核能利用新纪元——小型核电

小型核电的概念最近在我国备受关注。据报道，湖南的衡阳、株洲，福建的漳州，江西的瑞金，都计划建设小型核电站。一时间，小型核电成为了核电行业的新宠，人们对它寄予了很大的期望。

　　那么，到底什么是小型核电，它为什么这么受欢迎呢？

　　小好，还是大好？

　　小型核电，也叫小型反应堆，简单来说就是功率小的核电站。按照国际原子能机构（IAEA）的定义，小型反应堆指电功率小于30万千瓦的反应堆，中型反应堆指电功率在30～70万千瓦之间的反应堆，大型反应堆指电功率大于70万千瓦的反应堆。那么，核电站到底是做小点儿好，还是做大点儿好呢？

　　现有新建的商用核电站几乎都属于大型核电站，装机容量基本都在百万千瓦以上。这就让人们形成一个印象，核电站的规模都是很大的。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。世界上第一座商用核电站是美国的希平港核电站，装机容量为9万千瓦。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的概念，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，人们已经开始建造装机容量为80万千瓦级的核电站，而在80万千瓦级核电站还没建成时，就已经有装机容量在百万千瓦级的核电站开建了。到现在，美国第三代核电站AP1000的装机容量是125万千瓦，正在我国浙江三门开建；欧洲第三代核电EPR的装机容量达到了175万千瓦，正在我国广东台山开建。

　　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增加核电站的效益。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，提高功率就意味着提高相关配套设备的技术参数，如安全容器、机械泵等。而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制造成本。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，而应该根据实际需求来确定。

　　需求推动市场

　　推动小型核电发展的真正因素，恐怕不是经济效益的问题，而是市场需求。

　　在过去几十年里，核电站主要建在发达国家和地区，如美国、法国、日本等。在这些发达国家中，电力需求大，确实需要装机容量为百万千瓦量级的核电站；而且，这些国家的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。如今，核电的主要市场已经从发达国家和地区转移到了发展中国家和地区。在积极发展核电的国家和地区中，很多国家和地区的电网设施还比较落后，较难承受功率太大的电站；而且这些国家和地区的电力需求也没有那么大，没有必要建造这么大的核电站。所以，在这样的国家或地区里，发展小型核电站便成为一个实实在在的市场需求了。

　　美国加州大学伯克利分校能源学院专门做过统计（如下图所示），在现今运行的所有类型的电站中，有93%的装机容量是在50万千瓦以下的。这就说明，在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，小型核电还可以应用到很多领域中，如工业或居民的供暖供热，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，小型核电自然而然就被关注到了。

　　推动小型核电发展还有另一个很重要的因素，就是投资小。现有百万千瓦级核电站的投资非常巨大，每个机组都需要上百亿元人民币的投资，而且建设周期也比较长，一般要4～5年。虽然核电站的投资回报率不错，但投资金额太大，周期太长，这使得民间资本望尘莫及。如果能把核电站做小，减小投资金额，缩短建设周期，就可以大大提高核电站的投资吸引力。在现有的小型核电站设计方案中，从几万千瓦到几十万千瓦都有，投资金额大概在几亿到几十亿人民币不等，建造周期也可以缩短到2～3年。这样的投资项目对于民间资本来说，就非常有吸引力了。所以，投资小也是推动小型核电发展的重要因素。

　　谈到小型核电，就必须谈到新兴的模块化设计理念。所谓模块化设计，就是把整个核电站分成若干个独立的模块，每个模块可以单独在工厂里生产加工，然后运到现场进行组装。按照这样的设计方案，核电站就可以成为在工厂里批量生产的产品了，就像生产飞机和轮船一样。工厂生产比现场施工的制造成本可以减低好几个量级。还有一些超小型核电设计方案，整个反应堆直接在工厂里加工生产，然后用火车、轮船或者卡车运送到现场安装，随后就可以使用了。这种模块化的设计方案，正是现有小型核电站与20世纪五六十年代所建造的小型核电站之间的本质区别。

　　小型核电安全吗

　　尽管规模不大，但小型核电也是核电，其最核心的问题还是安全问题。

　　由于功率变小了，小型核电站的安全问题也没有大型核电站那么棘手了。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）来进行堆芯冷却，确保反应堆的安全。

　　日本福岛核事故发生的最直接原因是用于冷却堆芯余热的备用柴油机失效。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，非能动的冷却能力有限，正是由于小型核电的功率变小了，所以在小型核电中采用非能动的冷却方式是可以满足设计要求的，也能够保证反应堆的安全性。在核电站的安全分析中，有堆芯熔化概率的指标。这个指标是指一个核电站发生堆芯熔化事故的概率，其数值越低说明发生事故的可能性越小，反应堆越安全。当今最先进商用核电站是美国的AP1000和欧洲的EPR，它们的堆芯熔化概率是10-6，而美国能源部支持开发的mPower小型核电的堆芯熔化概率是10-8。从这个方面可以看出，小型核电的安全性比现有最先进的三代核电还要高出两个量级。所以，小型核电应该是比大型核电更加安全的。

　　抢占先机

　　2009年，国际原子能机构（IAEA）发布评估报告，预测到2030年，全世界将建成96座小型核电站。

　　小型核电的巨大市场潜力吸引了各核工业大国和各核能行业大公司的高度关注。2010年，比尔·盖茨投资Terra Power公司，致力于发展小型核电行波堆。2012年，美国能源部（DOE）设立了4.5亿美元的专项经费，支持多家公司开发小型核电。俄罗斯一家公司计划于2017年建成世界上第一个小型核电项目SVBR-100，届时它将成为全球首个商用小型模块化反应堆。我国的中核集团和中广核集团也在积极开展小型核电的研发工作。

　　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，值得我们期待。

　　【责任编辑】赵 菲