小型模塊化核反應堆SMR-160

一、SMR能否在東南歐取代燃煤電站   

    依據巴爾幹綠色能源(BGEN)新聞報導，小型模塊化核反應堆(SMR)百花齊放，正在大西洋兩岸及亞洲大力推進。世界上第一個 SMR將安裝在哪裡以及由誰安裝還有待觀察。其實中國大陸在海南省興建的玲瓏一號及俄羅斯的浮動核電站都是SMR，只是歐美不承認。在美國，2023年1月20 日，美國核管會 (NRC) 發布了最終規則，根據該規則對 NuScale Power 的 SMR「VOYGR™」 進行了認證。這一決定將允許美國電力公司在申請建造和運營反應堆的許可時使用 NuScale 的 SMR 設計。據美國能源部稱，NuScale 的 VOYGR™ SMR 發電廠最多可容納12個工廠製造的電源模塊，這些模塊比傳統反應堆小約三倍。與此同時，在大西洋彼岸的捷克和羅馬尼亞，正如 BGEN已經報導的那樣，國有 Nuclearelectrica 與 NuScale 合作安裝了 NuScale 的 VOYGR-6 型號，總功率為 462兆瓦，並有可能補充80MW來自可再生資源的能力。幾乎所有歐洲國家都簽署了所謂的“123 項協議”，這是一項從美國轉讓核材料或設備的和平核合作協議。這些協議旨在幫助推進美國的防擴散原則。123 協議使捷克共和國、羅馬尼亞和保加利亞等項目成為可能，而且不會因選址和滿足核管理委員會的要求而出現複雜情況，而這些要求通常會減緩美國核項目的部署。

   另一家競相安裝第一台商用SMR 的是美國 Holtec International公司，該公司以製造用過鈾燃料的貯運容器著稱，Holtec International 表示已“顯著提高”其清潔能源研發預算，現在的目標是最早在 2029 年將第一台 SMR-160 投入運行——比之前的計劃提前一年。它計劃將 SMR-160 與稱為綠色鍋爐的清潔能源存儲和發電系統配對。Holtec公司表示，美國政府的支持令其感到鼓舞，包括最近通過的《降低通貨膨脹法案》，該公司稱該法案將“推動美國核能的興起”。它設想將其 SMR-160 先進反應堆與其清潔能源儲存和發電 (CESG) 技術相結合，作為“分佈式清潔能源生態系統”的核心。Holtec 最近提交了一項 74 億美元的聯邦貸款申請，以使其能夠提高其現有製造設施的 SMR 生產能力，在美國建造和運營四台 SMR-160，並建造一個新的 Holtec Heavy Industries (HHI)用於更高容量製造 SMR-160 組件和模塊的複合體。Holtec公司說，第一台 SMR-160 正在考慮候選地點。Holtec公司擁有的其他核退役場地，以及核、煤和綠地場地。SMR-160 是一個加壓輕水反應堆，使用市售的低濃縮鈾燃料產生 160 MWe的電力，可以靈活地為工業應用和製氫生產工藝熱。Holtec 於 2021 年與現代汽車就全球 SMR-160 交鑰匙供應達成協議。該公司設想將 SMR-160 電廠與其 Green Boiler CESG 系統配對，以儲存電廠本身和一般電網的剩餘能量，然後在發電不足時期使用。一種稱為 HI-HEAT 的 CESG 系統變體被設計用於提供區域供熱系統。

 二、SMR-160的性能

   SMR-160 是一種小型模塊化壓水核電站，不依賴任何泵或電機從核燃料中帶走熱量，適用於所有事故場景。SMR-160能產生 160Mwe電力，通過簡化和使用完全被動安全系統進行的創新，同時依賴於現有商用壓水輕水反應堆機組數十年經過驗證的運行歷史能確保安全。通常，發電量低於 300 MWe 的反應堆被歸類為“小型”。被稱為模塊化的反應堆依賴於在工廠環境中大量製造的工廠，並且由預製組件組成，以減少現場施工成本和進度。SMR-160 的優點包括其固有的安全性、簡單可靠的操作、靈活的應用、快速的可施工性和有競爭力的經濟性。SMR-160 的設計遵循以下主要標準：所有安全系統都必須是被動的，並在所有性能模式下使用自然循環。工廠的所有安全系統都存在於安全殼內，並受到混凝土圍護結構的進一步保護。設計和自動化控制的簡單性降低了運營和維護負擔，並減少了對技術人力的需求，使 SMR-160 成為發展經濟的可靠能源。SMR-160 的位置和實用性非常靈活，佔地面積小，可放置在人口稠密或偏遠的地方。因為 SMR-160 是安全的，所以它可以安裝在人口中心附近，不會對當地環境或民眾造成任何威脅。將 SMR-160 放置在城鎮附近將減少傳輸損耗，並使工廠的工人能夠住在當地社區。單個 SMR-160 安裝佔用的土地不到五英畝，這只是其他類型發電廠每兆瓦所需土地面積的一小部分。相比之下，SMR-160 的核島可以很容易地安裝在傳統的足球場上。圍欄線外不需要緊急計劃區，而大型反應堆通常需要。SMR-160 的設計基礎考慮了可以想像到的災難事件，包括颱風、海嘯、洪水、地震、火災和墜毀的飛機，並納入了適當的功能以確保它能夠承受這些事件而不會損壞自身。所有爐心核燃料所需的冷卻水都靠重力運行。

