據(jù)了解，小型堆的影響范圍要大大小于大型堆，從而提供了選址和安全上的便利。其次，更小的堆設(shè)計(jì)使得將反應(yīng)堆建成半地下或者全地下成為可能，這也提高了反應(yīng)堆抵抗地震海嘯導(dǎo)彈以及飛機(jī)墜落等事故的能力。
小型模塊化堆（SMR），顧名思義，有兩大特點(diǎn)，一個(gè)是小型，另一個(gè)是模塊化。
一、小型化?，F(xiàn)在主流的反應(yīng)堆是在1000MWe的大型壓水堆，或者沸水堆，像APR-1400或EPR更是達(dá)到了1500MWe這個(gè)級別，小型堆的發(fā)展思路與這樣的堆恰恰相反，是指功率大約處于10MW到300MW之間的裂變堆。選擇這個(gè)范圍主要基于兩點(diǎn)：1. 10MWe是工業(yè)可能感興趣的最小發(fā)電量；2.300MW則是對電網(wǎng)來講比較適宜接入的大功率。
二、模塊化。模塊化主要是指nuclear steam supply system(NSSS)。主要的考慮是把一個(gè)大型的電站分散成若干個(gè)小型的模塊，每個(gè)模塊都包括一個(gè)反應(yīng)堆堆芯，與此同時(shí)，其他一些設(shè)備可以公用，比如幾個(gè)模塊共用一個(gè)安全殼，或者渦輪機(jī)乃至整個(gè)二回路。這樣的做的優(yōu)勢在于，在供應(yīng)可觀發(fā)電量的同時(shí)，大大提升了堆芯的安全性。另外，分散成若干模塊也更有利于功率調(diào)節(jié)，在電網(wǎng)功率需求產(chǎn)生變化時(shí)，小型堆比大型堆能夠更容易的調(diào)節(jié)功率。
三、安全性。由于功率和功率密度的下降，反應(yīng)堆的安全性自然就有了相應(yīng)的提高。首先看事故狀況下需要疏散范圍的半徑：R = 0.01 sqr(P) 此處，半徑R的單位是英里，功率P的單位是kW。顯而易見，小型堆的影響范圍要大大小于大型堆，從而提供了選址和安全上的便利。其次，更小的堆設(shè)計(jì)使得將反應(yīng)堆建成半地下或者全地下成為可能，這也提高了反應(yīng)堆抵抗地震海嘯導(dǎo)彈以及飛機(jī)墜落等事故的能力。最后看一個(gè)直觀的數(shù)字，堆芯融毀系數(shù)（Core damage factor)，也就是：大型事故次數(shù)/反應(yīng)堆運(yùn)營年數(shù)，針對二代堆，這個(gè)數(shù)字大約是10^-4，也就是說每1w反應(yīng)堆年出現(xiàn)一次大型事故，三代堆以及三代+這個(gè)數(shù)字大約是10^-5或10^-6，即十萬年或者百萬年出現(xiàn)一次大型事故。而這個(gè)參數(shù)在小型堆上則能夠到10^-7或者更低（M.Carelli），也就是說，從目前的計(jì)算來看，小型堆更加安全。
四、經(jīng)濟(jì)性。從單位的造價(jià)上來說，小型堆不如大型堆經(jīng)濟(jì)。直觀上講，確實(shí)如此，但是如果建立一個(gè)更加現(xiàn)實(shí)的模型，這個(gè)結(jié)論未必是如這樣直觀考慮那么簡單和容易作答。通用電氣-日立核能公司（GE-Hitachi）首席咨詢工程師埃里克?洛溫表示，該公司正在研發(fā)一種小型模塊化沸水堆，即BWRX-300，這種反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性可與天然氣電廠媲美：造價(jià)為每千瓦2250美元，運(yùn)維成本約為每兆瓦時(shí)16美元。
五、運(yùn)用場景?？梢灶A(yù)測模塊化施工技術(shù)在未來核電站建造過程中將逐步得到大量的應(yīng)用，下面列舉幾個(gè)場景。
1、海上浮動(dòng)核電站
2、城市采暖供熱領(lǐng)域
我國城市供熱對能源的需求量位于世界前列，年耗煤數(shù)十億噸，占總能源消耗的10％以上。小型反應(yīng)堆具備較小的源項(xiàng)和采用設(shè)計(jì)安全的原則，其應(yīng)急計(jì)劃區(qū)可相應(yīng)縮小，適合于布置在城市邊緣地區(qū)，為向城市供熱創(chuàng)造了有利條件。
