法國NUWARD與日本BWRX-300小型模塊核反應堆(SMR)簡介

一、SMR百家爭鳴

   國際原子能機構（IAEA）出版的《SMR技術發展》涉及70多種SMR設計方案。，IAEA核能司SMR技術開發部核工程師Hadid M. Subki對SMR發展前景提出一些說明。一些因素將影響SMR的開發和部署。首先，國家層面需要實施有關先進核反應堆設計和技術開發的戰略規劃，台灣廢核就沒戲唱了!目前SMR設計方案中，水冷式SMR方案佔比最大，有31種方案，其中6種屬於船舶用。高溫氣冷SMR屬於第二大類，有14種方案。您如何看待這兩項技術的前景？核工業在大型核電廠和核破冰船中的水冷反應堆方面擁有數十年的經驗。因此，小型水冷陸基反應堆的技術開發難度較小。高溫反應堆(HTR) 技術並不落後於水冷反應堆。HTR具有多項技術優勢，包括更高的發電效率、固有的安全特性，其發生熔毀的可能性也極低。HTR在製氫方面也非常高效。這兩種SMR方案在工程中都有實際的進展。根據IAEA 的信息，到2030年可能會有不少於12種SMR方案準備開始運行，總裝機容量約為1600MW。這些設計包括水冷和非水冷設計（包括HTR方案）。水是反應堆冷卻劑和慢化劑的優良材料，因此核工業在水冷反應堆方面有著長期的經驗。因此，水冷SMR在製造設施、測試設施和法規方面具有良好的基礎條件。其它幾種設計，例如熔鹽反應堆、其它液態金屬冷卻快堆和用於微堆的熱管技術，目前正處於待許可的階段。俄羅斯正在準備建造一座300MW的鉛冷SMR，作為大型鉛冷堆的前期示範電站。任何核反應堆都可以製氫，而不會排放二氧化碳，現有的PWR或BWR可以通過傳統的水電解制氫。SMR中的高溫氣冷堆（HTGR）以及超高溫反應堆(VHTR)尤其適合用於製氫。其冷卻劑出口溫度達到750-1000℃，非常有利於大規模製氫。因此，SMR將會與多種可再生能源在製氫行業產生競爭，並有助於減少對化石燃料電站制氫的需求。 

   SMR的小批量生產可能會在2030年代初實現，為了實現大規模生產的經濟效益，需要通過國際合作開發少量的市場化標準化設計。SMR在與常規能源的競爭中必須證明其經濟優勢，或者在無電網的偏遠山區、島礁部署。現在各國都在發展自己的SMR尚未達成國際標準化，歐洲的法國正在發展名為NUWARD的SMR想在歐盟推廣，日立和奇異公司也在推銷其BWRX-300 的SMR。SMR帶來商機的公司不僅限於美國NuScale Power等新興勢力，加拿大安大略省電力公司（OPG）2021年12月選擇日立製作所和美國通用電氣（GE）的原子能合資公司GEH作為SMR建設計劃的合作夥伴。將採用GE Hitachi Nuclear Energy開發的輸出功率為30萬千瓦的SMR「BWRX-300」，預計2028年建成第一座。英國把核能定位為「綠色工業革命」的支柱之一，一直在推進SMR的開發。還將其視為帶動經濟增長的引擎寄予厚望。2020年以羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）為中心的協商會發佈了一個構想：以政府參與為前提，在20年內建設16座SMR發電站，創造4萬個工作崗位。發電站的8成設備將在英國國內製造，預計將會帶來520億英鎊的經濟效應。羅爾斯·羅伊斯通過子公司建造輸出功率為47萬千瓦的SMR，爭取首座SMR于2030年代初投入運行。該SMR將來還計劃出口，可能會對英國奪回製造業主導權發揮關鍵作用。 

