(完整版)小型核动力堆

第１９卷第４期２０１８年８月南华大学学报(社会科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ(ＳｏｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)Ｖｏｌ.１９Ｎｏ.４Ａｕｇ.２０１８[收稿日期]㊀２０１８－０３－２８[基金项目]㊀湖南省自然科学基金项目 核信号数字化成形甄别关键技术研究 资助(编号:２０１８ＪＪ２３１６)[作者简介]㊀刘冲(１９６６－)ꎬ男ꎬ湖南祁阳人ꎬ南华大学电气工程学院副教授ꎬ博士ꎮ①中广核研究院有限公司工程师ꎮ先进小型核反应堆发展前景及其所面临的问题刘㊀冲ꎬ黄㊀勇①(南华大学电气工程学院ꎬ湖南衡阳４２１００１)[摘㊀要]㊀采用标准化和模块化设计的小型核反应堆在安全性和经济性方面的优势ꎬ将扩大核能在新兴工业国家和发展中国家的市场ꎬ有望成为我国核电设备出口的重要组成部分ꎮ文章描述了小型核反应堆的发展现状ꎬ分析了小型核反应堆的优势㊁应用前景及推广应用可能面临的问题ꎬ提出了在我国开展小型反应堆研究和应用的建议和策略ꎮ[关键词]㊀核能ꎻ㊀小型反应堆ꎻ㊀先进反应堆ꎻ㊀模块化[中图分类号]㊀ＴＬ４１３＋㊀[文献标识码]㊀Ａ[文章编号]㊀１６７３－０７５５(２０１８)０４－００１０－０５㊀㊀在当今全球工业经济迅速发展的时代ꎬ许多国家都面临着能源供应安全㊁环境约束等诸多现实问题ꎮ核能作为重要的新兴能源ꎬ不仅在满足世界日益增长的能源需求方面可以发挥非常重要的长期作用ꎬ而且对解决与全球气候和环境影响有关的挑战具有明显优势ꎮ小型反应堆(ＳＭＲꎬＳｍａｌｌａｎｄＭｅｄｉｕｍ￣ｓｉｚｅｄＲｅａｃ￣ｔｏｒｓ)核电站凭借初期投资少㊁建造周期短㊁可以有效解决中小电网输电问题等优势得到了世界各国ꎬ尤其是发展中国家的关注[１￣２]ꎮ采用标准化和模块化设计的先进小型反应堆ꎬ具有更高的安全性和灵活性[３]ꎬ因此ꎬ人们越来越重视小型核反应堆技术的研究㊁开发和应用ꎬ许多西方及亚洲核电国家甚至把加快先进小型反应堆研发上升到了国家战略[３]ꎮ进入２１世纪以来ꎬ全球核工业再次掀起小型核电机组的开发热潮ꎬ一方面是因为大型堆的总造价高㊁建设周期长ꎬ另一方面也存在小型电网对小堆型核电机组的需求ꎮ国际原子能机构(ＩＡＥＡꎬＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＡｇｅｎｃｙ)在本世纪初就发布了一系列小型反应堆发展报告ꎬ努力推动小型反应堆技术的研究和开发ꎬ并大力提倡小型核电厂在发展中国家的应用ꎬ鼓励发展和利用安全㊁可靠㊁经济上可行与核不扩散的中小型反应堆ꎮ由此可见ꎬ小型反应堆将成为全球核工业复兴的一个重要组成部分ꎮ一㊀小型核反应堆的发展现状根据国际原子能机构的定义ꎬ核电机组功率小于３００ＭＷｅ的反应堆为 小型反应堆 [１￣５]ꎮ按技术路线的不同ꎬ小型反应堆大致可分为轻水堆㊁高温气冷堆㊁液态金属冷却快中子反应堆和熔盐反应堆等几大类型[２ꎬ４]ꎮ小型反应堆的开发已经有几十年的历史ꎬ全球核工业已建造了数百座小型动力堆用作海军舰艇动力装置或中子源ꎬ许多国家在小型反应堆的研发㊁设计㊁建设和应用领域积累了大量的工程技术经验[５]ꎮ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ꎬ并积极开展了针对发展中国家需求的小型反应堆研究ꎬ以便将来在国际市场上占据优势ꎮ美国凭借在ＡＰ６００和ＡＰ１０００研发㊁安全评审过程和综合测试结果与分析中积累的经验ꎬ对非能动安全系统的瞬态特性和设计原则有了很深刻的认识ꎬ多种先进小型压水堆方案开始从概念阶段走向全面工程设计和安全评估阶段ꎬ 非能动 的理念也引入到小型堆设计中ꎮ美国 国际革新安全反应堆 (ＩＲＩＳꎬＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅａｃｔｏｒＩｎｎｏｖａｔｉｖｅａｎｄＳｅｃｕｒｅ)项目是最早进入全面工程设计和安全评估的先进小型压水堆ꎬ采用了一体化㊁模块化压水堆设计方案ꎬ在固有安全性方面较传统堆型有较大改善[６￣９]ꎬ有效地提高了反应堆的安全性和经济性ꎬ它的一些设计方案基本成为了现有先进小型压水堆的设计标准ꎬ众多其它的先进小型压水堆方案大多都参考了ＩＲＩＳ设计原则和安全评估方法ꎮ比如ꎬ美国的ＮｕＳｃａｌｅ多功能小型压水堆和西屋小型压水堆(ＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＳＭＲ)ꎬ充分利用了已有的非能动安全系统和部件设计ꎬ在技术成熟度上达到了较高的水平ꎮ法国Ｆｌｅｘｂｌｕｅ小型压水堆ꎬ是法国原子能与替代能源委员会同多个公司合作研发的一种下潜式㊁柱形全模块化移动式的海上浮动核电站ꎮ此外ꎬ法国原子技术公司也开发了具有非能动安全特性的ＮＰ３００型压水堆ꎬ其设计目标是为海外市场提供电力㊁热力和海水淡化服务ꎮ俄罗斯的ＫＬＴ￣４０Ｓ是一种用于破冰船上的小型反应堆ꎬ可用于偏远地区的供电与供热ꎮ阿根廷国家原子能委员会开发的先进小型核电厂则是采用一体化蒸汽发生器的模块式压水堆ꎬ用于发电㊁海水淡化或作为研究堆ꎮ韩国设计的ＳＭＡＲＴ反应堆则具有一体化的蒸汽发生器和先进的安全特性ꎬ主要用于发电㊁供热以及海水淡化ꎬ等等ꎮ近年来ꎬ我国核电企业也加快了小型核反应堆研发和推广步伐ꎬ在满足海上钻井平台ꎬ海岛开发ꎬ偏远地区等供电㊁供热㊁海水淡化ꎬ核能制冷等多元化需求方面做了大量工作ꎮ我国的ＣＮＰ３００压水反应堆最早在秦山核电站建设投运ꎻ自主研发的ＮＨＲ￣２００则是一个构造简单且高效率的一体化压水堆ꎬ可用于地区供热或海水淡化ꎻＡＣＰＲ５０Ｓ海上核动力平台是中国广核集团自主研发㊁自主设计的紧凑型㊁多用途海上小型反应堆技术ꎬ是一个以满足最高核安全要求和海洋用户需求为目标的分布式海洋综合能源系统ꎬ其单堆热功率为２００ＭＷꎬ可为海上油气田开采㊁海岛开发等领域的供电㊁供热和海水淡化提供可靠㊁稳定的电力ꎻ中核集团研发的ＡＣＰ１００Ｓ海上小堆技术已被纳入我国能源创新 十三五 规划ꎮ作为小型反应堆ＡＣＰ１００的海上应用型号ꎬＡＣＰ１００Ｓ则是完全自主研发㊁自主设计的小型海上反应堆ꎮＡＣＰ１００Ｓ在研发设计原则上满足最新核安全法规及相关导则的要求ꎬ吸收和借鉴了第三代核电技术和先进设计理念ꎬ实现了研发和工程相结合㊁科研和试验验证相结合ꎮ事实上ꎬ中国核工业集团公司㊁中国广核集团公司㊁国家核电技术有限公司㊁中国电力投资集团公司㊁清华大学都在开展小堆的前期工作ꎬ中船重工集团也进行了海洋核动力平台的研发ꎬ初步形成了不同功率匹配的海洋核动力平台方案[６]ꎮ二㊀小型反应堆的应用前景随着世界各国经济的不断发展ꎬ对电力的需求在不断增加ꎬ越来越多的国家计划发展核电[６￣７]ꎬ而小型反应堆不仅具有核能发电㊁城市采暖供热㊁工业工艺供热/供电㊁海水淡化等多种功能ꎬ还可以与其它新能源组成联合能源系统ꎮ许多海岛国家和海岸线长的国家都明确表示对海上小堆型核电站的急切需求ꎬ这些国家将是核电技术和装备的主要目标市场ꎬ这也为我国核电行业进入海外市场提供了良好的机遇ꎮ(一)小型反应堆的优势小型堆以其安全性能高㊁运行灵活㊁适应性强㊁用途广等诸多优势ꎬ在未来具有较为广阔的发展空间[８ꎬ１０￣１２]ꎮ与传统的大功率反应堆相比ꎬＳＭＲ的选址也更为灵活ꎮ大型核电站至少需要３００英亩的土地ꎬ而ＳＭＲ仅需要４０英亩ꎬ海上核电站还可以建设在海上移动平台上ꎮ传统核电站的投建成本约１００~１５０亿美元ꎬ而修建两个ＳＭＲ机组核电厂的耗资仅１０~２０亿美元ꎮ成本是决定产业命运的关键因素ꎬ这样的成本规模显然极具吸引力ꎬ更为重要的是ＳＭＲ有望在未来９~１０年内实现商业化批量生产ꎮ(二)小型反应堆是未来核电的现实选择小型反应堆不仅建造周期短㊁成本低ꎬ而且可以通过相应的交通工具运输ꎬ能够为偏远地区或海岛提供现实的㊁经济可行的能源保障ꎮ小型反应堆还可以作为应对各种紧急情况的备用电源ꎬ为遭受自然灾害袭击的地区提供电源ꎬ从而提升对突发性灾害的应急处理能力ꎮ在这方面ꎬ美国和俄罗斯等国家已经走在世界前列ꎮ美国政府已经着手部署规模小㊁建设方便的微型核反应堆发展规划ꎮ俄罗斯用于破冰船上的ＫＬＴ￣４０Ｓ小型反应堆有望在近期投入运行ꎮ此外ꎬ由于大型核反应堆的一次性投资成本很高ꎬ许多发展中国家难以承担和解决核电站建设的一次性融资问题ꎬ而小型堆机组规模小㊁初期投入成本低ꎬ它既可以单个机组建造ꎬ也可以通过选择多个这样的系列化小型堆模块ꎬ分阶段㊁分批次的资金投入和滚动式发展的核电建设方式ꎬ来逐步增加核电站发电容量ꎬ最终建成一座大型核电站ꎮ与大型核电机组不同的是ꎬ其规模经济性是通过增加模块数量来实现的ꎮ因此ꎬ备受这些国家的关注ꎮ(三)海上小堆核电站市场巨大长期以来ꎬ由于住人岛屿远离大陆ꎬ电力供给和淡水供应一直是个难题ꎮ许多岛屿居民的电力和淡水供应得不到保障ꎬ难以满足经济发展的需要ꎮ近海石油㊁天然气开发ꎬ同样也面临着钻井平台电力保障供应和淡水供给的现实问题[８]ꎮ随着海洋资源开发平台规模扩大㊁数量增多ꎬ对动力能源需求更加１１第４期刘㊀冲ꎬ黄㊀勇:先进小型核反应堆发展前景及其所面临的问题迫切ꎮ海上小堆技术的应用则是解决远海能源供给的重要途径ꎬ更加有助于提升一个国家的海上资源开发能力ꎮ因此ꎬ所有这些因素也是促成加速建造海上核电站的动因ꎬ 即插即用 型的小型模块化反应堆更受关注ꎬ应用前景广阔ꎬ海上核电站时代已经来临ꎮ在国外ꎬ按照规划ꎬ俄罗斯还将建设一批浮动式核电站ꎬ为大型工业项目㊁港口城市㊁海上油气钻探平台提供能源ꎮ包括印尼㊁马来西亚㊁阿尔及利亚和阿根廷在内的近２０个国家都对此表示了浓厚的兴趣ꎬ亚洲被认为可能是海上核电站的最大市场ꎮ在国内ꎬ我国海域辽阔ꎬ西沙群岛㊁南沙群岛等远离大陆数百甚至上千公里ꎬ海上核电站将在我国海洋开发与建设中发挥重要作用ꎮ仅就海上石油钻采方面的需求而言ꎬ未来市场规模将超过１０００亿元ꎬ仅渤海湾每年就将形成５００亿元的核动力装备制造产值ꎬ同时带动相关配套产业的发展ꎬ可满足渤海海洋开发的市场需求ꎬ经济效益显著ꎮ此外ꎬ中国拟计划未来几年在南海各岛礁建造２０座海上核动力浮动平台ꎬ按照每座造价２０~３０亿元造价ꎬ总造价大约为４００~６００亿元ꎮ海洋核动力平台的建造将支撑起我国对南海地区的实际控制㊁开发能力ꎬ完善南海地区的电力和能源系统ꎬ从而拉动南海地区的商业开发和我国相关产业的快速发展[１３]ꎮ三㊀小型反应堆推广应用所面临的问题小型反应堆凭借着其自身的优势ꎬ得到了世界各国尤其是发展中国家的关注ꎮ因为应用范围㊁运营监管方式等不同于大型商业压水堆的特点ꎬ小型模块化反应堆将带来核能系统的全面革新ꎬ发展小堆被业内认为是再造一个新的核工业ꎮ中国核电产业要想走出国门ꎬ在海外开拓小型反应堆国际市场并取得长足发展ꎬ除了要面临来自激烈的国际竞争压力和不确定性政治风险外部因素影响外ꎬ小型反应堆技术问题㊁安全性与经济性问题等ꎬ也是我国核电行业必须面对的现实问题ꎮ(一)小堆技术问题虽然我国在小型模块化反应堆的设计㊁研发和建造上取得了一定的成果ꎬ但是ꎬ反应堆小型模块化不只是尺寸上的简单缩小ꎬ更是反应堆技术的系统性变革ꎮ尤其是海上核电站建造的环境大多是近海或远海ꎬ由于其特殊的运行环境和作业环境ꎬ现有的技术并不能直接应用并制造出经济性良好和性能安全可靠的民用海上核动力平台ꎬ其设计和装备制造仍具有很高的竞争门槛ꎬ同时还要兼顾技术上的自主性和成熟性㊁装备设施性能的先进性等ꎬ才能在目标市场上具有较强的竞争优势ꎮ与核电强国相比ꎬ我国在小型反应堆特别是海上小堆技术方面的