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小型反应堆基本定义

小型模块化反应堆(SMR)包含三个关键词：小型(Small)、模块化(Modular)和反应堆(Reactor)。

“小型”含义是指反应堆的额定输出功率相对大型核电站要小，SMR通常指反应堆输出的额定功率水平在10 MWe~300 MWe左右的反应堆。SMR的功率选择需要满足实际工业应用的需求，从而实现区域有限能源应用以及自由灵活的规模化生产匹配要求，必要时可实现与小规模电网的有机匹配。

“模块化”指的是核蒸汽供应系统(NSSS)采用模块化设计和组装，当NSSS系统与动力转换系统或工艺供热系统进行耦合连接后，就可以实现所需的能源产品供应。系统部件模块组装可以由一个或多个子模块进行组装，还可以根据热工参数匹配性要求从一个或多个模块机组组装成大规模发电厂，以用于生产电力或其他用途。更为重要的是，模块的安装部署可以随着时间的推移进行灵活安排施工顺序，以适应当地区域电力负荷增长的发展趋势，并在规定的时间内灵活调整投资支付时间。通过设备装配工厂制造并组装零部件或设备模块来建造电厂的方法是一种成熟的模块化施工建造技术，尽管该方法已经被绝大多数的SMR所采用，但模块化施工技术却属于成熟的施工工艺，现已经被在建的核电站、船舶领域、航空航天领域所广泛应用。相比之下，SMR更容易实现模块化的快速组装和施工建造。

“反应堆”指的是一个系统概念，在这个系统中进行着受控原子核的核裂变反应过程。

这反应堆旨在可以在工厂大量生产与运输到指定位置安装。模块化反应堆会减少建筑物的结构，增加建筑效率和声称可提高反应堆的安全性。更高的安全性应使用无需人类干预的被动安全功能来实现，这种概念已经在部分传统反应堆中实行。与传统反应堆相比，小型模块化反应堆亦减少员工数量。据称，小型模块化反应堆跨越了阻碍传统反应堆建设的财务和安全障碍。

小型模块化反应堆这个词语只是对应着反应堆的规模，容量和模块化结构，并不是其使用的反应堆类型与核反应过程。设计范围从现有设计的缩小版本到第四代设计。已经提出了热中子反应堆和快中子反应堆，以及融盐和气冷反应堆模型。

虽然许多的小型模块化反应堆仍处于未完成示范项目，但运行在俄罗斯佩韦克的浮动核电厂，罗蒙诺索夫院士浮动核能发电厂是截至 2019 年底，世界上第一个也是唯一一个完成的与电网连接的工作原型。罗蒙诺索夫院士浮动核能发电厂有2个反应堆，每一个的装机容量为35 Mwe，是基于核能破冰船的设计概念。2021 年 7 月，世界首个陆上商用的小型模块化反应堆与中国核工业集团公司的玲珑一号反应堆开工建设。预计将于2026年底投入运行。

商业运行的一个障碍可能是许可问题，因为目前的监管制度适用于传统的反应堆设计。小型模块化反应堆与传统反应堆有着员工人数，安全性，运行时间上的不同。许可证的时间、成本和风险是关键的成功因素。美国政府评估小型模块化反应堆的相关风险的研究减缓了许可的速度，对小型模块化反应堆关注之一是防止核子武器扩散。

全球小型反应堆发展前景

全球对中小型或模块化反应堆的兴趣不断增长，因为它们能够满足更广泛用户和应用的灵活发电需求，并取代老化的化石燃料发电厂。它们还通过固有和非能动安全特性提高了安全性能，并提供更好的前期资本成本承受能力，适用于热电联产和非电力应用。此外，它们为基础设施欠发达的偏远地区提供了选择，还提供了将核能和可再生能源等替代能源结合起来的协同混合能源系统的可能性。

许多成员国正把重点放在小型模块化反应堆的开发上，小型模块化反应堆被定义为每个模块发电量不超过300兆瓦（电）的先进反应堆。这些反应堆具有先进专设特性，可以单一或多模块电厂形式进行部署，并且设计成在工厂内建造，根据需求运输到公用设施进行安装。

全球约有50个小型模块堆设计和概念。其中大多数处于不同的开发阶段，有些声称近期可部署。阿根廷、中国和俄罗斯目前有四个处于后期建设阶段的小型模块堆，一些现有和新晋核能国家正在进行小型模块堆的研究和开发。

国际原子能机构协调成员国发展多种小型模块堆的努力，采取系统化方案确定和发展关键实用技术，以实现此类反应堆的竞争力和可靠性能。原子能机构还帮助他们解决共同基础结构问题，促进小型模块堆的部署。