作為燃煤、燃油或燃?xì)夤岬奶娲?，小型堆供熱不會產(chǎn)生空氣污染，特別是隨著我國霧霾天氣的增多且公眾對PM2.5的持續(xù)關(guān)注，使得小型堆供熱在環(huán)保方面優(yōu)勢更突出。但是小堆建設(shè)于距離負(fù)荷中心較近的城市邊緣，公眾的“核恐懼”心里更加明顯，因此需要普及核知識，加強(qiáng)核安全宣傳，同時(shí)建立和健全核安全信息透明機(jī)制。
3、工業(yè)供熱與供電領(lǐng)域
電力、建材、冶金、化工等能源消費(fèi)密集的行業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè)，這些行業(yè)的企業(yè)都建有不同規(guī)模的自備熱電廠，使用的全部是化石能源，它們占大氣污染的70%以上。小型堆可替代上述熱電廠，減少化石能源的消耗，同時(shí)減少二氧化碳的排放，尤其是在熱負(fù)荷穩(wěn)定和集中的工業(yè)園區(qū)，利用小型堆供熱或供電更有利于反應(yīng)堆的穩(wěn)定運(yùn)行和容量因子的提高。此外，小型堆與化石能源系統(tǒng)的集成也是我國發(fā)展低碳能源產(chǎn)業(yè)的可能性選擇之一，通過核能(電/熱)高溫電解制氫系統(tǒng)與煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行耦合集成，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放。
4、海水淡化領(lǐng)域
我國人均淡水資源占有量僅為世界人均占有量的25%，是最貧水的國家之一，北方沿海地區(qū)極度缺水。嚴(yán)重的淡水資源缺乏，已成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展不可忽視的瓶頸。IAEA多年研究結(jié)果表明，核能海水淡化的成品水成本與化石燃料方案的成本在相同范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)O(shè)備的規(guī)模加大時(shí)，核能優(yōu)勢比較明顯。小型模塊化反應(yīng)堆采用模塊化設(shè)計(jì)和建造，對廠址的適應(yīng)性更好（相對大型反應(yīng)堆），且可根據(jù)海水淡化規(guī)模選擇合適反應(yīng)堆功率，更容易實(shí)現(xiàn)淡水產(chǎn)量與反應(yīng)堆規(guī)模的匹配。
5、與其他新能源聯(lián)合組成區(qū)域能源系統(tǒng)
將風(fēng)電、光伏發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電性能差的電源與小型堆核電站運(yùn)行靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合，可組成穩(wěn)定的區(qū)域能源能源系統(tǒng)。
小型堆相對于大型堆，其較小的規(guī)劃限制區(qū)和應(yīng)急計(jì)劃區(qū)是小型堆的優(yōu)勢。如果小型堆的規(guī)劃區(qū)仍采用5km，則其優(yōu)勢就不復(fù)存在。建議行業(yè)主管部門制定和完善關(guān)于小型堆的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以及審批和監(jiān)管體系。
“開創(chuàng)核能多用途新時(shí)代”的小型核反應(yīng)堆，被國內(nèi)市場接納的腳步正在加快。我國也要借鑒有關(guān)國家經(jīng)驗(yàn)，政府在資金、政策等方面提供必要的支持和引導(dǎo)以推動(dòng)小型堆的研發(fā)和應(yīng)用。
小型堆技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢正在顯現(xiàn)
早在2000年，美國能源部就提出模塊式小型堆概念，用于小火電替代或城市附近電、熱、淡水、蒸汽聯(lián)供。國際原子能機(jī)構(gòu)也于2004年6月倡導(dǎo)成立“革新性小型核能裝置”協(xié)作研究項(xiàng)目，主要致力于核能的區(qū)域供熱、海水淡化、海洋能源開發(fā)等多用途利用。據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，截至2017年，全世界范圍內(nèi)正在研發(fā)56種致力于核能多用途綜合利用的小型堆技術(shù)。