研究起步较晚ꎬ到目前为此ꎬ我国还没有成型的商业化小堆技术方案完成建造ꎬ小型反应堆技术的成熟性和前景如何仍有待具体示范工程项目的验证ꎮ(二)小堆安全性问题在安全方面ꎬ世界各国在核电建设时都无一例外地始终坚持质量第一㊁安全第一的原则ꎮ在基于小堆技术的新型核电站的设计㊁建造和运行中ꎬ都要采用纵深防御机制和非能动安全技术ꎬ从设备上和措施上提供多层次的重叠保护ꎬ确保反应堆的反应性得到有效的控制㊁燃料组件得到充分冷却㊁放射性物质能有效屏蔽和任何情况下都不发生泄漏ꎮ由于小型反应堆电站的初期投资规模小㊁选址要求低㊁建设比较灵活ꎬ小型反应堆甚至可以应用于电负荷较高㊁人群较密的城区ꎮ因此ꎬ建造地域分布将会更加分散ꎬ特别是海上核电站所依赖的平台环境大多远离大陆ꎬ在运行过程中必将都会受到包括自然环境㊁意外事件㊁安全监管与安防条件等各种特殊外部因素影响ꎬ在现有的技术条件和运营管理经验下ꎬ促进小型反应堆核电产业发展ꎬ如何解决小型堆的安全性问题也是我国核电行业必须面临的新挑战ꎮ(三)小堆经济性问题包括海上小堆在内的小型反应堆ꎬ虽然具有很多优势ꎬ但也存在发展劣势ꎬ主要表现在:(１)建造成本问题ꎮ因为小型反应堆的单位功率的系统设备费㊁燃料费㊁操纵员培训费㊁人员管理费㊁审评费及后处理费等等都可能增加ꎬ这就意味着反应堆的单位千瓦材料成本有可能随着尺寸的减小而增加[５ꎬ１４]ꎮ(２)建造周期问题ꎮ采用模块化设计㊁设备系统模块化工厂预制和现场模块化组装建设的小型堆ꎬ单堆的优势并不突出ꎮ比如小堆群项目ꎬ由于某些原因导致后续小堆项目不能按原计划进行ꎬ其规模经济性和整体的建设周期可能就不再具有优势ꎮ(３)审批方面的问题ꎮ由于目前各国的法律法规㊁核电项目审评程序等主要是针对大型核电站的ꎬ发展小堆就必须为其设施制造制定出新的审批和检查程序ꎬ这些都将延长工程的建设周期ꎬ从而影响经济效益ꎮ(４)退役问题ꎮ小堆的乏燃料处理更复杂ꎬ场址分布更加分散ꎬ使得小堆退役过程也更为复杂ꎬ需要投入更多的资金来建造专门的核设施退役和乏燃料处理工厂ꎮ２１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀南华大学学报(社会科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年因此ꎬ在小型堆开发与应用中ꎬ安全可靠性㊁完全自主知识产权的核心技术㊁完善的法律法规和标准体系㊁完整的装备制造产业链及其经济性等ꎬ都是关系到小堆技术能否进入国际市场的重要因素ꎮ四㊀小型堆研发与应用市场拓展的策略与措施纵观全球ꎬ新兴经济体国家因经济发展㊁电力短缺以及环境因素等问题急需清洁能源支持ꎬ未来核电发展及全球核电市场开始由发达国家向新兴经济体国家转移ꎮ目前ꎬ中国核电 走出去 的目标市场集中定位在 一带一路 沿线国家ꎬ小堆型核电的优势在这些国家的核电发展中尤为明显ꎬ因此ꎬ针对我国小堆核电技术 走出去 面临的现实状况提出以下建议ꎮ(一)加强顶层设计ꎬ形成国家战略核电作为高技术与资金密集型相结合的产业ꎬ加上核电行业涉及到国家安全㊁核技术与核扩散等一系列敏感问题ꎬ国家之间的核电合作基本上都是外交行为与商业行为ꎬ由国家层面主导和推动ꎮ国家相关部门在做 一带一路 ㊁互联互通等市场布局时ꎬ要专门研究沿线国家小型堆核电市场的布局㊁供给和竞争形势ꎬ明晰哪些国家有发展小型反应堆核电站的需求和潜在市场规模ꎮ(二)深化体制改革ꎬ规范经营秩序小型反应堆的大规模高速发展将对我国核电体制提出更高的要求ꎬ进一步深化核电体制改革成为现阶段急需解决的问题ꎮ政府应统筹规划和完善核电 走出去 战略ꎬ建立一个强有力的调节机制ꎬ由高层领导直接牵头ꎬ多部门共同参与ꎬ通过深化核电体制改革ꎬ建立科学㊁开放㊁公平的核电市场准入原则ꎬ规范企业经营秩序ꎬ整合我国小型堆研发的各方力量ꎬ核电企业抱团出海ꎬ才能真正发挥 国家队 的优势ꎮ(三)加快技术研发ꎬ创新合作模式要使中国核电真正走出去ꎬ打开 丝路 沿线国家小型堆核电市场ꎬ必须要加速小堆技术的全面研发ꎮ同时ꎬ要打破核电研究机构和企业各自为政的局面ꎬ研究机构与核电企业之间㊁核电企业内部都应开展各种形式的合作ꎬ在国内外小堆建设和运营中实现互利共赢ꎮ只有拥有自主知识产权的小堆反应堆核心技术和建立有效的合作机制ꎬ才能在核电强国觊觎的 丝路 沿线国家的小型堆核电市场和激烈的国际核电市场中立于不败之地ꎮ(四)加强风险评估ꎬ完善法律体系中国核电 走出去 必须充分考虑目标市场潜在的政治环境与安全风险ꎬ对这些风险做出充分评估和准确判断ꎬ采取有效应对措施和策略ꎬ制定出最优的投资模式ꎬ化风险为机遇ꎮ政府要主导进行权威性评估ꎬ建立政治风险防控信息平台ꎬ及时向国内企业发布相关地区的政治风险信息ꎬ有效规避所在地区存在的重大政治风险与战乱隐患ꎮ同时ꎬ建立相应的风险预警与特殊情况处置机制ꎬ帮助对外投资企业消除政治方面的系统性风险ꎮ还要发挥行业协会㊁商会㊁ＮＧＯ(非政府组织)等非官方平台的沟通作用ꎬ为企业 走出去 及在东道国落地生根创造良好的社会环境ꎮ目前ꎬ我国涉核法律体系建设还远远落后于核电发展步伐ꎬ无法适应我国核电产业 走出去 的要求ꎬ应该尽快完善我国涉核法律建设ꎮ首先ꎬ要完善国内涉核法律体系建设ꎬ形成较为完善的核能法律法规体系ꎮ可以通过借鉴西方国家核安全立法先进经验ꎬ制定适合中国国情的法律ꎬ同时完善相应部门的规章制度[１５￣１６]ꎮ其次ꎬ要加快统一我国核电标准技术路线ꎬ尽快形成完整的核电标准体系ꎮ只有这样ꎬ才能提升我国在涉核国际规则制定中的话语权ꎬ从而使我国在国际涉核事务上占据主动权ꎬ为我国核电进军海外核电市场提供法律保障ꎮ五㊀结㊀语先进小型反应堆设计方案普遍采用了模块化㊁一体化设计和非能动安全系统ꎬ有效地提高了反应堆的安全性和经济性ꎮ目前ꎬ随着国际核电市场稳步复苏㊁核电技术不断改进和建设成本逐步下降ꎬ许多核电国家纷纷调整了核能发展战略ꎬ将小型反应堆作为未来核电发展的重点ꎬ目的是扩大核能在多种领域的应用ꎬ并提高在国际核能市场的竞争优势ꎮ我国应加快完善小型反应堆的安全法律法规㊁规范标准和健全管理体系的步伐ꎬ推行小型反应堆运营管理专业化模式ꎬ致力于发展小堆自主核心技术ꎬ加快推进性能更先进㊁安全系数更高的先进小型核反应堆的研发进程ꎬ积极参与小型堆核电的国际市场竞争ꎮ[参考文献][１]㊀ＩＡＥＡ.ＳｔａｔｕｓｏｆＳｍａｌｌａｎｄＭｅｄｉｕｍＳｉｚｅｄＲｅａｃｔｏｒＤｅｓｉｇｎｓ[Ｒ].Ｖｉｅｎｎａ:ＩＡＥＡꎬ２０１２.[２]㊀刘志铭ꎬ丁亮波.世界小型核电反应堆现状众发展概况[Ｊ].国际电力ꎬ２００５ꎬ９(６):２７￣３１.[３]㊀陈培培ꎬ周赟.世界先进小型压水堆发展状况[Ｊ].核动力工程ꎬ２０１２ꎬ３３(５):１３６￣１３９.[４]㊀张国旭ꎬ解衡ꎬ谢菲.小型模块式压水堆设计综述[Ｊ].３１第４期刘㊀冲ꎬ黄㊀勇:先进小型核反应堆发展前景及其所面临的问题原子能科学技术ꎬ２０１５ꎬ４９(增刊１):４０￣４７.[５]㊀郭志峰ꎬ王海丹.中小型核电反应堆的市场前景[Ｊ].国外核新闻ꎬ２０１１(５):１８￣１９.[６]㊀熊厚华ꎬ杜继富ꎬ曾正魁ꎬ等.模块式小型反应堆研发现状及前景分析[Ｊ].价值工程ꎬ２０１５(２):３０￣３１. [７]㊀陈传涓ꎬ李家杰ꎬ杨泽华ꎬ等.小型反应堆技术及我国应用前景[Ｃ]//.宁波:先进核电站技术研讨会ꎬ２０１３(９):５￣１２.[８]㊀ＩＡＥＡ.ＡｄｖａｎｃｅｉｎＳＭＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ[Ｒ].Ｖｉ￣ｅｎｎａ:ＩＡＥＡꎬ２０１４.[９]㊀林一平ꎬ陈玲玲.建造浮动式核电站群势在必行[Ｊ].交通与运输ꎬ２０１７(１):５３￣５５.[１０]㊀周蓝宇ꎬ齐实ꎬ周涛.小型模块化反应堆发展趋势及前景[Ｊ].科技创新与应用ꎬ２０１７(２１):１９５￣１９６. [１１]㊀李佳佳ꎬ刘峰ꎬ赵芳.国外海上浮动核电站的产业发展现状[Ｊ].船舶工程ꎬ２０１７ꎬ３９(４):７￣１１.[１２]㊀陈培培ꎬ周赟.我国发展先进小型轻水反应堆的一些思考[Ｊ].中国核电ꎬ２０１２ꎬ５(１):１３６￣１３９.[１３]㊀陈文军ꎬ姜胜耀.中国发展小型堆核能系统的可行性研究[Ｊ].核动力工程ꎬ２０１３ꎬ３４(２):１５３￣１５６.[１４]㊀张宇.我国小型堆项目开发前景分析和探讨[Ｊ].能源工程ꎬ２０１２(６):１４￣１７.[１５]㊀胡帮达.我国核安全法规体系的问题及其完善[Ｊ].世界环境ꎬ２０１７(２):１６￣１７.[１６]㊀刘峰ꎬ李佳佳ꎬ刘丽红ꎬ等.国外海上浮动核电站政策和标准规范[Ｊ].船舶工程ꎬ２０１７ꎬ３９(４):１２￣１５.ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｓｐｅｃｔａｎｄＰｒｏｂｌｅｍｓｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＳｍａｌｌＮｕｃｌｅａｒＲｅａｃｔｏｒＬＩＵＣｈｏｎｇꎬＨＵＡＮＧＹｏｎｇ(ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａꎬＨｅｎｇｙａｎｇ４２１００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｓａｆｅｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙｅｎａｂｌｅｓｓｍａｌｌｍｏｄｕｌａｒｒｅａｃｔｏｒｓ(ＳＭＲｓ)ꎬｗｈｉｃｈａｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｔａｎｄａｒｄ￣ｉｚｅｄａｎｄｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｓꎬｔｏｅｘｐａｎｄｎｕｃｌｅａｒｅｎｅｒｇｙｍａｒｋｅｔｓｉｎｅｍｅｒｇｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｕｎｔｒｉｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｃｏｕｎｔｒｉｅｓꎬａｎｄｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆＣｈｉｎａ'ｓｅｘｐｏｒｔｏｆｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＳＭＲｓꎬａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｎｄｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅｒｅ￣ｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＭＲｓｉｎＣｈｉｎａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｎｕｃｌｅａｒｅｎｅｒｇｙꎻ㊀ＳＭＲｓꎻ㊀ａｄｖａｎｃｅｄｒｅａｃｔｏｒｓꎻ㊀ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ４１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀南华大学学报(社会科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年。