小型反应堆应用趋势

小型模块化反应堆除了具有传统反应堆单一的发电功能以外，还有许多的工业用途。其主要表现为热电联产、工业供热和海水淡化等。其最大的市场优势在于其固有的高安全性和高效率的热、电联产能力。具有很好地经济性，能够满足不同用户的需要。正因如此，小堆除了可以为城市供电外，还可以热电联产、提供海上及海岛核动力、空间核动力等。

目前，我国已经有多个省份打算进行小堆建设。根据各省地理条件的不同，小堆用途也不尽相同。其中，福建等沿海省份主要采用小堆进行海水淡化处理，南海岛礁等主要采用小堆进行海水淡化和热电联产。吉林等高纬度省份主要采用小堆进行供热，江西和湖南等内陆省份由于缺少煤炭等化石能源，电力发展不平衡，由于小堆选址和经济性较好，也得到了广泛的应用。

海上浮动核电站

对比现在海岛上的柴油发电和大陆上的火电厂发电，海上核能发电经济性优势明显。中船重工董事长胡问鸣曾经算过这样一笔账：“现在我们的柴油发电成本是6块钱1度，海上油气田的原油发电是2元1度，换上海上核电以后可以降到9毛钱一度。”这个经济效益就十分显著了。这个价格甚至比陆地上核电站还要便宜，因为这个小型堆采用的超过第三代核反应堆的最新核电技术，发电效率比陆地上核电站更高。而且它还更环保，对海洋环境更友善。

柴油机发电污染很严重。北方的雾霾很大一部分都是汽车尾气和发电厂的污染导致的。海上核电小型堆就没有这个问题。至于核废料，咱们核电站燃料棒十几年才需要更换一次，核废料有专门的处理机制，是不需要担心污染的问题的。最棒的是对于海岛，它还可以同时产生大量的蒸馏水，解决岛上，油气平台上人员的生活用水问题。你想核电站嘛，就是靠反应堆热量产生高温蒸汽带动汽轮机叶片转动发电。反应堆这个热量是很庞大的，我们可以利用这个热量来蒸馏海水，产生足够的淡水供应岛上人员的生活，一举两得。

城市采暖供热领域

我国城市供热对能源的需求量位于世界前列，年耗煤数十亿吨，占总能源消耗的10％以上。随着城镇化进程加快，采暖热负荷迅猛增长。小型反应堆具备较小的源项和采用设计安全的原则，其应急计划区可相应缩小，适合于布置在城市边缘地区，为向城市供热创造了有利条件。

作为燃煤、燃油或燃气供热的替代，小型堆供热不会产生空气污染，特别是随着我国雾霾天气的增多且公众对PM2.5的持续关注，使得小型堆供热在环保方面优势更突出。但是小堆建设于距离负荷中心较近的城市边缘，公众的“核恐惧”心里更加明显，因此需要普及核知识，加强核安全宣传，同时建立和健全核安全信息透明机制。

工业工艺供热/供电领域

电力、建材、冶金、化工等能源消费密集的行业是我国支柱产业，这些行业的企业都建有不同规模的自备热电厂，使用的全部是化石能源，它们占大气污染的70%以上。小型堆可替代上述热电厂，减少化石能源的消耗，同时减少二氧化碳的排放，尤其是在热负荷稳定和集中的工业园区，利用小型堆供热或供电更有利于反应堆的稳定运行和容量因子的提高。此外，小型堆与化石能源系统的集成也是我国发展低碳能源产业的可能性选择之一，例如中国科学院提出构建核能-煤基低碳复合能源系统，即通过核能(电/热)高温电解制氢系统与煤气化为核心的多联产系统进行耦合集成，可实现二氧化碳的零排放。

海水淡化领域

我国人均淡水资源占有量仅为世界人均占有量的25%，是最贫水的国家之一，北方沿海地区极度缺水。严重的淡水资源缺乏，已成为经济可持续发展不可忽视的瓶颈。IAEA多年研究结果表明，核能海水淡化的成品水成本与化石燃料方案的成本在相同范围内，当淡化设备的规模加大时，核能优势比较明显。小型模块化反应堆采用模块化设计和建造，对厂址的适应性更好（相对大型反应堆），且可根据海水淡化规模选择合适反应堆功率，更容易实现淡水产量与反应堆规模的匹配。

与其他新能源组成联合能源系统

鉴于风电、光伏发电连续稳定发电性能差，难以直接接入电网。小堆核电站运行灵活性强，可与风能、光伏发电组成稳定联合能源系统。 小型堆相对于大型堆，其较小的规划限制区和应急计划区是小型堆的优势。如果小型堆的规划区仍采用5km，则其优势就不复存在。因此，建议行业主管部门制定和完善关于小型堆的法规、标准以及审批和监管体系。此外，建议借鉴有关国家经验，政府在资金、政策等方面提供必要的支持和引导以推动小型堆的研发和应用。

图表：小型反应堆应用趋势

资料来源：智研瞻产业研究院整理

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