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什么是小型模块堆?

解读“核”
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小型模块堆

小型模块堆每台机组功率不超过300兆瓦(电)。许多小型模块堆均可在工厂组装,然后运输到安装地点,面向工业应用或电网容量有限的偏远地区等市场。(图片:A. Vargas/原子能机构)

小型模块堆属于先进核反应堆,每台机组功率不超过300兆瓦(电),约为传统核动力堆发电容量的三分之一。小型模块堆能够生产大量低碳电力,其实质是:

  • 小型——体积仅为常规核动力堆的若干分之一。
  • 模块化——系统和组件可在工厂组装,然后以机组形式运输到安装地点。
  • 反应堆——利用核裂变产生热量,从而生产能源。

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小型模块堆的优势

小型模块堆的许多好处都内在地与其小型化和模块化设计性质有关。由于占地面积较小,小型模块堆可以建在不适合大型核电厂的地方。小型模块堆可以按机组预先建造,然后运输到场址安装,这使其建造成本比大型动力堆低廉。大型动力堆通常针对特定场所定制,有时会造成建造延误。小型模块堆可以节省成本,缩短施工期,同时可以增量部署,以满足不断增长的能源需求。

加速获取能源的挑战之一在于基础设施——农村地区电网覆盖有限——以及并网发电以实现农村电气化的成本。单座电厂不应超过电网总装机容量的10%。在缺乏足够输电线路和电网容量的地区,小型模块堆由于电力输出较小,既可以安装到现有电网中,也可以远离电网安装,为工业和民众提供低碳电力。微型反应堆尤其如此。微型反应堆属于小型模块堆的一个子类,设计发电功率通常不超过10兆瓦(电)。微型反应堆占地面积比其他小型模块堆更小,更适合无法获取清洁、可靠和负担得起的能源的地区。此外,微型反应堆可以在紧急情况下作为备用电源,也可以替代通常以柴油为燃料的发电机,例如在农村社区或偏远地区企业。

与现有反应堆相比,拟议小型模块堆设计总体上更简单,而且小型模块堆的安全概念往往更多地依靠反应堆的非能动系统和固有安全特性,如低功率和运行压力。这意味着在这些情况下,不需要人为干预或外部动力或力量来关闭系统,因为非能动系统依靠的是物理现象,如自然循环、对流、重力和自增压。在某些情况下,这些增加的安全裕度消除或大大降低了发生事故时对环境和公众的不安全放射性释放可能性。

小型模块堆的燃料要求不高。以小型模块堆为基础的电厂不必频繁换料,可每三至七年换料一次,比较而言,常规电厂一到两年就需要换料一次。一些小型模块堆设计运行寿期长达30年而无需换料。

小型模块堆现状如何?

公共和私营机构都在积极努力,致力于让小型模块堆技术在十年内取得成果。俄罗斯的阿卡德米科·罗蒙诺索夫号是2020年5月投入商业运营的世界首座浮动核电厂,用两座35兆瓦(电)小型模块堆生产能源。阿根廷、加拿大、中国、俄罗斯、大韩民国和美利坚合众国的其他小型模块堆正处于建造或许可证审批阶段。

世界各地正在开发的70多种商用小型模块堆设计针对不同输出和应用,例如电力、混合能源系统、供暖、海水淡化和工业用蒸汽。虽然小型模块堆每台机组的前期资本费用较低,但部署后的经济竞争力仍有待实践证明。

参阅国际协作如何助力包括微型反应堆在内的小型模块堆取得成果。

小型模块堆与可持续发展

小型模块堆与核电厂在效率、经济性和灵活性方面的属性独特。核反应堆提供可调度的能源,可以根据电力需求调整输出,但风能和太阳能这些可再生能源则属于可变能源,有赖于天气和时段。小型模块堆可在混合能源系统中与可再生能源搭配,提高其效率。这些特点使小型模块堆能够在清洁能源转型中发挥关键作用,同时有助于各国实现可持续发展目标

实现人人获得能源的目标——可持续发展目标7的努力取得了明显进展;然而,差距仍然普遍存在,主要集中在偏远地区和农村地区。随着全球努力寻求实施清洁和创新解决方案,在扩大使用可再生能源的同时引入小型模块堆,则有可能填补这些差距。

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