小型核电反应堆的现状及未来发展1 核电反应堆堆型现状核能发电始于20世纪50年代，出于追求核电运行规模经济性的需要，核电机组的设计趋向于大型化，在70年代，核电机组的平均容量达到大约1000 MWe，发电用核反应堆的容量从60 MWe发展到超过1300 MWe。

目前，美国拥有104台现役核电反应堆，总容量约99210 MWe，平均每台容量为953 MWe；法国共有59台运行反应堆机组，总容量63363 MWe，平均每台容量为1074 MWe；日本拥有54台核电机组，总容量约为45468 MWe，平均每台容量为842 MWe。

这些国家拥有庞大而相对完善的电网，能承受单次1000 MWe或1300 MWe负荷的变化。

第3代核电站采用的堆型除了AP600以外也是大型机组，如1300 MW级的System 80+和ABWR，1000 MW级的AP1000 和VVER-1000，1500 MW级的EPR等。

近年来，韩国、中国等国家的核电得到了很大发展，这些国家引进或自主开发、建设的核电站基本上也是大型机组。

21世纪80～90年代，工业化国家的发电容量日趋饱和，电网开始出现容量过剩的问题，电网对大容量机组的并入显得越来越不适应，电力公司也不允许一台大型机组长时间地做低功率调峰运行， 因为这样会给经济性带来严重影响。

因此，近年来人们对中、小型反应堆(SMR)又产生了兴趣，希望这些中小型反应堆能更好地适应工业国家的电力负荷需求，以及满足那些电网不能承受大容量机组并入的发展中国家的电力需求。

1.1 小型核电反应堆的状况国际原子能机构(IAEA)将“小型”机组定义为300MWe以下的机组，而电功率在300MWe以上、600MWe以下的为中型反应堆机组。

中、小型反应堆所涉及的技术是多样化的，反应堆类型有：轻水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆，而当前最主要的2种技术均利用高温氦气直接驱动涡(气)轮机。

目前开发程度较为先进的中、小型反应堆有如下一些：美国国会现在正在筹集资金研究小型模块式核电厂和先进气冷堆设计(也是模块化，10个或更多模块机组逐步建成一个大电厂)。

核电小型堆技术特征及厂址适应性分析作者：郑勇来源：《中国科技纵横》2017年第20期摘要：近年来，核电小型反应堆凭借固有安全性高、建造周期短、布置灵活等优势得到了世界各国的重视，美国、日本、俄罗斯等都相继研发出了不同类型的模块式小型堆，中国也正在山东某地建设2台10万千瓦的高温气冷堆师范工程。

本文重点介绍了目前国内外几种典型的小堆技术，并从核电小型堆的技术特征出发，对核电小型堆厂址的适应性做了简要的分析，对核电小型堆的选址工作有具一定的参考价值。

关键词：核电工程；小型堆技术；厂址适应性中图分类号：TM623.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0137-021 核电小型堆概述国际原子能机构（IAEA）将电功率在300MW以下的反应堆定义为小型堆，核电小型堆一般采用模块式的设计和建造理念及非能动的安全技术，通过模块式组合实现较大的规模容量。

