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[程控工頻耐壓試驗裝置]核電中小型反應堆的前景分析和市場展望

更新時間: 2011-11-03  點擊次數(shù): 2741次

自從上世紀50年代實現(xiàn)核能發(fā)電以來,為了實現(xiàn)并強化規(guī)模經(jīng)濟效應,核電反應堆功率已從60 兆瓦增至1600 兆瓦以上。同時,核工業(yè)也建造了數(shù)百座小型動力堆用作*艦艇動力裝置或中子源。現(xiàn)在,核工業(yè)再次掀起小型核電機組的開發(fā)熱潮,這是因為大型堆的建造成本越來越高,另一方面也存在小型電網(wǎng)對小型機組的需求。

按照原子能機構(IAEA)的定義,小型堆功率為300 兆瓦以下,中型堆為300~700 兆瓦,目前統(tǒng)稱為“小型和中型反應堆”,簡稱“中小型堆(SMR)”。中小型堆有時被混淆為小型模塊堆,但SMR未必有模塊結構。

一些現(xiàn)役小功率反應堆已經(jīng)屬于SMR的范疇,例如印度以加拿大技術為基礎開發(fā)的220 兆瓦加壓重水堆(PHWR)、中國在國內(nèi)和為巴基斯坦建設的300~325兆瓦的壓水堆(CNP300)、俄羅斯西伯利亞地區(qū)比利比諾(Bilibino)工廠正在運行的4臺小型石墨慢化沸水堆(62 兆瓦)。此外,中國正準備開建200 兆瓦的高溫氣冷堆(HTR-PM)核電廠。

目前,多個國家正在開發(fā)各種新型SMR,其中許多是壓水堆。例如美國西屋電氣公司的IRIS設計、巴威公司的mPower設計、NuScale Power公司的NuScale設計、霍爾臺克公司的HI-SMUR140設計、法國國有船舶制造企業(yè)的Flexblue設計、俄羅斯的浮動式核電廠設計、阿根廷INVAP公司的CAREM設計、韓國的SMART設計。此外,還有少數(shù)快堆設計,例如海博瑞恩(Hyperion)動力模塊和行波堆(TWR)。

美國的SMR設計zui多,但截至目前,尚沒有一例向美國核管會(NRC)提交設計證書申請。NRC表示有望在2012年受理*SMR設計證書申請。

中小型堆的優(yōu)勢

與大型反應堆相比,SMR具有*的優(yōu)勢。

首先,相對于現(xiàn)場施工和組裝而言,SMR的建造成本大幅下降。SMR們指出,就分期建設一座包含多臺小型機組的大功率電廠而言,小巧、簡潔的模塊式反應堆設計是*選擇。由于這些模塊可在工廠中批量生產(chǎn),因此電廠建設成本下降,周期縮短。一般預計*機組的施工周期在3年以內(nèi),后續(xù)機組縮短為僅2年。

其次,可采用多期單機組或多期雙機組建設模式。在每種情形下,建設前期機組時均預留充分的物理分隔,以便能夠在前期機組運行的同時建設后續(xù)機組。盡管預留了分隔空間,但電廠布局依然非常緊湊。就一處擁有若干個單模塊、總功率為1000 兆瓦的場址而言,其面積與同等功率的單機組場址相當或更小。

再次,小型機組具有融資方面的優(yōu)勢。在項目初期,無需籌集太多資金,當一個模塊建成發(fā)電時,將為下一個模塊的建設提供正向現(xiàn)金流。據(jù)西屋電氣公司估計,分別間隔3年建設3臺IRIS機組,總功率為1000 兆瓦,融資利率為10%,融資期限為10年,需要的zui大負現(xiàn)金流小于7億美元(約為單臺1000 兆瓦機組的三分之一)。

另外,較大的國家可以根據(jù)自身需求選擇建設小型模塊機組,而一些小國則別無選擇,因為其電網(wǎng)可能由于太小而無法承受1000 兆瓦以上的單臺機組。

不利因素

雖然中小型堆具有上述優(yōu)勢,但有些因素可能使小型反應堆的這些優(yōu)勢失效。

*,與汽車、智能手機或類似小型裝置相比,反應堆的單位千瓦材料成本可能隨著尺寸的下降而上升,這是因為隨著反應堆規(guī)模的下降,決定著材料成本的單位千瓦功率的表面面積增加了。同理,隨著反應堆規(guī)模的下降,二次安全殼和用于控制、儀表和應急管理的獨立系統(tǒng)的單位千瓦造價也會上升。

第二,假設打算在一處場址上建設一系列SMR,那么其規(guī)模經(jīng)濟的實現(xiàn)將取決于整個項目的建設周期,而這個周期可能比現(xiàn)有大型反應堆項目的建設周期還要長。雖然現(xiàn)金流狀況將更為有利,但是如果規(guī)劃的后續(xù)機組未予建設,例如由于需求增長速度慢于預期,那么前期建設的機組可能貴于現(xiàn)有反應堆。

第三,如果整個反應堆在一座集中設施中建造并通過量產(chǎn)實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟性,那么上述潛在的成本增加是可以抵消的。不過,批評人士指出,基于過去核反應堆成本上漲的歷史,以及可能由于出現(xiàn)新的審批要求而使成本增加,因此必須以懷疑的眼光看待低價估算。

第四,批量制造將引發(fā)安全、質量和審批方面的新問題,這些問題尚待監(jiān)管部門的解決。例如,監(jiān)管部門可能必須為SMR制造設施制定并試用新的審批和檢查程序,包括對焊縫等類似方面的檢查。此外,監(jiān)管部門可能還需要對運行和保安人員制定新要求。

第五,由于SMR乏燃料分布于更多的場址,因此其管理可能更復雜,耗資也更大。目前的乏燃料管理基礎結構針對的僅僅是有限場址上的輕水堆。而且,有的SMR設計將反應堆建在地下,這可能使廢物回取更為復雜。

未來展望

發(fā)達市場大多需要大量的電力來滿足增量需求或取代退役機組,因此仍將致力于zui大化反應堆規(guī)模,維持過去10~20年的發(fā)展趨勢。然而,大型核電廠成本不斷增長,加之世界金融形勢不甚明朗,已經(jīng)導致大部分發(fā)達地區(qū)的核復興步伐放緩。因此,核工業(yè)有必要認真地研究大型輕水堆的替代商業(yè)模式。

SMR的關鍵優(yōu)勢可能zui終證明只是其尺寸小巧和適合于小型電網(wǎng),而決定其發(fā)展前景的關鍵因素可能是監(jiān)管程序的調整。如果無法為SMR做出有效的調整,監(jiān)管成本實際上可能成為一項讓小型機組難以承受的固定成本。

在目前幾十個有意采用核能的國家中,許多國家的電網(wǎng)再過10年也不可能適合采用大型反應堆。此外,一些基礎設施比較成熟的國家,例如新加坡也在考慮采用SMR。

隨著更多的SMR研究工作取得進展,一個值得關注的問題是,是否會有許多新國家打通全部必需的監(jiān)管、人力資本和技術環(huán)節(jié)。有人認為,發(fā)達核國家肯定得先建設大量的傳統(tǒng)反應堆,然后才能使核電擴大到這些新國家,但是SMR提供了一條具有吸引力的替代路線。
 

 

 

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