小堆为什么是核能必争之地？

小堆在供热范畴运用空间宽广

电力体系的脱碳是全社会完成零碳展开的要害。需求侧的大规模电气化零碳排放的条件是，其所运用的电力都是来自零碳动力。核能可为完成我国2060年碳中和这一艰巨方针发挥严重效果。世界原子能组织（IAEA）在2020年9月发布了最新版别的《到2050年的动力、电力和核电猜测》 。

中核集团海南昌江多用处模块式小型堆科技演示工程开工现场

从下表中能够看出，从2019年到2050年全球用电量尽管逐年上升，但在终端动力消费总量中最高为27.2%，其它均为非电力消费。

世界动力署（IEA）数据显现，2018年供热占全球终端能耗的50%，占CO2排放的40%。热力消费中，工业部门占比约50%，建筑物房子（首要为采温暖热水供应）占比46%。

能够看到，供热是全球最大的终端动力消费范畴。现在这个范畴的首要动力是煤、石油、天然气等传统化石动力；在寻求电力低碳化的一起，要十分重视供热范畴动力低碳化；核能在该范畴有宽广的运用空间，特别是多功能小型模块化反应堆（SMR）的运用。

SMR在供热范畴的长处，一是SMR的初出资低、制作周期短，在选址方面具有较大的灵敏性，可依据用户需求灵敏规划和装备；二是SMR可选用一体化、模块化规划和工厂制作，较少的堆芯装量，先进的安全规划理念，具有安全性好、应急要求大大简化等特色，特别适宜于作为供热范畴的动力。

国外小堆展开现状

在曩昔20年，为习惯全球动力低碳化的大趋势，核能发达国家都在尽力扩展核能运用规模，多用处的小型堆开发已成为全球核能展开的热门。IAEA于2020年发布的《小型模块化反应堆技能展开》共收录了72种小堆技能。

这些堆中，近一半是水堆，由技能老练的大型压水堆展开而来，具有清晰的近期运用方针。研制国家首要包含我国、俄罗斯、美国、日本等。其间，在海上用的小堆有五六种，包含俄罗斯的海上起浮核电站KIT-40S，现在现已投运。其他部分实质上属先进核能体系（四代堆），包含各类高温气冷堆、快堆、熔盐堆以及微堆。这些堆除少数几个进入具体规划外，大部分处于概念规划或开端规划阶段，到工程制作还有较长时刻。这几年展开比较好的是高温气冷堆、铅冷或是钠冷快堆。别的便是熔盐堆。

美国的NuScale。多模块小型堆轻水冷却反应堆，规划方针是代替老旧火电厂，供应发电和非电力的工艺热能，削减二氧化碳排放，并可依照需求灵敏添加功率模块。2020年完成了DCA的检查，2022年将获得规划认证同意并开端制作，2026年榜首个电厂方案在爱达荷投入商运。

NuScale的规划特色是高度一体化，一回路选用天然循环、非能动安全体系，在进步安全性的一起，简化体系，削减设备，进步经济性，面向北美、东欧、中东、南亚以及非洲潜在用户需求。

本来规划一个模块5万千瓦，总共12个模块60万千瓦。近期又进行了技能改进，每个模块功率升至7.7万千瓦，以求更好的经济性。

开发方做了一个经济上的猜测，依照每个模块7.7万千瓦、12个模块建一个电厂的话，总功率可达92.4万千瓦，它的造价是25.19亿美元，每千瓦2850美元。当然，这不是首堆，而是第N个堆今后的造价（NOAK）。

俄罗斯海上起浮核电站KIT-40S。俄罗斯“罗蒙诺索夫院士号”是商用海上起浮核电站，搭载两台压水堆KIT-40S反应堆，用于为边远区域供应电力和热能。2019年12月19日并网发电，停靠于俄远东区楚科奇海岸邻近的佩维克港。

韩国的SMART。SMART是压水反应堆，用于发电和海水淡化。1997年开端研制，2012年获得韩国核安全与核安保委员会规范规划认证（SDA），2015年与沙特签署协议（评价在沙特制作至少2台SMART反应堆的可行性），2018年韩沙正式展开联合研讨，包含工程规划和制作预备。

能够看出，世界小堆展开的一个特色，便是全球运用核电的有30多个国家，但具有小堆开发才能的只要10多个国家，其间，美俄占世界上正在开发和制作小堆总数的一半。不难看出，这两个核电强国从核能久远运用战略视点，在开辟核能运用新范畴的重视程度和所做的尽力。