它可实现比三代压水堆更高的安全性、更短的建造周期和应用的灵活性，是一种可应用于不同需求和条件的新型核能系统。

小型反应堆单堆热功率小，正常运行热储能小，停堆后的衰变热少，最有利于提高反应堆的固有安全和通过非能动安全设施的应用实现高度的安全性，能很好地满足中小型电网、分布式电网、电网末端或边远地区供电、城市或工业供热及海水淡化、混合能源等特殊领域应用的需求。

2 核电小型堆现状及发展趋势美国、俄罗斯、法国、日本、韩国、印度、阿根廷等国都在积极开展先进小型堆的研发和商业化努力。

美国从事小型压水堆技术开发主要有4家机构：GenerationmPower公司、西屋公司、NuScalePower公司和Holtec公司，分别提出了不同的模块式小型堆设计，并开始实施研发计划，如：GMP公司设计的是单模块电功率180MWe的mPower；Nuscale公司设计的是单模块电功率45MWe的Nuscale；西屋电气公司设计的是单模块电功率225MWe的SMR；通用电器/日立公司设计的是单模块电功率311MWe的PRISM。

微型核反应堆原理
微型核反应堆，又称微型核电站或微型反应堆，是一种小型的核反应堆，它可以产生相对较小的电量，但其重要性在于它的灵活性和移动性。

微型核反应堆广泛应用于卫星，航空器，军用机器，无人机等领域。

微型核反应堆的原理是基于核裂变或核聚变的原理，在这个反应过程中，核被分解成更小的粒子。

随着核被分解，一定量的能量被释放并转化为热能。

这种热能可以用来加热流体，产生高压力蒸汽，然后用来推动涡轮发电机从而产生电。

微型核反应堆相比于传统的核反应堆具有很多优势，最重要的就是其移动性。

微型核反应堆的大小相对较小，可以随意搬运，既可以安装在船只上，也可以用于远程设施供电。

由于其小巧的体积和重量，微型核反应堆还可以作为一种应急备用能源，比如在自然灾害、战争或其它紧急情况下，它可以为民众提供电力。

与传统的核反应堆不同，微型核反应堆通常会使用低浓度的燃料，比如铀-235。

这种燃料在微型核反应堆中的燃烧率要高于传统的核反应堆，因此其使用寿命相对较长，可以维持几年甚至十几年的时间。

此外，在使用微型核反应堆时，也存在一些缺点。

首先，由于其较小
的体积，微型核反应堆产生的电量较少，无法满足大型工厂或城市的
电力需求。

其次，由于核反应产生的热能较高，需要特殊的冷却系统，以免发生危险。

最后，微型核反应堆的设计和建造都需要高水平的技
术和资源，其研发成本也相对较高。

总的来说，微型核反应堆作为一种新型的能源解决方案，具有广阔的
应用前景。

虽然目前存在一些技术和经济上的限制，但是随着技术的
发展和经济的发展，其应用可能会有更大的发展空间。

微型反应堆技术的现状与展望在当今时代，能源需求量与人口不断增长，我们需要一种更可靠、更经济高效且环境友好的能源形式来满足需求。

微型反应堆技术应运而生，其特点是小型、安全且具有长期的可持续性能源。

本文将探讨微型反应堆技术的现状与展望。

一、微型反应堆技术的起源与发展历程微型反应堆技术源自研究核动力航空器，由于其具有小型、轻量化、密闭系统的特点，该技术成为航天领域的热门研究课题。

1963年，美国国家航空航天局启动了名为“ROMEO-细小反应堆”（Reactor for Missiles and Earth Orbits）的项目，该项目目的是将核反应堆缩小并适应于太空环境。

但该项目后来因安全性问题被放弃。

随着技术的不断进步，微型反应堆再次成为人们关注的焦点。

2004年，美国国家核安全局（NNSA）启动了名为“VP-100”的项目，旨在研制一种能够提供微型峡谷之间的电力供应的微型反应堆。

该项目在2020年底顺利完成。

同时，日本、俄罗斯等国家也在进行微型反应堆的研制。

二、微型反应堆技术的基本原理及其优缺点微型反应堆是一种小型核反应堆，可以用于供电、热能或其他用途。

它通常比普通反应堆小得多，一些可由一两个人搬运。

另外，微型反应堆还具有以下特点：1. 安全性好：微型反应堆重量轻、结构紧凑、辐射水平低，而且可以实现自主故障安全反应和自曝光反应控制。

2. 长期可持续：微型反应堆使用相对较少的燃料，可保持年数倍于传统反应堆。

3. 经济性高：与传统核电站相比，微型反应堆不仅成本更低，而且还可以在较短的时间内建成，大幅缩短了建设周期。

但是，微型反应堆同样存在一些缺点。

首先，它们仍然是核反应堆，存在辐射问题。

其次，虽然通常比传统反应堆小，但由于安全性问题，建造仍然耗费大量的资金和人力，并可能需要扩建冷却水系统。

三、微型反应堆技术的应用前景微型反应堆技术的应用前景广阔。

据估计，微型反应堆技术的市场将在2025年前达到数十亿美元的规模。

第四代核反应堆系统简介绪言第四代核反应堆系统（Gen IV）是当前正在被研究的一组理论上的核反应堆，其概念最先是在1999年6月召开的美国核学会年会上提出的。

美国、法国、日本、英国等核电发达国家在2000年组建了Gen-IV国际论坛（GIF），并完成制定Gen IV研发目标计划。

预期在2030年之前，这些设计方案一般不可能投入商业运行。

核工业界普遍认同将，目前世界上在运行中的反应堆为第二代或第三代反应堆系统，以区别已于不久前退役的第一代反应堆系统。

在八项技术指标上，第四代核能系统国际论坛已开始正式研究这些反应堆类型。

这项计划主要目标是改善核能安全，加强防止核扩散问题，减少核燃料浪费和自然资源的利用，并降低建造和运行这些核电站的成本。

并在2030年左右，向商业市场提供能够很好解决核能经济性、安全性、废物处理和防止核扩散问题的第四代核反应堆。

图1 从第一代到第四代核能系统的时间跨越第一代核反应堆产生于上个世纪70 年代前,其主要目的是生产用于军事目的的铀;第二代核反应堆出现于70 年代,是目前大部分核电站使用的堆型,其目的是降低对石油国家的能源供应依赖;第三代核反应堆是在1979 年美国长岛和1986 年乌克兰切尔诺贝利核电站事故后出现的,主要是增加了安全性,但它并不能很好地解决核废料问题;第四代核反应堆则可以同时很好地解决安全和废料问题。

对于第四代核能系统标准且可靠的经济评价，一个完整的核能模式显得十分重要。

对于采用新型核能系统的第四代核电站的经济评估，人们需要采用新的评价手段，因为它们的特性大大不同于目前的第二代和第三代核电站。

目前的经济模式不适合于比较不同的核技术或核电站，而是用于比较核能和化石能源。

第四代核反应堆的堆型最初，人们设想过多种反应堆类型。

但是经过筛选后，重点选定了几个技术上很有前途且最有可能符合Gen IV的初衷目标的反应堆。

它们为几个热中子核反应堆和三种快中子反应堆。

有关VHTR潜在的可供应高温工艺热以用于制氢的设想也正在研究中。

国家核安全局关于印发《小型压水堆核动力厂安全审
评原则（试行）》的通知
文章属性
•【制定机关】国家核安全局
•【公布日期】2016.01.04
•【文号】国核安发[2016]1号
•【施行日期】2016.01.04
•【效力等级】部门规范性文件
•【时效性】现行有效
•【主题分类】环境影响评价
正文
关于印发《小型压水堆核动力厂安全审评原则（试行）》的
通知
国核安发[2016]1号各有关单位：
为在确保安全基础上，规范我国小型压水堆核动力厂安全发展，指导小型压水堆核动力厂的安全审评工作，我局组织编制了《小型压水堆核动力厂安全审评原则》（试行）。

该审评原则在编制过程中广泛征求了各方意见，并通过核安全与环境专家委员会审议。

现印发给你们，请遵照执行。

各单位在小型压水堆核动力厂设计过程中，应针对小型压水堆核动力厂的技术特点，对事故分析方法、事故放射性源项和释放机理、运行管理、应急策略等方面进一步研究。

在审评原则使用过程中发现问题及时向我局反馈。

附件：小型压水堆核动力厂安全审评原则（试行）
国家核安全局
2016年1月4日。

ACP100多用途模块化小型反应堆情况介绍一、应用领域我国内陆广大地区、边远地区，受地理位置、地质、气象冷却水源、运输、电网容量和融资能力等条件限制，大型机组的应用收到很大限制，小型模块化堆（SMR）可以满足这些地区对能源得需求。