   SMR-160 的設計目的是將工廠整個運行壽命期間產生的用過的燃料儲存在 Holtec 的 HI-STORM UMAX 系統的現場地下空腔中，該系統已獲得美國核管理委員會的許可（ NRC)，並已部署用於商業用途。這佔據了工廠後院的一小塊土地。儲存腔將經過輻照的燃料束裝在焊接的多用途罐中，外層包裝經過硬化處理，可以抵禦飛機墜毀或事故導彈等可減輕威脅。SMR-160 的使用壽命至少為 80 年，通過適當維護，100年的使用壽命應該可實現。SMR-160 整個80年設計壽命中的乏燃料可以存儲在僅 24 個 HI-STORM UMAX 模塊中。SMR-160旨在用作分佈式能源，減少對昂貴的長距離高容量傳輸線的需求。這使得基於多單元的 SMR-160 電力供應更能抵抗自然災害或破壞行為，並消除了建設傳統電網基礎設施的需要和成本。SMR-160 的設計有助於大幅節省設備資本和維護成本，主要由工廠製造和現場組裝。SMR-160 旨在支持未來工廠安全高效的退役：減少輻射源限制污染擴散的工廠佈局有助於放射性設備的拆卸和淨化。

三、Holtec公司稱 SMR-160可以替代燃煤電廠

    依據國際核能消息(WNN)報導，美國Holtec International公司已經申請了一項多級壓縮機專利，該壓縮機可以通過用來自 SMR-160 小型模塊化反應堆的清潔蒸汽替換其燃煤鍋爐來改變任何燃煤電廠的用途。其“技術突破”將使燃煤電廠的大部分資產得到保護及。Holtec 說支持這種方法的概念是使用多級壓縮機，這些壓縮機能夠將 SMR-160 相對較低的焓蒸汽（700 psi，313°C）提升到運轉燃煤電站渦輪發電機所需的高壓和過熱度工廠。可以修改所需的焓提升以支持任何工廠的渦輪發電機的持續運行，並且在大多數情況下不需要任何外部能量輸入。Holtec 表示已經為這項創新申請專利，通過用來自 SMR-160 電廠的清潔蒸汽取代燃煤鍋爐，開闢了重新利用任何燃煤電廠的途徑。目前世界各地數以千計的燃煤電廠過早退役，可以重新用作生產性清潔能源發電資產。美國能源部研究發現，美國各地的數百個燃煤電廠可以轉變為核電廠，從而提供巨大的脫碳收益，並為這些電廠所在的社區帶來實實在在的經濟、就業和環境效益。在最近退役的燃煤電廠所在地安置一個核反應堆可能有助於將美國的核電容量增加到350 GWe 以上。SMR-160 是一個加壓輕水反應堆，使用低濃縮鈾燃料產生160 MWe 的功率，可以靈活地為工業應用和製氫生產工藝熱。該設計已完成加拿大核安全委員會的三階段預許可供應商設計審查的第一階段，並正在與美國核管理委員會進行預許可活動。Holtec 還在英國申請了 SMR-160 的通用設計評估 (GDA)。SMR-160 能夠在任何所需壓力下輸送蒸汽，這也為使用清潔能源開闢了新的前景，例如將高壓蒸汽作為工業應用的原料，或為希望為城市和市政當局提供區域供熱的低壓蒸汽以消除他們目前對產生甲烷和二氧化碳的化石燃料的使用，無論是為了實現清潔能源目標，還是為了防止由於地緣政治緊張局勢而導致化石燃料被迫短缺。