具体来说，榜首，从技能根底及老练度来看，选用轻水堆（包含陆上和海上）技能，仍是现在小堆技能展开的干流，热电联供是其首要运转形式。

第二，高温堆以其独有特色遭到喜爱（占14种），其间既有选用棱柱状堆芯，也有选用球床堆芯，可见两种技能各有特色。

第三，快堆因为在燃料增殖、削减高放废物方面具有绝无仅有的优势，仍是世界社会小堆研制要点，共有10种（不含我国），特别是铅（铋）冷快堆。

第四，值得特别重视的是熔盐堆，美、加、丹麦、日、英以及世界财团等展开10来种熔盐堆技能，大都处于概念规划阶段，单个进入根本规划和试验阶段。熔盐堆用处广泛，可用于发电、工业热源、制氢。铀-钍混合燃料熔盐堆为运用天然界中丰厚的钍资源供应技能途径。

第五，用于海上或海下的小堆技能有6种，以俄罗斯为最，占5种。我国依据本身的展开需求，在核动力海上渠道技能开发范畴获得长足的展开。

第六，微型核动力设备在未来空间和水下电源供应中将发挥首要效果，首要以布雷顿循环和斯特林发动机等热电转化方法发电，现在功率较低，首要运用于航空、航天、军事范畴等方面。

第七，着重模块化、规范化、系列化、体系简化、智能化，以进步小堆的经济性。

能够说，核电强国在开发小堆过程中具有清晰的用户需求、开发方针和战略指引；着重技能立异，在进步安全性的一起着重进步经济性；重视顶层规划，有一个清晰的规划和路线图；有关政府部门一开端就重视同步展开方针、规范规范的研讨和拟定，以满意小堆开发、监督和办理要求。

国内小堆展开现状和商场远景

为扩展核能运用规模，保证动力安全，习惯低碳动力展开需求，曩昔10多年在有关政府部门的鼓舞和支撑下，中核、中广核、国家电投、清华大学、中船重工、中科院等单位面向不同运用范畴和商场需求，活跃开发各具特色的小型堆技能。这些小堆技能部分已具有展开演示工程条件。

我国小堆在国民经济的各个范畴具有广泛的需求和展开远景，在完成动力低碳化中将发挥重要效果。

1.代替落后火电产能

“十三五”期间，全国停建和缓建煤电产能1.5亿千瓦，筛选落后产能0.2亿千瓦以上。特别是筛选关停不符合要求的30万千瓦以下煤电机组，并将燃煤自备机组归入筛选规模。

现阶段，国内选用小堆技能旧址代替小型火电技能根本老练，远景可期。因为旧址代替小堆是一新事物，加上经济性、大众对安全的忧虑等原因，商场开辟有待加强。小堆对边远区域供电、大中型企业、工业园区热电联供具有优势。

适用堆型包含ACP100（玲龙一号）、HTR-PM-200等。

现在，由中核集团开发的海南昌江多用处模块化小型堆科技演示工程ACP100正在活跃推动傍边，该堆型功率为125MWe，制作工期58个月，可作发电、热电联供等。

2.家庭和工业供热

国家计算局《2020年我国计算年鉴》显现，2013~2019年我国供热总量缓慢添加。2019年，我国蒸汽供热总量约为6.51亿吉焦，较2018添加12.71%；热水供热总量约为32.75亿吉焦，同比2018年上涨1.18%。

供热面积：北方供暖区域乡镇现有会集供热面积约131亿平方米，城市会集供热面积约110亿平方米，会集供热率约85%。其间，寓居建筑面积82亿平方米，占比75%；公共建筑面积28亿平方米，占比25%；跟着乡镇化展开趋势，北方区域需求供热的面积不断添加。

热源：我国城市会集供热的热源根本构成以热电联产为主，区域锅炉房为辅，其它热源弥补的格式。80%的热源炭以煤为首要燃料，燃煤锅炉、燃气锅炉和燃煤热电联产为首要供热方法。在占主导地位的会集供热中，热电联产和锅炉占比高，燃煤热电联产占45%，燃煤锅炉占32%，燃气锅炉占11%，其他为其它来历。高污染、低功率的落后产能超越50%。