目前SMR的设计中电力生产仍为其主要功能，但同时各种设计中都为将来的非电力应用保留了非电力生产的应用模块。

使得在不久的将来，SMR在中小型电网和特殊领域供电、城市供热和工业供汽、海水淡化、海洋开发、船舶动力等方面具有广阔的应用前景。

SMR单机组的前期投资明显低于大型反应堆，并且具有较大的扩容灵活性。

通过并行建造可获得模块化制造所带来的成本节省，降低了财务风险，" 以堆养堆" 的模式使得融资也更加容易，从而潜在地增加了核能对投资者的吸引力。

通过联合生产模式，SMR能提供各种非电力产品，如热、淡化水、生产用蒸汽以及先进的能源载体，大大延伸了核能的应用范围。

从SMR的特点来看，SMR可以应用于以下方面:（1）SMR可以替代现有即将退役的250 ～700 MWth 燃煤电厂和化石燃料热电联产电厂。

这些厂址通常存在譬如电网的有限自由容量、热备用限制或电厂冷却塔供水等限制，难以建造大型核电机组，使用SMR来替代这类电厂更容易有效利用目前已有的基础设施。

同时用SMR电厂替代燃煤电厂、化石燃料热电联产电厂后，不仅使得宝贵的化石燃料( 石油、天然气、煤炭等) 用于生产附加值更高的产品，还能为环境改善作出重大贡献。

（2) 不需要大功率发电量的偏远或孤立地区。

SMR 可以很好地匹配当地电网能力，同时其模块化系列建造特点还可以有效满足经济发展、能源增长的需求。

SMR 也可以应用于中小型电网供电、工业园区分布式供电等。

（3）城市集中供暖、工业供汽。

用SMR 代替燃煤电厂或小锅炉来实现区域供暖，缓解污染问题。

使用SMR 来生产高温热、汽、过热蒸汽等，提供工厂、精炼厂、海水淡化厂、氢气生产设施以及焦油砂回收沥青设施等的工业用热。

Nuclear Science and Technology 核科学与技术, 2020, 8(3), 91-102Published Online July 2020 in Hans. /journal/nsthttps:///10.12677/nst.2020.83011A Review of the Small Modular ReactorJiange Liu, Gang Chen, Jue Wang, Chen Hu, Jia Liu, Xiaohui Zhang2nd Ship Design and Research Institute, Wuhan HubeiReceived: May 25th, 2020; accepted: Jun. 21st, 2020; published: Jun. 28th, 2020AbstractThis paper introduces the meaning, development history and function of small modular reactors (SMRs), and the opportunities and challenges to realize commercial deployment. The technical cha-racteristics, application, operation reliability and economy of SMRs with different types of coo-lants are studied. The method to realize the basic safety functions of SMRs is analyzed. Finally, the research status and future development trend of SMR in the world are summarized.KeywordsSmall Modular Reactor, Coolant, Reactor小型模块化反应堆综述刘建阁，陈刚，王珏，胡晨，刘佳，张晓辉第二船舶设计研究所，武汉湖北收稿日期：2020年5月25日；录用日期：2020年6月21日；发布日期：2020年6月28日摘要本文介绍了小型模块化反应堆(SMRs)的含义、发展历史演变和作用、实现商业部署的机遇和挑战。

我国小型堆发展概况及需要解决的问题考试须知本试卷总分100分，及格分 60分。

考试限时120分钟，到时将自动交卷，学员不限考试次数，系统将取历次考试中的最高分作为最终成绩。

本试卷总题量50道，（判断：20题、单选：20题、多选：10题）试卷类型：固定试卷一、判断题（每题 2 分，共 20 题，总分 40 分）1、熔盐堆的中子能谱是快中子。

•A、对B、错错误正确答案B2、俄罗斯已经建造的10艘核动力破冰船中，5艘已退役，4艘在役，1艘正在试航。

•A、对B、错错误正确答案A3、美国在非轻水先进堆方面，钠冷快堆和高温气冷堆技术成熟度较高，但是目前还处于研发阶段，还没有提交NRC进行设计认证的堆型。

•A、对B、错正确A4、模块化设计可以大大缩短现场施工时间，压缩小型堆项目建设时间，从而降低了小堆的建造成本。

•A、对B、错正确A5、小型堆与大型核电厂相比由于功率小无任何经济性可言。

•A、对B、错正确B6、美国始终注重战略研究与科技创新工作，认为小型堆是核电未来最具前景的领域之一。

•A、对B、错正确A7、发展核电是解决当前及未来能源安全问题和环境污染问题的必然选择。

•A、对B、错正确A8、发展核电是推进“一带一路”和核电“走出去”战略实施的明智抉择•A、对B、错正确A9、多用途小堆通过非能动安全设计实现固有安全特性，即使反应堆发生事故，厂址周围环境也不会受到污染，不需要周围居民紧急撤离，有望取消厂外应急。

•A、对B、错正确A10、核能城市区域供热对单堆容量的需求较小，而对安全性和厂址条件提出了更高的要求，靠近热用户，距人口密集区较近，必须采取安全措施来保证安全供热。

