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小型核反應堆的發展
2022/01/25 21:23:54瀏覽1038|回應0|推薦33

小型核反應堆的發展 


 一、小型核反應堆具前瞻性  

     小型核反應堆是先進的反應堆,其環境影響遠小於大型堆,從而提供了選址和安全上的便利。小型模塊化堆(SMR)有兩大特點,一是小型,另一是模塊化。小型堆是指功率大約處於10MW到300MW之間的核分裂反應堆,與傳統大型核電站比較,小型核電站有安全、機動、模塊化、彈性化、經濟性及佔地小等優點,可以安裝在不適合大型核電站的地區。模塊化是可以預先在工廠製造,然後運輸到現場安裝,這使得它們比大型動力反應堆更便宜,把一個大型的電站分散成若干個小型的模塊,每個模塊都包括一個反應堆堆芯,有些設備也可公用,這樣的優勢在於供應可觀發電量的同時,大大提升了堆芯的安全性。另外,分散成若干模塊也更有利於功率調節,小型核電站以成品模塊形式在大型機器製造廠量產可縮短工期及減少難度。小型核電站具有高機動性,因此能成為風能和太陽能等可再生能源的良好補充。能與綠能互補在夜間和無風時獲取電力,由此出現一個潛在的巨大市場——供機動靈活的小型核電站專用。在無法建設大型核電站的地方,小型核電站也能發揮。一般而言小型模塊化核電站的建設成本較低約為每兆瓦時16美元,日後可通過建立新模塊來逐步擴大功率,這極大地簡化了能源項目的融資難度。由於功率密度的下降,反應堆的安全性自然提高。小堆設計可建成半地下或者全地下,不但簡化了防擴散屏障的結構,也提高了反應堆抵抗地震海嘯導彈以及飛機墜落等事故的能力。 

    SMR 降低了燃料需求,與傳統核電站1到2年更換燃料週期相比,SMR 的發電廠只需每3 到7 年更換一次。俄羅斯的羅蒙諾索夫號是世界上第一座浮動式核電站,於2020 年5 月開始商轉,使用兩台35 MW(e) 的SMR。其他SMR 正在阿根廷、加拿大、中國、俄羅斯、韓國和美國建造或處於許可階段。小型核反應堆可提供船舶動力、海水淡化、偏遠海島電力甚至太空火箭核動力,核能事實上攸關人類整體的未來命運,核能科技涵蓋許多其他機械、電子及材料科技,台灣的廢核是很愚蠢的行為,自己斬斷高科技的吸收及發展,而美國老大哥不但讓核電廠延役至80年,太空總署還在研發核動力火箭,核動力火箭可大幅縮短地球至火星所需的時間,美國甚至全人類想移民外太空必須借助核能。另外,美國的所有航空母艦及潛艇都是核動力,最近美國國防部還在為軍事基地用電研發小型核反應堆,為甚麼崇拜美國的台灣不學老大哥發展核能的前瞻性眼光呢?  

二、各國小型核反應堆最新發展 

   多種因素將影響SMR的成功開發和部署,目前水冷式SMR佔比最大,有31種方案,其中6種屬於船用。高溫SMR屬於第二大類,有14種方案。高溫反應堆(HTR) 技術具有多項技術優勢,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。為配合能源減碳趨勢,多用途的小型堆已成為全球核能發展的重點。各國SMR發展如下:  

(一)俄羅斯

   俄羅斯原子能公司(Rosatom )認為羅蒙諾索夫號浮動核電裝置是世界第一個運行的 SMR。這艘船可為北極城市佩維克提供7 萬千瓦電力。Rosatom還將在雅庫特地區建造一個50 MW 的 RITM-200 型陸基小型反應堆,預定2027年運轉。Rosatom也為開發薩哈共和國(雅庫特)的Kyuchus金礦使用RITM-200N小型反應堆提供40 年的電力供應。RITM 系列的SMR特點如下:換料週期,5-6 年;設計壽命,60年;可用性係數 90%;廠房面積(雙反應堆廠房),15英畝;建設工期3-4年。浮動核電站在俄羅斯北部和偏遠地區提供熱能和電力方面具有重要的價值,這些地區佔俄羅斯國土的 50% 以上,礦產儲量最豐富,但沒有中央電力系統供電。Rosatom 和吉爾吉斯斯坦能源工業部簽署了一項備忘錄,可能在吉國建造小型反應堆。Rosatom表示正在推進使用 SMR 在菲律賓發展核能,同時它與亞美尼亞和吉爾吉斯斯坦簽署了推進 SMR 的協議。