小型堆的方興未艾，加之世界能源增長需求放緩、全球大型核電站建設(shè)減弱，以及能源轉(zhuǎn)型升級進(jìn)入新階段，各國對核能的多元化利用提出了更多路徑。核能系統(tǒng)除了主要應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，還在制氫、海水淡化、區(qū)域供熱等領(lǐng)域存在一定的市場空間和利用價(jià)值。但從目前目前除了發(fā)電，核能在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還相對較少。
我國核能綜合利用的“大門”正待開啟。資料顯示，在海水淡化方面，我國洪水泛濫、干旱缺水、水污染等問題并存，淡水利用的難度和需求加大；區(qū)域供熱方面，我國北方供熱面積已達(dá)130多億平方米，且每年以5%-10%的速度遞增，很多地區(qū)已面臨熱源緊缺；在制氫領(lǐng)域，氫儲能、分布式發(fā)電、交通物流等均具有廣闊前景。核能的清潔、安全、經(jīng)濟(jì)與選址靈活等特性將在各個(gè)利用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
核能要進(jìn)一步發(fā)展多用途利用，小型堆更符合其要求。大型核電站選址要求高，需遠(yuǎn)離城市和工業(yè)設(shè)施，且均用于純發(fā)電，難以實(shí)現(xiàn)核能多用途利用。而小型核動(dòng)力核燃料數(shù)量少，事故后衰變熱度低，具有更高的固有安全性，可鄰近城市布置，便于實(shí)現(xiàn)利用核能供熱、蒸汽等多用途利用。小型化反應(yīng)堆是“游戲改變者”，能夠以高安全水平提供不同的核電聯(lián)產(chǎn)解決方案。尤其新設(shè)計(jì)的小堆是供電、供汽、供熱、海水淡化等多用途的集合體。
小型堆未來前景巨大 創(chuàng)新發(fā)展是關(guān)鍵
小型模塊化反應(yīng)堆在未來電力市場中將與新能源配合，在分布式電網(wǎng)和智能微網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。而海水利用產(chǎn)業(yè)將朝著工程大型化、環(huán)境友好化、低能耗、低成本等方向發(fā)展?！斑@些海水淡化的發(fā)展方向有利于采用核能作為能源供應(yīng)方式，未來核能海水淡化的發(fā)展前景可觀。”有專家表示。而在核能制氫氣領(lǐng)域，該專家認(rèn)為，未來氫能經(jīng)濟(jì)有望取代化石能源經(jīng)濟(jì)，將被更多地應(yīng)用到分布式能源及運(yùn)輸行業(yè)中，市場潛力巨大。
然而，也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，盡管小型堆市場前景廣闊，也開展了一些設(shè)計(jì)研究，但因開發(fā)進(jìn)展緩慢、場址準(zhǔn)備和部署延遲及經(jīng)濟(jì)等原因，目前還未能展示出大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)用性。
目前小型模塊化反應(yīng)堆的一些進(jìn)展大大提升了其競爭力和吸引力?，F(xiàn)在的小型反應(yīng)堆運(yùn)用非能動(dòng)安全概念，并且工廠內(nèi)模塊化建造能力也已形成。另外“即插即用”概念的運(yùn)用，使發(fā)電站可完全在工廠內(nèi)建造，而后運(yùn)到現(xiàn)場接入電網(wǎng)。這些進(jìn)展都提升了小堆的競爭力。
小型堆想要獲得長足穩(wěn)定發(fā)展，就要切實(shí)滿足市場需求，具有創(chuàng)新理念?！靶碌男⌒湍K化反應(yīng)堆必須是真正采用創(chuàng)新理念，絕對不是目前的第三代反應(yīng)堆的縮小版。創(chuàng)新的設(shè)計(jì)可明顯提升小型模塊化反應(yīng)堆在經(jīng)濟(jì)上的競爭力。
與間歇性風(fēng)電、太陽能發(fā)電、天然氣發(fā)電和用于特定應(yīng)用的柴油發(fā)電機(jī)相比，小型堆是有競爭力的。如果類似于“即插即用”、設(shè)計(jì)完全獨(dú)立于安裝地點(diǎn)的解決方案得到證實(shí)，小型堆就可以滿足市場需求、從而為能源轉(zhuǎn)型發(fā)揮作用。