•A、对B、错错误正确答案A11、秦山一期核电站的功率只有300MWe，所以它属于第一代核电厂。

•A、对B、错正确B12、我国发电量的主体来自火电和水电。

•A、对B、错正确A13、日本的美浜1号核电站属于第一代核电厂。

•A、对B、错错误正确答案A14、超临界水堆的中子能谱只有热中子没有快中子。

2024 年 3月第 61 卷 第 2 期Mar. 2024Vol. 61 No. 2四川大学学报（自然科学版）Journal of Sichuan University （Natural Science Edition ）小型模块化反应堆控制方法综述张薇薇1， 何正熙2， 万雪松1， 刘方圆3， 邓科1， 肖凯2， 罗懋康1（1.四川大学数学学院，成都 610064； 2.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213； 3.中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室， 成都 610213）摘要: 小型模块化核反应堆具有建造周期短、安全性高、运维成本低、适应性强、应用领域广等显著优势，广受世界各国关注，也是我国的战略性需求.发展具有自适应、强鲁棒、高可控和高可信特性的新型控制方法，有效降低甚至消除对控制人员值守的依赖，是小型模块化核反应堆的一个重要发展趋势.智能化、自动化的反应堆控制系统通过高效的控制动作来实时跟踪负荷需求，进而有效提高反应堆的稳定性、可靠性和安全性.本文对小型模块化核反应堆控制方法的研究现状进行了综述.本文首先回顾了基于经典控制理论的传统PID 控制方法的原理及其优缺点，然后总结了当前应用于反应堆控制系统的一些高精度、高效率智能控制方法，如模糊控制、神经网络控制、智能优化控制、复合控制方法等的主要特点.最后，针对当前小型模块化反应堆控制系统的应用需求和技术难点，本文对智能控制方法的可能发展方向进行了展望.关键词: 小型模块化反应堆； 反应堆控制； PID 控制； 智能控制； 复合控制中图分类号: O29 文献标志码: A DOI : 10.19907/j.0490-6756.2024.020001A review on the control methods in small modular reactorsZHANG Wei -Wei 1， HE Zheng -Xi 2， WAN Xue -Song 1， LIU Fang -Yuan 3，DENG Ke 1， XIAO Kai 2， LUO Mao -Kang 1（1.School of Mathematics ， Sichuan University ， Chengdu 610064， China ； 2.Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory ， Nuclear Power Institute of China ， Chengdu 610213， China ；3.Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory ， Nuclear Power Institute of China ，Chengdu 610213， China ）收稿日期:2023-10-26基金项目: 基于机器学习的复杂系统模型机理数据融合技术研究(SCU ＆DRSI -LHCX -6)作者简介: 张薇薇（1995—）， 女， 河南开封人， 博士研究生， 主要研究方向为人工智能.E -mail: lfyzwscu@ 通讯作者: 何正熙.E -mail: hezhengxi0002@特 约 综 述何正熙，男，中共党员，研究员级高级工程师，长期从事核电站仪表与控制系统相关研究设计工作，申请专利百余件，公开发表论文30余篇，负责制定IEC 国际标准1项、国家标准1项、能源行业标准2项，获省部级二等奖3项、三等奖5项，荣获中核集团彭士禄核动力创新青年人才、中国核能行业协会青年优秀创新人物等荣誉称号.第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期Abstract: Due to the significant advantages such as short construction cycle， high safety performance， low operation and maintainence costs and strong adaptability， the small modular reactors （SMRs） have long been a focus of researchers around the world.Nowadays，it has also become a strategic need of our country.Re‑cently， it has been clear that one of the promising development directions of intelligent control systems of the SMRs lies in the unmanned control systems therein some advanced control methods are applied with high ro‑bustness and reliability.These control systems can track load demand in real-time through efficient control ac‑tions and thus effectively improve the stability， reliability and safety of SMRs.Meanwhile， these systems can also reduce or even eliminate the dependence on operators significantly.In this paper， the mainstream control methods applied in SMRs are briefly reviewed.Firstly，principles and characteristics of the traditional PID control method based on the classical cybernetics are surveyed.Then， some intelligent control methods with higher accuracy and efficiency implemented in the reactor control systems，such as the fuzzy logic inference method， the neural network control method， the compound control method and the composite control method are summarized.Finally， facing to the requirements and technical problems of control systems in the SMRs，some potential research directions of intelligent control methods are prospected.Keywords: Small modular reactor； Reactor control； PID control； Intelligent control； Compound control1　引言随着经济发展和生活水平的不断提高，全球的能源需求持续增长.当前在全球范围内，能源的主要来源依然是煤、石油、天然气等化石能源.这些能源不但污染大，而且在短时间内不可再生［1］，无法满足人类长期可持续的能源需求.因此，发展可再生、安全且清洁的能源技术是解决能源危机的必然选择［2］，核能正是其中一种高效清洁能源［3］.历史上，核反应堆经历了先军用后民用的发展历程.民用反应堆一般通过提升反应堆的功率来降低成本、提高市场竞争力，这就导致核电厂逐渐大型化.另一方面，受到实际功率需求和使用空间的限制，军用核反应堆的功率水平一般远小于民用反应堆，更偏向小型化.相对于大型核反应堆，小型化反应堆普遍采用模块化和一体化设计，并采用非能动安全系统［4-6］，以便有效提高反应堆的安全性和经济性.小型模块化反应堆（Small Modular Reactor，SMR）具有功率密度低、体积小、建造周期短、安全性能高、运行维护成本较低、选址成本低、适应性强、部署灵活性高［7］等显著优势，因而在世界各国得到广泛应用［8-11］.当前，我国对不受环境影响、长寿命且安全可靠的无人化SMR的需求十分迫切.在国家发展改革委、国家能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》［12， 13］中，明确提出我国将继续深入实施创新驱动发展战略，进一步完善核能领域科技研发体系，重点支持SMR的发展和研究.值得注意的是，美国、日本等国家从上世纪九十年代初［14］就已经对SMR及其应用开展了相当规模的研究，而我国在这方面的研究尚处于起步阶段.在确保安全的前提下，无人化SMR能够摆脱对操控人员的值守依赖，提升反应堆的控制效能，是小型模块化反应堆的重要发展趋势之一.SMR高可用性的关键是避免不必要的停堆和减少换料维修时间.这需要有一套具有足够容错性、鲁棒性的高可靠、自动化控制系统.这些控制系统的设计和运转各有其控制方法和策略，具有不同的效能和应用领域.传统的PID控制方法虽然操作简单灵活，静态特性好，且在工程中已有广泛应用［15］，但该方法仅适用于线性时不变系统的控制［16］.对于核反应堆等复杂非线性系统而言［5］，其本身具有较强的模型和参数不确定性，在运行过程中会受到大量外部干扰，因而传统PID控制方法无法很好地控制和处理这些强不确定因素.近年来，随着控制理论的发展［17］，国内外研究者为提高核反应堆控制系统的性能不断探索新的控制方法，逐渐发展出一些智能化的控制和优化方法，较好地解决反应堆控制系统中普遍存在的强耦合、多变量、长时延及非线性等关键控制问题.在此基础上，出现了一些复合控制方法，如神经网络PID控制、模糊神经网络控制等，进一步融第 2 期张薇薇，等： 小型模块化反应堆控制方法综述第 61 卷合了多种智能控制方法.应用这些智能化控制方法，反应堆可以通过更高效的控制动作来实时跟踪负荷需求，显著提高控制效率和安全性能.在本文中，我们系统总结了当前应用于反应堆控制系统中的一些传统和智能化控制方法，分析了经典PID 控制方法以及智能控制方法的机制、优缺点及研究现状.最后，基于应用需求和问题难点，我们展望了SMR 控制方法的发展趋势和研究方向.2　PID 控制方法PID 控制方法不依赖于控制对象的精确数学模型，而是通过控制变量偏差的变化幅度、累积效果和趋势及控制变量之间的简单相互影响关系等使得控制变量的输出逐渐趋近预期的控制效果.PID 控制方法具有原理清晰易懂、易于工业实现、鲁棒性好等优点.PID 控制方法在核反应堆控制系统中已有普遍应用.汪等［18］采用PID 控制方法实现对钍基熔盐堆核能功率的控制.在合适的PID 参数集下，该方法可以实现控制系统的快速响应、良好系统鲁棒性和抗干扰能力.雍等［19］基于压水堆核电厂蒸汽发生器水位模型分别设计了单PID 控制器、串级PID 控制器及双PID 控制器，并分析了每种控制方案的优缺点.多数反应堆控制系统方案基于经典控制论的单输入单输出闭环串级PID 控制方法，其原理如图1所示.该方法主要考虑系统的外部特性，是对系统的不完全外部描述，适用于单输入单输出、线性、定常、集中参数的对象［16］.PID 控制方法的原理简单［16， 20］，且在反应堆长期运行过程中积累了相当多的参数调节经验，因而当前在工程控制领域具有主导地位.但是，传统的PID 控制方法缺乏自调节能力.这就使得该方法在面对复杂控制对象时的响应速度、超调量等指标难以实现进一步优化，因而在非线性系统中难以获得理想的控制效果.此外，常规的PID 控制系统不能自动地适应反应堆运行环境的复杂变化，在面对复杂工况时仍需要反应堆运行维护人员频繁进行手动操作，持续监督系统重要参数的变化，因而对操作人员的专业能力和心理素质要求较为苛刻，可能影响核动力装置的经济效益和安全可靠性.3　智能控制方法核反应堆系统极其复杂，通常无法用数学模型较好地进行概括和近似，从中提取出理想的控制模型.在这种情况下，神经网络、模糊控制等非解析方法可能具有较为明显的优势.3.1　神经网络控制方法不同于经典PID 控制方法，神经网络控制方法不依赖于数学模型，而是从对象的输入输出数据中学习得到仿真模型，避开人为提取被控对象或设计控制器解析模型这一难题.该方法利用智能方法的预测和优化能力将控制系统的设计问题转化为优化问题.由于其具有自学习、非线性、并行计算和强鲁棒性等特点，在控制领域内得到了广泛应用.肖等［21］针对反应堆堆芯具有非线性、时变性等特点，且经典控制方法难以实现全工况内反应堆功率的良好控制的情况，提出了一种反应堆功率的神经网络预测控制方法.