自從上世紀50年代實現核能發(fā)電以來，為了實現并強化規(guī)模經濟效應，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)也建造了數百座小型動力堆用作*艦艇動力裝置或中子源。現在，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。

一些現役小功率反應堆已經屬于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，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，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金流。據西屋電氣公司估計，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)模經濟的實現將取決于整個項目的建設周期，而這個周期可能比現有大型反應堆項目的建設周期還要長。雖然現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實現了一定的經濟性，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，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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