2017年12月，国家发改委等十部委联合发布《北方区域冬天清洁取暖规划（2017-2021）》，2018年出台《打赢蓝天保卫战三年行动方案》，均提出要有用推动北方区域清洁取暖，并获得很大成果，大大改进了空气质量，污染少了、蓝天多了，但其热源还是以优质化石燃料为主。

核能供热技能老练，在低碳供热范畴有广阔的运用远景，但能否被采用，取决于许多要素，大众对安全的忧虑，价格接受才能，各级政府的情绪等都是面对的首要应战。

适用堆型包含和美一号、 NHR200-Ⅱ、 DHR-400等。

由国家电投开发的和美一号在各级政府的支撑下，正在活跃有序地推动中，项目规划制作4×200MWt一体化供热堆。一期为2×200MWt，最大供热才能为800万平方米，或供气500吨/小时。该项目方案2021年开工，工期36个月。

由中广核集团和清华大学联合开发的低温供热堆NHR200-Ⅱ在各级政府的支撑下，项现在期工作在活跃有序推动中，项目规划制作NHR200-Ⅱ型低温核供热机组，为相关用户供应清洁低碳蒸汽（500t/h），首台方案于2022年12月开工，是我国核能综合运用以及低温供热技能初次商业运用。

由中核集团开发的400MWt燕龙（DHR-400）泳池式低温供热堆现在正在活跃推动，单堆可供热面积约1000万平方米，方案2022年完成FCD，2024年建成投产。

3.海水淡化、制氢

我国北方和部分滨海区域水资源严重不足，据计算，北方缺水总面积达58万平方公里；全国有300多座城市不同程度缺水，每年缺水量58亿立方米，首要会集在华北、部分滨海和省会城市以及工业型城市；有6个省、区人均水资源低于500立方米。

海水淡化的商场很大，但因为反渗透海水淡化技能老练，以及南水北调有用缓解，国内核能海水淡化的职业展开遭到必定限制。

制氢在国外（特别间东国家）有展开远景，氢气在未来的动力商场有广泛运用。高温堆在此方面有优势，但估计在2030年今后。

适用堆型包含HTR-PM-200、ACP100、和美一号等。

4.海洋开发动力供应

除台湾省以外，我国海岛数量大，总面积超越6600平方公里，人口740多万。国家已拟定海南展开方针，提出要高水平开发海洋海岛资源，逐渐构成以海岛为依托的第二海洋经济带。

海上起浮式核动力渠道是完成上述方针动力供应的重要挑选，能一起供应电力和高温高压蒸汽，也可用来进行海水淡化；出资规模小，装备灵敏，无须场外电源保证，安全，合适孤岛运转。

现在正在开发的堆型包含ACPR50S、 ACP100S等。

我国小堆展开面对的应战和主张

现在，国内尚不具有一套相对完好的适用于模块化小堆展开的法规规范和用户要求。这些法规规范触及项目核准、安全审评、核应急以及小堆安保等范畴，需逐渐弥补和完善。小堆的经济性，特别是与其它清洁动力的价格竞争力，必定程度上影响出资者的参加热心。应在确保安全的条件下，发挥立异精力，尽力完成简化体系规划，向规范化、批量化、模块化、工厂制作、现场拼装方向展开，以有用进步经济性，添加竞争力。

别的，现在我国小堆安全规划水平到达或高于三代大型核电水平，但因为接近方针用户，大众对安全的忧虑（特别是作为区域供热的小堆），尽管远景杰出，但项目落地相对困难，展开缓慢。需求加大对演示项意图支撑力度，在获得成功的根底上，加大宣扬，逐渐推广。

因而主张有关政府部门进一步加强促进和规范小堆展开的方针、规范和规范的研讨和拟定，包含小堆的安全要求、适用规范、应急、安保、监管和小堆的用户要求等；加强政府的协谐和辅导，加强企业和研讨单位间的协作，防止同类项意图重复开发，进步开发功率；加强用户需求的调查研讨，使开发的小堆技能更具针对性和可运用性；加大演示项目推动力度，在获得成功的根底上加强大众交流，逐渐推广。

（作者单位：我国核能职业协会。本文依据其在我国核能可持续展开论坛——2021春季顶峰会议上的讲话收拾而成，首发于《我国核工业》杂志2021年第7期，原标题《模块化小堆在我国动力展开中的战略地位》）