二、法國的NUWARD SMR 可能成為歐盟通用

   法國核安全局 (ASN)、捷克國家核安全辦公室 (SUJB) 和芬蘭輻射與核安全局 ( STUK ) 已選擇法國的NUWARD SMR設計作為早期聯合監管的測試審查SMR的案例。這標誌著歐洲核能監管機構在調整做法以協調該地區SMR的許可和監管方面邁出一大步。法國電力公司(EDF)於去年6月2日宣布，反應堆設計將成為審查的主題。目前仍處於概念設計階段的 NUWARD可能是歐洲SMR部署的領跑者，它於2019年由法國電力公司、法國替代能源和原子能委員會 (CEA)、法國國防承包商海軍集團以及海軍推進核反應堆設計者和核防禦設施運營商TechnicAtome 揭幕。該財團於5月委託比利時Tractabel工程公司在 2022年10月前完成常規島、BOP（取水和服務系統）的概念設計研究，以及建築物的3D建模。作為源自“所謂一流法國技術”和“超過 50 年的壓水式反應堆 (PWR) 設計、開發、建造和運行經驗”的設計推出，該設計提出了 340 兆瓦的功率配置有雙 170-MWe 模塊的工廠。CEA 表示， NUWARD基於集成壓水堆設計，將主要部件完全集成在反應堆壓力容器內，包括控制棒驅動機構、緊湊型蒸汽發生器和穩壓器。CEA 表示，作為“世界上最緊湊的反應堆”，該設計非常適合發電，包括替代燃煤和燃氣發電，以及中等城市和偏遠工業區的電氣化。 據Tractabel 稱，NUWARD 項目的下一階段——基本設計完成——計劃於 2023 年開始。參考工廠的建設預計將於 2030 年開始。法國替代能源和原子能委員會 (CEA) 表示，一座 340 MWe 的 NUWARD 電廠將在一座建築物中包括兩個 170 MWe 的反應堆模塊。它說，該設計是“世界上最緊湊的反應堆”。

   EDF指出，雖然 SMR 技術創新很重要，但部署 SMR 將是能源向碳中和過渡不可或缺的一部分，歐洲和其他地方的法規和要求的協調將是“支持設計標準化、工廠內批量生產和根據國家特定要求進行有限設計調整的基本要素。歐洲已經在開展多項旨在鼓勵在 SMR 許可和監管調整方面進行合作的努力，其中包括由FORATOM領導的歐洲 SMR 夥伴關係、總部位於布魯塞爾的歐洲核能行業貿易協會、可持續核能技術平台 (SNETP)，以及核協調與標準化倡議 (NHSI )，該倡議由國際原子能機構於 3 月成立。歐盟單獨牽頭開展ELSMOR項目，該項目旨在增強歐洲評估和開發創新型輕水反應堆 (LWR) SMR 概念及其安全特性的能力，並與政策制定者和監管機構共享這些信息。中小型反應堆是法國、捷克共和國、芬蘭未來計劃的一部分，這三個國家近期計劃通過新核能擴大發電組合。法國總統馬克龍表示法國將新建6座核反應堆，並將考慮再建8座。馬克龍還特別表示，法國 2030 年再工業化計劃將為 NUWARD SMR 項目提供 11 億美元。捷克共和國擁有六個現有的核反應堆，產生約三分之一的電力，能源巨頭 ČEZ 已指定 Temelín 核電站的一個地點作為 SMR 的潛在地點。ČEZ 與 NuScale 簽署了 SMR 諒解備忘錄，還與 GE Hitachi、Rolls-Royce、EDF、Korea Hydro and Nuclear Power 和 Holtec 簽署了合作協議。芬蘭有五個運行中的反應堆，它正在啟動Olkiluoto 3，這是一個 1.6 GW EPR，其建設於 2005 年開始。另外兩個在計劃中：Olkiluoto 4 和 Hanhikivi 1。芬蘭 VTT 技術研究中心正在積極開發用於區域供熱的SMR。雖然芬蘭現在主要依靠煤炭進行區域供熱，但它已承諾到 2029 年逐步淘汰煤炭。EDF也在波蘭推廣 Nuward SMR，EDF已與波瀾Respect Energy 簽署協議，用Nuward SMR技術在波蘭的特定地點開發核電項目。EDF稱Nuward SMR是簡化的創新反應器，易於構建，易於組裝，緊湊的模塊化設計和集成架構，操作方便。多個模塊組合，操作維護靈活，該SMR 具有被動安全機制。 

