世界先进小型压水堆发展状况

（本文文字节选自《核动力工程》2012年第33卷第5期，作者：陈培培1，周 赟2；

国家核电技术公司，北京，100029；2. 哈佛大学，波士顿，美国，02138）

作者简介：

陈培培（1977—），男。 2007 年毕业于美国伊利诺伊大学核工程专业，获博士学位。现主要从事反应堆热工、两相流以及核能源安全与政策的研究工作。

周 赟（1976—），女，研究员。2006 年毕业于美国加州大学伯克利分校核工程专业，获博士学位。现主要从事核能经济、核安全法规与政策、核燃料循环以及核保护的工作。

摘要：先进小型压水堆是优化核电厂安全性、经济性和灵活性的结果，主要面对非主干网电力系统，可以比较经济和高效地替代中小型火电机组。本文讨论了小型压水堆的概念、优势、发展历史及目前的发展状况，并重点介绍美国两种主要小型压水堆的设计理念，意在为国内核能行业人士提供及时的核电科技信息，并推动我国在先进小型压水堆科研项目上的进一步探讨。

1 概 述

进入21 世纪后，西方及亚洲核电发达国家提出了加快先进小型反应堆研发工作的战略。先进小型反应堆大都采用模块化设计，与第三代反应堆相比，具有更高的安全性和灵活性，对总投资的要求也比较低。这些特性使得小型反应堆尤其适合在主干网电力补充、中小型火电机组替代和海水淡化等方面的应用。

满足国际原子能机构（IAEA）定义[1]，电功率输出小于300 MW 的先进小型反应堆设计主要有压水堆、气冷堆、钠冷快堆和铅冷快堆。其中发展最快、技术最成熟、影响力最大的是先进小型压水堆。因此，本文将只讨论小型压水堆的发展和应用状况。

目前以美国、日本和韩国为首的几个主要核工业发达国家都在进行先进小型压水堆的技术研究和工程开发工作。本文将从小型压水堆技术的发展历史和国际核电市场的背景出发，全面回顾先进小型压水堆在西方国家的发展过程，并重点介绍正在进行的美国先进小型压水堆发展计划及其几种典型设计。

2 先进小型压水堆的发展背景

核电厂输出功率的优化问题在20 世纪90 年代发展第三代反应堆技术时就已经成为西方核工业界的主要争论话题。以法国（EPR）和日本（APWR 和ABWR）为代表的一方，推行大型化设计，通过提高输出功率来获取更大的规模效益，在核电厂安全性方面，以增加系统冗余度为主要方法。这种设计的输出功率大（1400 MW 以上）、规模经济好，但初期投资高、建造周期长、项目风险大；以美国为代表的另一方（AP600 和AP1000），更重视核电厂的总体经济性和建造灵活性，提出了以非能动为核心的安全设计原则，通过系统简化来达到经济性和安全性的优化。这种设计的总投资少、建造周期短、运行成本低，但由于受到非能动安全设备的限制，现有设计的输出功率还没有达到法国、日本大型压水堆的水平，在规模经济上可能存在一些劣势。

2010 年美国能源部（DOE）提出了先进商用小型压水堆10 年发展计划，并全面展开与其相关的研发工作。

另一方面，新兴工业国家和部分发展中国家，电力需求因为大规模工业化和生活标准的提高而迅速增长。IAEA 在2007 年的报告中预测，到2050年，全球55%的电力增长需求将来自于发展中国家[2]。大多数发展中国家普遍面临基础设施差、电网设备落后、资金缺乏、技术力量薄弱等问题。在这些国家建设大型火电站和配套输变电系统将面临很多困难。近十年来，温室气体排放导致的全球气候变化越来越受到重视，广大发展中国家在如何平衡经济发展和降低碳排放上面临着巨大的挑战。因此，模块化小型核电厂的建造灵活、投资要求低和原料供应链简单的优势就在发展中国家体现得更加明显。IAEA 在2005 年~2008 年的连续4 年间发布了一系列的小型反应堆发展报告[1~4]，努力推动小型反应堆技术的开发和研究，并大力提倡小型核电厂在发展中国家的应用。日本和韩国从20 世纪90 年代末就意识到了小型核电厂的潜在国际市场，并积极开展了针对发展中国家需要的小型反应堆研究，以便将来在国际市场上占据优势。

3 先进小型压水堆的发展历史和现状

3.1 诞生阶段——20 世纪80 年代

美国三里岛核事故之后，美国核管会（NRC）对电厂的设计和运行要求迅速提高。20 世纪80年代中期，部分学者在研究三里岛核事故原因和美国核电市场的发展状况后，提出了先进小型压水堆概念。1985 年，前美国橡树岭国家实验室主任Weinberg 总结了70 年代末以来美国核电发展停滞和倒退现象, 认为其主要原因是建造大型轻水堆所需的巨额资金负担和核电厂工程的不确定性[6] 。Weinberg 认为大型轻水反应堆过于复杂和难于控制，在公众对核电厂安全标准不断上升的情况下，很难兼顾安全性和经济性。他同时提出，下一代商用反应堆应该向小型化、模块化方向发展。同年，IAEA 启动了先进中小型反应堆研究项目[7]；1991 年，经济合作与发展组织下的原子能机构发布了第一份有关小型反应堆的研究报

告，总结了西方各国80 年代在先进小型反应堆方面取得的进展[8]。其中最引人瞩目的设计是由美国燃烧工程公司（Combustion Engineering，CE）提出的安全一体化压水堆（SIR）[9]。这种新型压水堆概念采用一体化设计，即把主回路的所有部件，包括堆芯、稳压器、主泵和蒸汽发生器都放在一个大的压力容器里，从根本上消除发生主管道大破口事故的可能性，极大地降低堆芯熔毁概率，提高了系统安全性能。