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小型核电,能否开启核能利用新纪元? 精选

已有 7149 次阅读 2013-10-21 20:30 |个人分类:核能科普|系统分类:科普集锦|关键词:小型核电| 小型核电

小型核电,能否开启核能利用新纪元?

陈钊  2013-10-21

小型核电的概念,最近在中国备受关注。湖南的衡阳、株洲,福建的漳州,江西的瑞金,都有报道称计划建设小型核电站。而今年9月份,中国核能行业协会在成都专门举办了“2013小型动力堆论坛”,探讨小型核电的发展问题。一时间,小型核电成为了核电行业的新宠儿,大家对它寄予不小期望。那么,到底什么是小型核电,它为什么这么受欢迎呢?让我们一起来看一看。

核电站是小点好还是大点好?

小型核电,也叫小型反应堆,简单的理解就是功率小一些的核电站。按照国际原子能机构(IAEA)的定义,小型反应堆指电功率小于300MWe的反应堆,中型反应堆指电功率在300-700MWe的反应堆,大型反应堆指电功率大于700MWe的反应堆。那么,核电站到底是做小点好还是做大点好呢?

现有新建的商用核电站几乎都属于大型核电站,装机容量基本上都是百万千瓦以上。这就让人们形成一个印象,核电站都是这么大的。其实不然,核电站在发展初期,都是从小型开始做起的。世界上第一座核电站,是俄罗斯的斯奥伯宁斯克核电站,装机容量只有0.5万千瓦。第一座商用核电站是美国的希平港核电站,装机容量为9万千万。在第一代商用核电站中,装机容量都在30-50万千瓦之间。随后,人们提出了“规模经济效应”,认为核电站造得越大,经济效益越好。于是,人们开始想方设法提高核电站的装机容量。到了20世纪60年代中期,人们已经开始建造80万千瓦级的核电站,而在80万千瓦级核电还没建成是,就已经有100万千万的核电站开建了。而到现在,作为第三代商用核电站的代表,美国AP1000单机容量是125万千瓦,正在浙江三门开建,而欧洲的EPR更是达到了单机容量175万千瓦,正在广东台山开建。

   那么,核电站是不是真的越大越好呢?当然不是。当初的“规模经济效应”是在核电站发展初期提出的,那时候核电的经济效益较低,提高功率确实能够有效核电效益。因为在同一个厂址,同一配套设施下,把核电站做得大一些,单位千瓦的建造成本就可以下降,经济效益也可以得到提高。但是,提高功率,就意味着相关配套的设备技术参数也要提高,如安全容器、机械泵等。而要生产更大的安全容器,制造更大的机械泵,这些都会增加技术研发成本和生产成本。所以,核电站显然不是做得越大,经济效益就越好。那核电站到底要做多大才是最好的呢?这个问题并没有绝对的答案,而是应该根据需求而定。

 

 

美国小型核电mPower

 

   实实在在的市场需求

   推动小型核电的直接因素,恐怕还不是经济效益的问题,而应该是市场需求。在过去几十年里,核电站主要建设在发达国家和地区,比如美国,法国,日本等。在这些发达国家中,电力需求大,确实需要装机容量百万千瓦量级的核电站,而且当地电网配套设施也很好,容纳百万千瓦量级的核电站显然不存在什么困难。而现在,核电的主要市场已经从发达国家转移到了发展中国家或地区。在积极发展核电的国家和地区中,很多电网设施都还比较落后,比较难以承受功率太大的电站;而且电力需求也没有那么大,没有必要建造这么大的核电。所以,在这样的国家或地区里,发展小型核电是一个实实在在的市场需求。有机构专门做过统计,在现有运行的所有电站中,单机容量在500MWe以下的占93%。这就说明,现有的能源需求结构中,小型和中型电站是占绝大多数的。此外,小型核电还有应用到很多领域中,如供暖供热,海上石油开采,边远地区矿物开采,海水淡化等等。在这样的市场需求下,小型核电自然就被关注到了。

 

  投资小

   推动小型核电,还有另一个很重要的因素,就是投资小。现有的百万千瓦核电站投资,至少要100亿人民币,建设周期要4到5年。虽然核电的投资回报率不错,但投资太大,周期太长,这就让民间资本望尘莫及了。如果能把核电做小了,投资自然也就变小。在现有的小型核电设计方案中,从10MWe到300MWe都有,投资大概在几亿到几十亿人民币不等,建造周期也可以缩短到2到3年。这样的投资项目,这就足以吸引民间资本的注意力了。所以,民间资本也是推动小型核电的主要力量。

 

  模块化

   谈到小型核电,就必须谈到模块化设计的理念。所谓模块化设计,就是把整个反应堆系统分成若干个独立的模块系统,每个模块系统可以单独在工厂里生产加工,然后运到核电站现场进行组装。按照这样的设计,核电就可以成为在工厂里批量生产的产品了,就像现在生产飞机或轮船一样。要知道,工厂生产比现场施工的制造成本是可以降几个量级的。还有一些超小型的核电,整个反应堆直接就在工厂里加工生产,然后用火车、轮船或者大卡车直接运送到现场安装就可以使用了。这种模块化的设计方案,正是现有小型核电与上世纪五、六十年代所建造的小型核电之间的本质区别。

 

  小型核电安全吗?

   小型核电也是核电,最核心的问题还是安全问题。由于小型核电的功率变小了,它的安全问题也变得没有那么棘手了。在现有的设计方案中,绝大部分小型核电都具有非能动的安全特性。所谓非能动的安全特性,就是利用自然物理规律(如位差产生的重力,密度差产生的浮升力等)来进行冷却堆芯,确保反应堆的安全。福岛核事故发生的最直接原因就是用于冷却堆芯余热的备用柴油机失效了。而如果反应堆采用非能动的余热排出系统,就不需要备用柴油机,也不会出现类似福岛一样的事故了。不过,非能动的冷却能力是有限的,正是由于小型核电的功率小了,所以在小型核电中采用非能动的冷却方式是足有满足设计要求,确保反应堆安全的。现有最先进的商用核电站是美国的三代核电AP1000和欧洲的三代核电EPR,它们的设计标准是保证堆芯融化概率小于10-6,而美国能源部支持开发的小型核电mPower的堆芯融化概率可以降到10-8。也就是说,小型核电的安全性比是现有最先进三代核电还要高出两个量级。所以,小型核电应该说比大型核电更加安全的。

 

   现有的小型核电设计方案非常多,美国,俄罗斯,韩国,日本,中国都有,加起来应该有10多种堆型。美国应该是小型核电开发最积极的国家,美国能源部专门设计了资助项目,支持一些公司开发制造小型核电,如mPowerNuScaleWestinghouse SMRHyperion等。美国的mPower和俄罗斯的SVBR-100有可能成为第一批商业应用的小型核电。不过,现有的小型核电都处于设计方案阶段,还要经过方案论证,安全审查,加工建造等流程,估计真正用上小型核电还得过个45年。

   小型核电,能否开启核能利用的新纪元,能否成为核能利用的革命性产品呢?值得我们的期待!

 



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