小型核電 能否開啟核能利用新紀(jì)元？

作者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院核能科學(xué)與工程博士生 陳釗

小型核電的概念，最近在中國備受關(guān)注。湖南的衡陽、株洲，福建的漳州，江西的瑞金，都有報道稱計劃建設(shè)小型核電站。今年9月，中國核能行業(yè)協(xié)會在成都專門舉辦了“2013小型動力堆論壇”，探討小型核電的發(fā)展問題。一時間，小型核電成為了核電行業(yè)的新寵兒，大家對它寄予了很大的期望。那么，到底什么是小型核電，它為什么這么受歡迎呢?讓我們一起來看一看。

核電站是小點好還是大點好？

小型核電，也叫小型反應(yīng)堆，簡單的理解就是功率小的核電站。按照國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的定義，小型反應(yīng)堆指電功率小于30萬千瓦的反應(yīng)堆，中型反應(yīng)堆指電功率在30-70萬千瓦之間的反應(yīng)堆，大型反應(yīng)堆指電功率大于70萬千瓦的反應(yīng)堆。那么，核電站到底是做小點好還是做大點好呢?

現(xiàn)有新建的商用核電站幾乎都屬于大型核電站，裝機(jī)容量基本上都是百萬千瓦以上。這就讓人們形成一個印象，核電站都是這么大的。其實不然，核電站在發(fā)展初期，都是從小型開始做起的。世界上第一座核電站，是俄羅斯的斯奧伯寧斯克核電站，裝機(jī)容量只有0.5萬千瓦。世界上第一座商用核電站是美國的希平港核電站，裝機(jī)容量為9萬千瓦。在第一代商用核電站中，裝機(jī)容量都在30-50萬千瓦之間。隨后，人們提出了“規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)”，認(rèn)為核電站造得越大，經(jīng)濟(jì)效益越好。于是，人們開始想方設(shè)法提高核電站的裝機(jī)容量。到了20世紀(jì)60年代中期，人們已經(jīng)開始建造80萬千瓦級的核電站，而在80萬千瓦級核電還沒建成時，就已經(jīng)有百萬千瓦級的核電站開建了。而到現(xiàn)在，美國第三代核電站AP1000的裝機(jī)容量是125萬千瓦，正在我國浙江三門開建;歐洲第三代核電EPR的裝機(jī)容量達(dá)到了175萬千瓦，正在我國廣東臺山開建。

核電站是不是真的越大越好呢?當(dāng)然不是。當(dāng)初的“規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)”是在核電站發(fā)展初期提出的，那時候核電的經(jīng)濟(jì)效益較低，提高功率確實能夠有效核電站的效益。因為在同一個廠址，同一配套設(shè)施下，把核電站做得大一些，單位千瓦的建造成本就可以下降，經(jīng)濟(jì)效益也可以得到提高。但是，提高功率，就意味著相關(guān)配套的設(shè)備技術(shù)參數(shù)也要提高，如安全容器、機(jī)械泵等。而生產(chǎn)更大的安全容器，制造更大的機(jī)械泵，這些都會增加技術(shù)研發(fā)成本和生產(chǎn)制造成本。所以，核電站顯然不是做得越大，經(jīng)濟(jì)效益就越好。那核電站到底要做多大才是最好的呢?這個問題并沒有絕對的答案，而應(yīng)該根據(jù)實際需求來確定。