他们以国际革新安全反应堆（IRIS ）为研究对象进行了仿真验证，结果表明该方法可以实现堆芯入口温度扰动和变负荷工况下反应堆功率的良好控制.张等［22］采用核电站的真实监测数据，分别优化了基于时间序列的LSTM 和基于特征再提取的CNN 模型，发现基于上述模型可以有效预测核反应堆堆芯热功率分布.Lu 等［23］以KLT -40S 核反应堆堆芯和蒸汽发生器作为研究对象，建立了基于深度学习的核反应堆系统热工参数预测方法，实现了对核反应堆系统热工参数的快速预测.Xiao 等［24］提出了一种小型压水堆的神经网络预测功率控制方法，以解决目前反应堆控制中采用的预测控制算法模型普遍存在识别精度较低的问题.小型压水堆的堆芯在典型瞬态工况下的仿真结果表明，该方法具有良好的负荷跟踪性能和较强的抗干扰能力.袁等［25］设计了一种神经网络监督控制系统，用于船用一体化压水堆功率的控制， 其中的PID 控制器是反馈控制器，神经网络则是前馈控制器，其结构如图2所示.对压水堆功率控制的仿真结果表图1　单输入单输出PID 控制系统原理Fig.1　Block diagram of the single input and single outputPID control principle第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期明，与传统的PID 控制相比，神经网络监督控制具有较强的鲁棒性和自适应能力，能有效地提高控制精度.经过文献调研，我们认为目前将神经网络控制方法应用于小型反应堆控制系统中主要有3种思路：（1）利用神经网络的自适应、自学习功能优化控制系统的参数；（2）建立描述控制对象输入输出的映射关系（模型），即建立输入与输出之间的神经网络模型；（3）与其他方法相结合形成复合神经网络控制［26］，如与进化算法结合实现反应堆功率控制，与鲁棒控制技术结合实现对蒸汽发生器水位的控制等.这种复合控制方法可以将神经网络和其他智能算法的优势结合起来，有望取得较好控制效果.总之，神经网络不依赖数学模型但可以不断逼近模型的函数，其核心是修改激励命令与对象状态之间的映射来提高控制效果，并对网络连接权重进行优化.相对于传统的PID 控制方法，该方法具有诸多优点，如神经网络具有并行机制、模式识别、记忆和自学习能力的特点，能够学习与适应不确定系统的动态特性，能够充分逼近任意复杂的非线性系统，有很强的鲁棒性和容错性，等.但同时该方法也存在参数选择和优化过程复杂、训练时间长、可解释性差、对数据质量的要求较高等不足.3.2　模糊控制方法模糊控制方法的基本思想是把人的操作经验当作控制模型，把模糊语言、模糊集及模糊推理作为数学工具，将准确测量结果模糊化，再经过模糊推理后准确化，进而实现智能控制.基于被控系统的物理特性，模糊控制能够模拟人的思维方式和控制经验，提供一种基于自然语言描述规则的控制规律的新机制.一般而言，凡是无法或难以建立数学模型的问题都可以通过模糊控制方法来解决［27-30］.模糊控制可以忽略对象的输入输出数据，从获取对象的“知识”这一角度出发来认识被控对象，甚至直接从专家和操作人员的知识和经验中形成“model -free ”控制器.模糊推理是模糊控制方法的核心，具有基于模糊概念的拟人化推理能力.该推理过程基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行［31］，其控制单元的基本功能结构如图3所示.模糊控制方法在反应堆控制系统中也有应用.Li 和Ruan ［32］比较了模糊控制、PID 控制及自适应模糊控制等控制方法在反应堆控制方面的效果，发现模糊控制与PID 控制相比具有较好的灵活性、鲁棒性，而且先进模糊控制可以动态调整规则库，具有更强的鲁棒性.Kim 等［33］设计了一种用于稳定蒸汽发生器水位的智能模糊控制器，获得了良好的控制效果.Rojas -Ramírez 等［34］提出一种控制反应堆功率调节至设定值的自适应模糊控制系统，通过建立李雅普诺夫函数来保证系统的稳定性，实现反应堆在安全范围内快速调节到设定功率的目的，减少了运行过程中的功率波动.原和黄［35］针对核蒸汽供应复杂系统的控制问题，提出了一种基于T -S 模糊控制器的控制系统.仿真结果表明，该方法比传统的线性PI 控制器具有更好的控制效果.贾等［36］在多用途重水研究堆上研究了功率调节系统的模糊控制，设计了Mamdani 型二维模糊功率控制器.仿真结果显示，其反应堆功率调节系统在采用该模糊控制器后是稳定的，并且负荷跟随特性良好，其控制性能优于经典PID 控制器.综上，在小型反应堆控制系统的应用中，相比PID 控制方法，模糊控制方法无需被控对象的精准数学模型，具有强鲁棒性，且处理过程模仿人的思维，更适用于解决小型反应堆控制过程中非线性、强耦合、时变滞后等方面的问题，并在一定程度上图2　压水堆功率控制系统原理［26］Fig.2　Block diagram of the PWR power control systemprinciple［26］图3　模糊控制单元的基本功能结构Fig.3　Basic functional structure of a fuzzy control unit第 2 期张薇薇，等： 小型模块化反应堆控制方法综述第 61 卷抑制噪声.但是，由于信息的模糊处理容易导致系统的控制精度降低，并且该方法缺乏系统性，无法定义控制目标，因而该方法在小型反应堆的控制应用中需要与其他控制方法结合才能达到更好控制效果.3.3　专家系统控制方法1983年， Astrom ［37］首先将专家系统引入智能控制领域，并于1986年正式提出了专家控制的概念.专家系统可以处理定性、启发式的或不确定的知识信息，通过推理［38， 39］来实现任务目标.基于专家系统发展而来的专家控制方法具有许多领域专家的知识和经验，能够解决专门性问题.该控制方法改变了传统控制方法依赖数学模型的方式，实现了知识模型与数学模型、知识处理技术与控制技术的结合［40， 41］，有利于解决复杂非线性系统的控制难题.按照作用机理，我们可将专家控制系统的结构类型分为直接型专家控制和间接型专家控制两种［42］.直接型专家控制系统直接控制生产过程与被控对象，其原理如图4所示.该控制器的任务和功能相对简单，专家系统直接被包含在控制回路中，直接给出控制信号来控制被控过程.在每一个采样时刻，控制系统均需要专家系统根据知识库规则和测量过程信息推导给出控制信号，因而该类控制系统对推理速度的要求较高.间接型专家控制是常规PID 控制器、自适应控制和专家系统的结合，其控制原理如图5所示.该方法的作用方式是根据系统运行情况调整控制器参数，选择合适的控制方法［41］，以实现优化适应、协调、组织等高层决策的智能控制.间接型控制器可以实现优化、适应、协调、组织高层决策.目前，专家控制与其他控制方法的结合在反应堆控制中更为普遍.陈等［43］针对核电厂系统的故障特征建立了一个专家系统，通过引入Rough 集理论来解决专家系统中的知识获取问题.该方法可以准确诊断系统中的故障问题.彭和余［44］为解决识别核动力装置的故障问题，采用面向对象的模糊Petri 网知识表示方法对专家系统的知识库进行改进.这种改进的专家系统可以准确地识别系统故障.Liao 等［45］开发了一种反应堆冷态功能试验智能专家系统，改变了依靠人工读取、传输和处理数据的传统低信息化测试方法，该系统具有试验过程控制、实时数据采集与结果分析和数据存储等功能.综上，专家控制方法是在控制闭环中加入经验丰富的控制专家，控制系统作为工具可以自行选择各种方法，本质上是对“控制专家”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展，具有透明度高、灵活性强、知识信息处理系统强等优点.但该方法需要获得专家知识，因而建造通用专家开发工具，并且稳定性和可控性理论分析较难.4　智能优化方法近年来，随着优化理论的不断发展，除了前面提到的模糊控制、神经网络控制等方法之外，还有许多智能优化算法被用于解决反应堆控制系统中的参数优化问题.这些算法主要包括粒子群算法、遗传算法、禁忌搜索算法等.遗传算法（Genetic Algorithm ， GA ）是由密歇根大学的Holland 教授于1962年首次提出的，其基本思想是模拟生物进化中优胜劣汰、适者生存的法则，根据适应度函数衡量解的品质并通过复制、交叉等动作筛选个体，提高群体的适应度，进而迭代得到当前最优，最终得到全局最优［39， 46］.该算法适用于解决非线性、非凸、多峰等复杂函数的优化问题［47， 48］.应用遗传算法，Panda 和Padhy ［49］对核反应堆的电力系统稳定器和输电系统控制器进行了协调控制，给出了各扰动条件下电力系统的非线性仿图4　直接型专家控制系统原理Fig.4　Block diagram of the direct expert control systemprinciple图5　间接型专家控制系统原理Fig.5　Block diagram of the indirect expert control systemprinciple第 61 卷四川大学学报（自然科学版）第 2 期真结果，验证了该方法的有效性.刘等［50］设计了一种反应堆平均温度线性自抗扰控制器，采用遗传算法优化控制器参数，解决了自抗扰控制器参数不易整定的问题.仿真结果表明，该优化方法对控制器参数进行优化是有效的，且具有良好的鲁棒性.Wan和Zhao［51］采用带精英策略的非支配排序遗传算法，对AP1000反应堆轴向功率分步控制系统中冷却剂平均温度（Tavg）通道的超前/滞后时间常数和功率偏差通道的非线性增益进行了多目标优化，以阶跃瞬态时反应堆功率的超调量和Tavg超调量作为最小为优化目标.结果表明，优化后的反应堆功率和Tavg控制效果能够得到明显改善.粒子群优化算法（Partical Swarm Optimiza‑tion， PSO）是Eberhart和Kennedy受到鸟群觅食行为的启发于1995年提出的一种基于群体协作的随机搜索算法［52］.该算法通过个体之间的协同合作寻找适应度最小的最优解.同遗传算法相比，该算法需要调整的参数更少，更易实现.目前，粒子群算法已被广泛应用于反应堆控制系统中函数优化、神经网络训练、模糊系统控制等方面［53］.Wang等［54］采用惯性权重线性递减的粒子群优化算法对AP1000反应堆轴向功率分布控制系统进行了参数优化，优化过程以Tavg控制回路中的超前/滞后时间常数和磁滞回环区间域的上、下限为优化变量，以减小核功率偏差和M棒组的移动步数为目标构建目标函数，同时在目标函数中增加罚函数，以保证在优化过程中所选取的优化变量满足约束条件，并使AO棒组始终在其目标控制带之内.结果表明，优化后的反应堆功率和轴向功率偏差在瞬态过程中的超调量减少、响应速度加快.5　复合控制方法复合控制方法是近年来控制论研究领域的热点之一，它融合了多种智能控制方法，将模糊推理、神经网络、PID控制、智能优化等控制方法交叉融合，以进一步提高控制系统的性能.目前，该方法在实验验证中已经取得了良好的控制效果. 5.1　智能PID控制方法随着控制论、计算机技术相关理论和方法的发展，在传统PID控制方法的基础上，部分研究者将PID控制方法与其他智能控制或优化方法相结合，提出了多种新的PID控制方法.其中比较典型的有神经网络PID控制、模糊PID控制方法以及基于智能优化的PID控制方法，等.5.1.1　神经网络PID控制方法　在小型反应堆控制系统中，PID控制是最常用且不依赖模型的控制方法，其控制效果依赖于比例、积分和微分系数的选取是否准确.但是，反应堆系统的复杂性、模型的不确定性使得比例、积分和微分增益的选取较为困难，进而影响到控制效果.神经网络与PID 控制器相结合的控制方法可以很好地抑制PID控制器所产生的超调问题，提高控制系统的稳定性、可靠性和灵活性.神经网络和PID控制方法相结合主要有以下几种方式：（1）将神经网络作为优化工具在线调整PID控制控制系统的参数；（2）将神经网络与PID控制器连接，通过优化神经网络的连接权值来调整PID控制器的参数；（3）神经网络作为控制器，将PID控制方法融合到神经网络结构中；（4）PID神经网络多变量解耦控制，等.Kong等［55］提出了一种基于径向基函数的神经网络蒸汽发生器液位PID控制策略，通过RBF神经网络对蒸汽发生器的数学模型进行辨识，然后根据过程的特征变化对PID参数进行调整.仿真结果表明，该方法能够根据过程的动态特性自适应优化PID控制器的参数，表明这个控制策略是有效的.肖等［56］为了实现PID控制器参数的在线调节，利用BP神经网络的自适应能力对PID参数进行实时整定，建立了堆芯功率BP神经网络PID 控制系统.仿真结果表明，BP神经网络PID控制方法与传统的PID控制方法相比具有超调量小、响应速度快等优点，控制效果好.Ding［57］提出了一种基于模糊神经网络模型的PID神经网络控制方法，采用模糊神经网络模型和梯度下降法在线调整PID神经网络权值，并将该方法应用于循环流化床锅炉床层温度控制.Govin‑dan和Pappa［58］设计了一种基于反馈线性化在线学习的神经网络自适应控制器，采用基于改进增量规则和投影算法的在线权值调整算法在线调整神经网络卡和PID控制器的参数，以解决高阶点动态压水堆（PWR）在局部、全局负荷跟随和应急工况下功率水平跟踪问题.该方法具有更快的响应速度、较好的自适应性和较小的稳态误差.Liu和Xia［59］针对PID控制器无法对复杂系统进行有效控制的问题，设计了一种基于有监督。

