。目前,已完成基于6个反应堆模块(NSSS)与单一蒸汽涡轮机耦合的设计,该项目(江苏徐圩电站HTR-PM600)能够产生600MW的电力。每个NSSS模块均采用与华能高温气冷堆示范厂相同的设计,配备独立的安全系统和共享的非安全辅助系统。

在设备国产化方面,华能高温气冷堆取得了显著成就,国产化率高达93.4%。

在项目历程方面,自2001年项目启动以来,华能高温气冷堆的首座混凝土浇筑于2012年12月在山东省荣成市完成。此后于2021年7月,项目最终安全分析报告(FSAR)获得批准,8月获得运营许可证。随后,项目进行了燃料装载和临界运行,最终于2022年开始投产运行。

NuScale Power Module —— NuScale Power

NuScale Power Module(NPM)是由NuScale Power设计研发的小型轻水冷却压水反应堆(PWR)。

NPM单模块电功率设计为77兆瓦,这些模块具有强大的扩展性,能够根据客户的能源需求配置不同数量的NPM。NPM的标准配置包括4-NPM(电功率308兆瓦)、6-NPM(电功率462兆瓦)和12-NPM(电功率924兆瓦)。每个NPM都是一个自持模块,即使在多模块配置中也能独立运行,而所有模块都可以通过单一控制室进行管理(目前,公司以六模块配置作为基准)。

NuScale的NPM获得了全美首个审批SMR设计认证。2020年9月,美国核管理委员会(NRC)批准了NuScale 50MW的单模块认证申请,使其成为美国首个获得NRC设计批准的小型模块化反应堆。2022年12月,NuScale提交了升级版的6-NPM的审批申请,公司预计该设计将在2025年7月获得批准,截至3Q24公司公告6-NPM的审批进度目前正在按计划推进。

在项目进展方面,NuScale在全球范围内探索部署其NPM模块的机会,包括欧洲、美国、亚洲等重点区域。公司NPM技术有望最先在罗马尼亚落地首堆,该项目(RoPower Project)计划对罗马尼亚已退役的Doicești煤电厂开展“煤转核”改造并部署462MW的6-NPM模块,该项目已于2024年9月30日启动第二阶段前端工程设计(FEED Phase2)。

工程制造方面,公司已建立较为完整的供应链体系,其中NPM核心设备的制造将来自韩国斗山能源(入股NuScale,并正为公司罗马尼亚、美国的SMR示范首堆提供NPM核心设备制造)、美国BWX Technology等业内知名企业。NuScale已于2023年启动了制造首批6-NPM反应堆压力容器和蒸汽发生器管束。

AP300 —— 西屋公司
卡梅科(CCJ)参股企业西屋公司(持股49%)开发的AP300是一款基于AP1000技术改良的330MW三代改压水反应堆(PWR)。这款反应堆凭借其被动式的安全系统和简化的工厂设计,显著提升了安全性和维护效率。AP300的安全系统依赖于自然驱动力,如压力、重力、自然循环和对流,无需使用泵或柴油发电机等主动组件。

AP300是唯一基于已获得NRC认证并在运的大型先进核反应堆衍生设计的SMR技术。得益于AP1000项目在全球的建设经验和运行记录,有望为AP300在设计认证阶段提供资料数据支撑,并有望基于高技术成熟度和工程经验帮助AP300在建设过程中避免首堆挑战(FOAK),降低成本和风险,提高项目的可交付性。2023年,AP300已完成概念设计。目前,该反应堆正处于设计开发阶段,公司预计在2025年结束,并将向监管机构提交设计认证文件。根据公司计划,AP300有望在2027年获得监管认证。随后,AP300计划在2027年开始特定厂址的项目准备工作和采购计划,目标是在2030年开始建设,建设周期计划为36个月,即从首次核混凝土浇筑到准备装料。

BWRX-300 —— GE日立核能
GE日立核能公司的BWRX-300是一款三代先进沸水反应堆(BWR)改良而来的SMR设计,它采用自然循环和被动式安全系统,能够产生870MWth的热能和约300MW的净电力。作为第十代沸水反应堆,BWRX-300延续了历代的设计和运维传统,并吸收了1520MW经济节约型沸水反应堆(ESBWR)的设计特点和许可经验。该反应堆的设计依托于自然驱动力,减少了对主动机械组件的依赖,旨在降低建设和运营成本,提供灵活且经济的能源发电方案。BWRX-300的主要用途包括基础电力供应、电力调峰、氢气与合成燃料生产、区域供热等。

在项目进展方面,BWRX-300多个项目在全球范围内正处于不同的许可和设计验证阶段。BWRX-300设计已经与英国(ONR)、加拿大(CNSC)和美国(NRC)的监管机构完成了预申请审查。2022年10月,公司已在加拿大提交首台BWRX-300的建设许可证申请,公司预计在2025年初获得批准并启动Darlington新核电站建设(由加拿大安大略电力公司持有),并期望在2029年实现项目投产。在美国,公司在积极推进BWRX-300的NRC认证,目前已有五份许可专题报告获批,还有两份报告正处于审批的最后阶段,计划在2025年初提交第一份美国建造许可证申请。同时,BWRX-300正在英国接受通用设计的评估,公司预计在2025年完成。此外,波兰监管机构已为六个部署BWRX-300的场址发布了原则性决定。得益于沸水堆的成熟经验,BWRX-300在英国、瑞典等国的SMR设计招标短名单中均实现入围。

在关键设备供应方面,GE日立核能公司精选了一流的供应商,确保BWRX-300项目在质量上得到强有力的保障。其中主要供应商包括:Worley Chemetics(隔离冷凝器系统)、Velan(反应堆阀门)以及BWX Technologies(反应堆压力容器)等企业。

Aurora —— Oklo
Aurora反应堆是Oklo设计的一种快中子反应堆,采用热管冷却技术。根据设计团队的介绍,该反应堆将具备“较大的负温度反馈系数”,无需使用泵和阀门,而是利用热管进行散热。Aurora反应堆的发电能力为15MW,且可扩展至50MW,能够在更换燃料前连续运行10年或更长时间。凭借其固有的安全特性,Aurora快堆能够使用回收的核废料作为燃料。

目前,Aurora项目已进入详细设计阶段。自2016年以来,Oklo一直积极参与美国核管理委员会(NRC)的预申请和审查活动。2019年,Oklo获得了美国能源部(DOE)的场地使用许可,并得到了爱达荷国家实验室及美国能源部提供的燃料材料支持。公司预计,Aurora在爱达荷国家实验室的反应堆首堆有望在2026年动工、并于2027年投产。截止3Q24,根据公司披露,目前与客户签订的供电意向已加速增长至2.1GW(vs2Q24末:1.35GW;2Q23末:0.7GW)。

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