三、GE日立核能公司(GEH)的BWRX-300 SMR

BWRX-300 SMR是功率300 Mwe沸水式小型模塊化反應堆 ，具有被動安全系統，利用了GEH通過美國 NRC 認證的 ESBWR第四代反應器的設計和許可基礎。通過顯著和創新的設計簡化、使用獲得許可和經過驗證的燃料設計以及結合經過驗證的組件和供應鏈專業知識，GEH稱BWRX-300 可以成為風險最低、最具成本競爭力和最快上市的 SMR。作為沸水反應堆 (BWR) 的第十次進化，BWRX-300 代表了自GE於1955年開始開發核反應堆以來最簡單但最具創新性的沸水反應堆設計。BWRX-300 等先進核技術是 GE 能源轉型領導地位的關鍵支柱。BWRX-300 在運行期間不排放二氧化碳碳，其設計旨在實現比傳統核能發電技術低得多的建設和運營成本。蒸汽冷凝和重力使 BWRX-300 能夠在沒有電源或操作員操作的情況下自行冷卻至少7天，具有成本競爭力。與典型的水冷式SMR相比，預計每兆瓦的資本成本最多可降低60%，最早可在2028 年部署但還是較中國慢。主要合作夥伴:GEH 已被安大略省發電公司 (OPG) 選擇為達靈頓新核項目的技術合作夥伴。BWRX-300以ESBWR 30多年的開發經驗為基礎，降低了規模和復雜性，從而打造出更智能、更安全、更快速且建造和運營成本更低的 SMR。 BWRX-300 設計中採用的施工技術採用先進的混凝土解決方案和創新技術，這些技術已在石油和天然氣、隧道和電力行業得到驗證。BWRX-300 結合使用模塊化和開頂式施工技術，可在 24-36 個月內建成，同時工廠佈局的體積減少約 90%。此外，每兆瓦減少約 50% 的建築體積也應佔每兆瓦混凝土減少 50%。換句話說，BWRX-300 代表了可負擔性和優勢尺寸方面的顯著改進。作為“智能反應堆”，BWRX-300 使用自然循環和被動冷卻隔離冷凝器系統來促進簡單和安全的操作節奏。在先進核電的全球競賽中，BWRX-300 以其經過驗證且不太複雜的工藝脫穎而出。

GEH公司、加拿大安大略省電力公司(OPG)、SNC-Lavalin和Aecon已簽署在OPG的達靈頓核電站興建BWRX-300 SMR的合同，這是北美第一個電網規模SMR的商業合同。GEH將提供反應堆設計，涵蓋設計、工程許可支持、施工、測試、培訓和調試。全球對BWRX-300的興趣據GEH說越來越大。2022年8月，美國田納西流域管理局(TVA)開始為可能在田納西州橡樹嶺附近的克林奇河場地部署BWRX-300進行規劃。TVA已經與OPG達成合作協調推進SMR。2022年6月，加拿大薩斯喀徹溫省電力公司宣布，它選擇了BWRX-300，可能於2030年代中期在薩斯喀徹溫省部署。在波蘭，ORLEN Synthos Green Energy(OSGE)及其合作夥伴通過向波蘭國家原子能機構提交評估BWRX-300的申請。GEH也已經開始了BWRX-300在英國的許可申請程序，BWRX-300除了幫助減少二氧化碳排放外，還降低建設及運營成本，使其低於其他核能發電技術。加拿大SaskPower公司表示，在評估了安全性、技術成熟度、發電規模、燃料類型和預期電力成本等因素後做出選擇BWRX-300。這是加拿大薩斯喀徹溫省努力實現更清潔、更可持續的未來的一個重要里程碑。薩斯喀徹溫省政府在其 2019 年發展路線圖中將發展 SMR 技術確定為增長目標，今年早些時候，它與安大略省、薩斯喀徹溫省、新不倫瑞克省和阿爾伯塔省政府一起發布了一項聯合戰略計劃，為發展制定了一條道路並部署 SMR。