ACP100多用途模块化小型反应堆情况介绍一、应用领域我国内陆广大地区、边远地区，受地理位置、地质、气象冷却水源、运输、电网容量和融资能力等条件限制，大型机组的应用收到很大限制，小型模块化堆（SMR）可以满足这些地区对能源得需求。

目前SMR的设计中电力生产仍为其主要功能，但同时各种设计中都为将来的非电力应用保留了非电力生产的应用模块。

使得在不久的将来，SMR在中小型电网和特殊领域供电、城市供热和工业供汽、海水淡化、海洋开发、船舶动力等方面具有广阔的应用前景。

SMR单机组的前期投资明显低于大型反应堆，并且具有较大的扩容灵活性。

通过并行建造可获得模块化制造所带来的成本节省，降低了财务风险，" 以堆养堆" 的模式使得融资也更加容易，从而潜在地增加了核能对投资者的吸引力。

通过联合生产模式，SMR能提供各种非电力产品，如热、淡化水、生产用蒸汽以及先进的能源载体，大大延伸了核能的应用范围。

从SMR的特点来看，SMR可以应用于以下方面:（1）SMR可以替代现有即将退役的250 ～700 MWth 燃煤电厂和化石燃料热电联产电厂。

这些厂址通常存在譬如电网的有限自由容量、热备用限制或电厂冷却塔供水等限制，难以建造大型核电机组，使用SMR来替代这类电厂更容易有效利用目前已有的基础设施。

同时用SMR电厂替代燃煤电厂、化石燃料热电联产电厂后，不仅使得宝贵的化石燃料( 石油、天然气、煤炭等) 用于生产附加值更高的产品，还能为环境改善作出重大贡献。

（2) 不需要大功率发电量的偏远或孤立地区。

SMR 可以很好地匹配当地电网能力，同时其模块化系列建造特点还可以有效满足经济发展、能源增长的需求。

SMR 也可以应用于中小型电网供电、工业园区分布式供电等。

（3）城市集中供暖、工业供汽。

用SMR 代替燃煤电厂或小锅炉来实现区域供暖，缓解污染问题。

使用SMR 来生产高温热、汽、过热蒸汽等，提供工厂、精炼厂、海水淡化厂、氢气生产设施以及焦油砂回收沥青设施等的工业用热。

小型核反应堆的开发与应用随着人类的能源需求不断增长，传统能源已经无法满足人们的需求，同时也存在着环境和气候问题。

因此，新能源成为解决当前能源问题的重要途径之一。

目前，小型核反应堆作为一种新型的能源，备受关注。

本文将讨论小型核反应堆的开发与应用。

一、小型核反应堆的基本概念小型核反应堆是一种核能源应用设备，具有以下特点：小型、高效、安全、可靠。

它与传统核反应堆相比，具有更高的灵活性和适应性，可根据需求灵活调整，适合各种规模的用能需求。

小型核反应堆在核能源领域具有广泛应用前景。

二、小型核反应堆的开发现状小型核反应堆的研发始于20世纪50年代，当时主要用于航天技术和军事用途。

近年来，随着能源问题日益突出，小型核反应堆逐渐成为工业和民用能源领域的新兴技术。

当前，世界范围内的小型核反应堆研究主要集中在美国、加拿大、法国等国家。

美国目前拥有最多的小型核反应堆项目，主要由企业、大学和研究机构发起。

其中，核动力船、核电站改造升级等领域都已经开始使用小型核反应堆。

加拿大也在积极开发小型核反应堆，为其北方地区提供清洁能源，同时能够使该国的电网更加可靠和灵活。

三、小型核反应堆的应用前景小型核反应堆在航空航天、医疗、交通和工业等领域具有广泛的应用前景。

首先，在航空航天领域，小型核反应堆可以大幅提高飞行器的续航能力和载荷能力。

与传统燃料相比，核能源具有更高的能量密度，能够在较小的空间内提供更多的能量。

因此，小型核反应堆可以为长期飞行任务提供持久的、持续的电力供应。

其次，在医疗领域，小型核反应堆可以用于放射性同位素制备。

放射性同位素广泛应用于医学和工业中，如癌症治疗、病原体检测和卫星能源源。

使用小型核反应堆制备放射性同位素，能够在安全和可控的环境下进行，同时提高制备效率和减少废物产生。

再者，在工业领域，小型核反应堆也有用处。

它可以为工厂和生产线提供稳定的、持续的能源供给。

尤其是在偏远或无电区域，小型核反应堆可以为工厂和矿区提供清洁、高效的能源解决方案。

小型核动力装置原理及应用小型核动力装置（Small Modular Reactor，SMR）是指功率小于300兆瓦的核反应堆系统。

与传统的大型核电站相比，小型核动力装置具有更小的体积、更低的成本和更高的灵活性。

它可以被广泛应用于各种领域，包括电力供应、热能产生、海上钻井平台和船舶动力等。

小型核动力装置的原理与大型核电站相似，都是利用核裂变过程中释放的能量进行发电或产生热能。

核裂变是指将重核（例如铀或钚）分裂成较轻的核片段时释放出巨大的能量。

在小型核动力装置中，通常使用浓缩的铀-235或钚-239作为燃料。

这些核燃料经过特殊设计的反应堆芯，通过稳控链式反应来控制核链式反应的速率。

小型核动力装置一般采用固体燃料，如铀-235或钚-239酸化物。

这些燃料通常以小球状或颗粒状的形式封装在复合材料中，以提供额外的保护。

核燃料在装置中长时间稳定运行，一般可运行多年或数十年而不需要停机更换燃料。

燃料在反应堆芯中裂变过程中产生的热量将传递给冷却剂。

在小型核动力装置中，冷却剂是维持反应堆温度稳定和控制反应速率的关键。

常用的冷却剂有潮汐冷却剂（例如水）和气体冷却剂（例如氦）。

核裂变产生的热量通过冷却剂传递给传热介质（如水或气体），而传热介质再通过热交换器将热能转移给蒸汽发生器或直接用于供热。

小型核动力装置由反应堆本体、传热系统、热交换器、控制系统和安全系统等组成。

反应堆本体是核裂变过程的核心区域，负责裂变反应的维持和调控。

传热系统负责将反应堆的热量传递给传热介质。

热交换器将传热介质中的热能转换为电能或热能。

控制系统负责监测和调控反应堆的运行状态，确保其在安全稳定的范围内运行。

小型核动力装置的应用非常广泛。

首先，它可以用于电力供应。

由于小型核动力装置体积小、建设周期较短，可以灵活地布置在临时或偏远地区，为当地提供可靠的电力供应。

其次，它可以用于热能产生。

小型核动力装置可以通过传热介质将核反应堆产生的热能转化为蒸汽或热水，用于加热或工业过程。

附件小型压水堆核动力厂安全审评原则（试 行）一、前言上世纪90年代以来，小型模块式核动力厂在国际上开始受到关注。

进入21世纪后，由于能比较充分的利用大型压水堆核电厂的知识和经验，技术成熟度较高的小型模块式压水堆核动力厂开发被广泛重视。

目前美国、韩国等国家已开发出多个设计方案，用于取代老旧燃煤、燃油电厂，以及发电、居民供热、工业供汽等用途。

为满足这些用途，有必要进一步提高小型压水堆核动力厂的安全水平以实现场外应急简化。

我国核能界对小型压水堆核动力技术的研究也高度重视，目前已有几家单位投入了相关的开发工作，小型核动力技术也被列入国家能源发展“十二五”规划的重点示范工程项目。

与传统的大型轻水堆核电厂一样，小型压水堆核动力厂的安全也依赖于控制反应性、排出堆芯和乏燃料的热量、包容放射性物质以及限制事故释放三项基本安全功能，大多数小型压水堆核动力厂还具备一些自身的特点：（一）比较小的反应堆堆芯结构，反应堆冷却剂系统的一体化或紧凑设计，大大降低反应堆冷却剂丧失事故发生的可能性；—3—（二）反应堆堆芯的功率小，衰变热低，在布置上增强了反应堆冷却剂系统的自然循环能力，便于采用非能动方式带出堆芯余热；（三）单位功率的水装量相对较大，在事故工况下瞬态变化相对较慢；（四）反应堆堆芯功率较低和衰变热较少，有助于在发生事故、特别是堆芯严重损坏事故后，将堆芯熔融物滞留在压力容器或安全构筑物内；（五）较少的核燃料装载量和较低的反应堆堆芯功率也决定了较小的堆芯放射性物质总量，即使发生事故，包括严重事故的工况下，对环境和公众的影响将大大低于大型压水堆核电厂。

经过多年的发展，对于传统的大型压水堆核电厂，目前国际上已经建立了一套比较完整的核安全要求。

这套核安全要求以确定论为基础，近些年来又在概率论基础上做了补充完善，其中的一些重要安全原则依然适用于小型压水堆核动力厂。

但是如上所述，由于小型压水堆核动力厂存在一些自身的特点，针对传统大型压水堆核电厂所建立的，与堆型和系统设计密切相关的“处方式”确定论安全要求并不完全适合。

小型模块化反应堆（SMR）市场发展现状简介小型模块化反应堆（SMR）是指功率在300兆瓦以下的反应堆系统。

相比传统的大型核电厂，SMR具有更小的建设规模、更低的投资成本和更高的灵活性。

SMR被认为是未来核能发展的重要方向之一，目前在全球范围内，SMR市场正呈现出快速发展的趋势。

市场概况1. 地理分布全球范围内，SMR市场发展分布不均。

目前，北美地区是SMR市场发展最为活跃的地区之一，拥有多个SMR项目正在进行中。

欧洲也是SMR市场的重要发展地区，多个国家正在积极推动SMR技术的研发和应用。

此外，亚洲、南美和中东地区也有一些国家在探索和推动SMR市场的发展。

2. 主要参与者目前，全球范围内，有多家主要能源公司和核能企业参与到SMR市场的发展中。

例如，美国的NuScale Power、加拿大的Candu Energy、英国的Rolls-Royce等公司在SMR技术研发和商业化上都取得了重要进展。

此外，中国、俄罗斯、韩国等国家也在积极推动SMR技术的发展，并有望在未来成为市场的重要参与者。

发展趋势1. 技术创新SMR市场的快速发展得益于技术创新的不断推动。

目前，SMR技术正朝着更高的安全性、更高的运行效率和更低的成本方向发展。

各大能源公司和核能企业都在不断投入资金和人力资源，进行SMR技术的研发和改进，以满足市场需求。

2. 政策支持随着全球对清洁能源需求的增加，越来越多的国家开始积极支持和推动SMR技术的发展。

政府对SMR项目提供资金支持和政策优惠，加速了市场的发展。

例如，美国国内多个州都制定了支持SMR技术发展的政策，为企业提供了更好的发展环境。

3. 灵活性需求与传统的大型核电厂相比，SMR具有更高的灵活性和适应性，可以根据市场需求进行快速调整。

尤其是在偏远地区或小型能源市场，SMR能够提供稳定的电力供应，满足当地需求，因此受到市场的欢迎。

4. 运营和维护成本相比大型核电厂，SMR的运营和维护成本更低。

我国核电小型堆项目或多点开花福建漳州、江西赣州两市未来有望“落户”小堆，这是继兰州项目后，公开信息中两个最明确的小堆厂址选择地。

在日前举行的中央企业业务合作暨内部招商会上，中核集团与国电集团签署了《关于小型多用途核能项目的战略合作协议》。

根据协议，两集团将在全国范围内积极寻找小型堆项目适宜的厂址，其中明确指出了漳州古雷半岛小堆项目的前期工作、立项及开工建设事宜。

数天后，中核集团所属中核新能源有限公司(以下简称“中核新能源”)先后与漳州市政府、赣州市政府签订了《漳州小型堆示范工程项目合作协议》和小型多用途模块式反应堆项目合作意向协议。

由此，两市纳入小堆项目的规划之中。

在规划中，漳州的小型堆示范工程项目将由中核新能源有限公司投资建设，一期工程拟建设2个模块式小型堆，预计总投资约50亿元，项目建成后可提供热源、电能和海水淡化水源。

用途是选址重要因素据了解，负责为小堆选址的中核新能源有限公司由中核集团与国电集团于今年4月共同出资组建，其专门从事模块式小堆(中核集团自主开发的ACP100)的开发、推广、投资建设和管理。

而该公司负责从事小堆的市场推广、筹资建设和管理，小堆的研发、工程总体设计、前期工程、建造调试分别由中核集团旗下中国核动力研究设计院、中国核电工程有限公司及中原对外工程有限公司承担。

公开信息显示，目前与中核新能源接触过的城市中包括内陆和沿海城市，省份涉及甘肃、吉林、浙江、福建、江西、湖南以及广西。

那么小堆的选址与目前在建的大型核反应堆相比有无异同?据中国核动力运行技术研究所工程师张益舟介绍，小型堆的堆芯容量比较小，对水文环境、地壳结构、人口密度等要求没有大型压水堆苛刻，安全性方面不需要核应急响应。

但是为了配合小型堆的多样化用途，比如石化工业园区等，其核安全方面的顾虑在设计上必须要有充分考虑。

据记者了解，现已明确的兰州和漳州的小堆项目分别是为城市供暖和配合化工产业而建设。

“漳州的小堆为古雷石化园区提供的服务主要是供电、为海水淡化提供中低压蒸汽，海水浓集的高浓度卤水还可以用来做盐化工。