   Holtec 聲稱他們的系統比目前運行的反應堆更簡單，不需要主動泵，這使得它們更可靠。SMR-160 的額定電輸出為160 MWe。相比之下，安裝在 Obrenovac 附近的塞爾維亞燃煤火力發電廠Nikola Tesla A的發電機的額定功率在 210至308.5 MW 間。Holtec聲稱，SMR-160 將通過產生的清潔蒸汽替換其燃煤鍋爐，使任何燃煤電廠都能重新利用。對於擁有許多老舊燃煤電廠的東南歐來說，這聽起來是一個吸引人的提議。與此同時，該公司表示，它還在開發一種高效的太陽能收集器技術，該技術可以與 SMR-160 反應堆位於同一地點，利用燃煤電廠不再需要的煤炭和灰渣處理設施的土地，從太陽能中獲取額外的電力。植物。Holtec 預計通過部署其高熱容量 Green Boiler 可以實現 24/7 能源需求和供應之間的平衡，該鍋爐正在開發以儲存核能、太陽能或風能產生的剩餘電力。這是一種高度絕緣的熱能儲存裝置，帶有集成蒸汽發生器，能夠產生用於包括制氫在內的各種應用的過熱高壓蒸汽。

四、Holtec公司的SMR合作計畫

(一) 在烏克蘭大規模部署Holtec SMR

   根據Holtec公司與烏克蘭國家核運營商 Energoatom 簽署的合作協議，烏克蘭將建造多達20座Holtec SMR-160 核電站。該協議要求第一個工廠在2029年3月前開始供電。Holtec 表示，合作協議設想實施第一個 SMR-160 試點項目，目標是到 2029 年 3 月達到最低受控反應堆功率並與電網連接。合作協議共同製定執行計劃加快在烏克蘭建設多達20個SMR-160工廠，並在該國建立製造工廠，以實現各種設備的本地化生產需要建造。在烏克蘭建造小型模塊化反應堆 (SMR) 不僅有助於加強該國的能源安全，而且還可以取代被俄羅斯襲擊摧毀的火力發電廠並實現脫碳目標。Holtec 的 160 MWe 工廠建造的 SMR 使用低濃縮鈾燃料。反應堆的核心和所有核蒸汽供應系統組件將位於地下，該設計融合了豐富的功能，包括能夠在關閉後無限期運行的被動冷卻系統。運行反應堆不需要泵等有源部件，也不需要任何現場或場外電源來關閉和消散衰變熱。

(二) SMR-160項目在捷克取得進展

   Holtec公司宣布與工程跨國公司Škoda Praha和現代工程建設公司簽署了一份協議備忘錄以推進在捷克建造SMR-160的規劃。根據該協議，雙方將根據捷克法規和標準制定採購、建設和調試捷克共和國 SMR-160 工廠的責任分工，並將捷克內容納入項目交付。雙方還將製定在捷克共和國部署 SMR-160 標准設計的成本估算。該協議是繼 Holtec 與捷克核運營商ČEZ上個月簽署的協議之後簽署的。自 2019 年以來，Holtec 一直與 ČEZ 合作，支持他們對 SMR-160在捷克共和國部署的技術和商業評估，以及根據與技術和研究中心ÚJV Řež的諒解備忘錄和技術交流進行的可行性研究。SMR-160是一種 小型模塊化壓水核電站 ，不依賴任何泵或電機從核燃料中帶走熱量，適用於所有事故場景。

(三)與韓國現代公司合作進行SMR-160的詳細設計

   韓國現代公司與Holtec公司同意開展商業化小型模塊化反應堆合作，兩家公司將設計標準的SMR -160型號，這是一種先進的壓水反應堆，可生產高達160 MWe的電力。通過模型塊化，反應堆可以安裝在小面積的地上，與大型核電站相比更容易找到現場。現代表示，兩家公司將共同參加包括美國和歐洲在內的15個國家尋找商業機會。

(四)與日本及韓國合作

   Holtec公司已與三菱電機公司美簽署協議，為 Holtec 的 SMR-160 小型模塊化反應堆技術設計和製造數字儀表和控制系統 (I&C)。SMR-160 是一種先進的壓水反應堆，可產生高達 160 兆瓦的電力，並且設計靈活，可以為工業應用和氫氣生產過程熱。它依靠重力作為運行反應堆和完全被動安全系統的主力。2021年11月，Holtec與韓國現代建設簽署合作協議，完成SMR-160SMR電站的標准設計，並在全球範圍內交付SMR-160項目。