實實在在的市場需求

推動小型核電的真正因素，恐怕還不是經(jīng)濟(jì)效益的問題，而應(yīng)該是市場需求。在過去幾十年里，核電站主要建設(shè)在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，如美國，法國，日本等。在這些發(fā)達(dá)國家中，電力需求大，確實需要裝機(jī)容量百萬千瓦量級的核電站;而且這些國家的電網(wǎng)配套設(shè)施也很好，容納百萬千瓦量級的核電站顯然不存在什么困難。而現(xiàn)在，核電的主要市場已經(jīng)從發(fā)達(dá)國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移到了發(fā)展中國家和地區(qū)。在積極發(fā)展核電的國家和地區(qū)中，很多國家和地區(qū)的電網(wǎng)設(shè)施還比較落后，比較難以承受功率太大的電站;而且這些國家和地區(qū)的電力需求也沒有那么大，沒有必要建造這么大的核電站。所以，在這樣的國家或地區(qū)里，發(fā)展小型核電便成為一個實實在在的市場需求了。美國加州大學(xué)伯克利分校能源學(xué)院專門做過統(tǒng)計，在現(xiàn)有運行的所有類型的電站中，有93%的裝機(jī)容量是在50萬千瓦以下的。這就說明，在現(xiàn)有的能源需求結(jié)構(gòu)中，小型和中型電站是占絕大多數(shù)的。此外，小型核電還可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，如工業(yè)或居民的供暖供熱，海上石油開采，邊遠(yuǎn)地區(qū)礦物開采，海水淡化等等。在這樣的市場需求下，小型核電自然而然就被關(guān)注到了。

投資小

推動小型核電，還有另一個很重要的因素，就是投資小�，F(xiàn)有百萬千瓦級核電站的投資是非常龐大的，每個機(jī)組都需要上百億人民幣的投資，而且建設(shè)周期也比較長，一般要4~5年。雖然核電站的投資回報率不錯，但投資太大，周期太長，這就讓民間資本望塵莫及了。如果能把核電站做小，把投資減小，把建設(shè)周期縮短，這樣就可以大大提高核電站的投資吸引力。在現(xiàn)有的小型核電設(shè)計方案中，從幾萬千瓦到幾十萬千瓦都有，投資金額大概在幾億到幾十億人民幣不等，建造周期也可以縮短到2到3年。這樣的投資項目，對于民間資本來說的就非常有吸引力了。所以，投資小也是推動小型核電的重要因素。

模塊化

談到小型核電，就必須談到模塊化的設(shè)計理念。所謂模塊化設(shè)計，就是把整個核電站分成若干個獨立的模塊，每個模塊可以單獨在工廠里生產(chǎn)加工，然后運到核電站現(xiàn)場進(jìn)行組裝。按照這樣的設(shè)計方案，核電站就可以成為在工廠里批量生產(chǎn)的產(chǎn)品了，就像生產(chǎn)飛機(jī)和輪船一樣。工廠生產(chǎn)比現(xiàn)場施工的制造成本是可以減低好幾個量級的。還有一些超小型核電設(shè)計方案，整個反應(yīng)堆直接在工廠里加工生產(chǎn)，然后用火車、輪船或者大卡車運送到現(xiàn)場安裝就可以使用了。這種模塊化的設(shè)計方案，正是現(xiàn)有小型核電與上世紀(jì)五、六十年代所建造的小型核電之間的本質(zhì)區(qū)別。

小型核電安全嗎？

小型核電也是核電，最核心的問題還是安全問題。由于小型核電的功率變小了，它的安全問題也變得沒有那么棘手了。在現(xiàn)有的設(shè)計方案中，絕大部分小型核電都具有非能動的安全特性。所謂非能動的安全特性，就是利用自然物理規(guī)律(如位差產(chǎn)生的重力，密度差產(chǎn)生的浮升力等)來進(jìn)行堆芯冷卻，確保反應(yīng)堆的安全。福島核事故發(fā)生的最直接原因是用于冷卻堆芯余熱的備用柴油機(jī)失效了。而如果反應(yīng)堆采用非能動的余熱排出系統(tǒng)，就不需要備用柴油機(jī)，也不會出現(xiàn)類似福島一樣的事故了。不過，非能動的冷卻能力是有限的，正是由于小型核電的功率小了，所以在小型核電中采用非能動的冷卻方式是可以滿足設(shè)計要求的，所以能夠保證反應(yīng)堆安全的。在核電站的安全分析中，有堆芯熔化概率的指標(biāo)。這個指標(biāo)是指一個核電站發(fā)生堆芯熔化事故的概率，其數(shù)值越低就說明發(fā)生事故的可能性越小，反應(yīng)堆越安