(二)美國

   美國能源部說預計美國首個SMR機組將於2026年運轉,此反應堆是猶他州聯合市政電力系統(UAMPS )在愛達荷國家實驗室 (INL) 建電廠的一部分。美國NuScale公司已經拿到了在愛達荷州建造擁有12個反應堆模塊核電站的項目,設計目標是替代老舊火電廠,提供發電和熱能應用, 2022年將獲得設計認證批准並開始建設。2020年7月29日,美國核管會(NRC)下屬反應堆安保諮詢委員會(ACRS)稱,美國NusScale電力公司小型堆申請審查即將完成,NuScale是美國首個提交小型堆設計認證的公司。根據美國防務新聞網報導,五角大廈計畫設計一個小型核反應器供美國本土以外的部隊使用,根據美國核能研究所報告,90%的軍事設施平均每年的能源使用量可以通過40 MWe或更小的核電裝機容量來滿足。美國西北能源公司表示考量在華盛頓州哥倫比亞核電廠附近廠址建造小型堆以符合該州《清潔能源轉型法》中有關溫室氣體抑減要求。

(三)加拿大

   加拿大於2018年公佈了SMR路線圖,將於2025至2040年間建設。2021年10月6日,先進反應堆概念清潔能源加拿大公司(ARC Clean Energy Canada)表示,2029年在新不倫瑞克省啟動ARC-100先進小型模塊堆是可實現的目標。先進反應堆概念公司(ARC)與新不倫瑞克電力公司(NB Power)和莫爾泰克斯能源公司(Moltex Energy)是2020年建立的SMR供應商“集團”的一部分。ARC-100小型堆是先進反應堆概念公司正在研發的100 MWe池式鈉冷快堆,使用金屬燃料,換料週期為20年。

(四)日本

   2019年,美國通用電氣-日立(GEH)公司與愛沙尼亞的費米能源公司簽署協議合作研發GEH的BWRX-300型SMR設計在愛沙尼亞部署的可能性。BWRX-300是發電容量30萬千瓦(300 MWe)的水冷、自然循環、非能動安全系統支持的SMR。2021年12月 2日,美國通用電氣-日立(GEH)公司宣布,新一代小型模塊化反應堆在加拿大獲得訂單。這是日本企業的小型商用反應堆首次獲得訂單。此次GEH公司從加拿大安大略電力公司(OPG)獲得訂單,將在2022年內申請建設4座機組,最快在2028年建成一號機。將交付功率30萬千瓦級稱為“BWRX-300”的小型反應堆,採用日立擅長的輕水反應堆技術。

(五)韓國

  韓國政府在1997開始研發小型模塊化反應堆SMARTSMART是壓水反應堆,用於發電和海水淡化。2021年,韓國政府計劃啟動SMR 的研發,文在寅政府對新建核電站仍持消極態度,但正逐步轉向下一代核技術的研發。韓國對各種類型的SMR和下一代核電技術進行了研究,韓國斗山重工業(DHIC)宣布,已與韓國水電和核電(KHNP)簽署協議,加強在清潔氫生產和能源融合業務方面的合作。根據協議,兩家公司將建立使用清潔能源的氫氣生產和儲存設施,促進使用SMR進行氫氣生產研發,2012年獲得韓國核安全與核安保委員會標准設計認證(SDA),2015年與沙特簽署協議(評估在沙特建造至少2台SMART反應堆的可行性),2018年韓沙正式開展聯合研究,包括工程設計和建造準備。

(六)英國

   英國是積極修法以適應小型反應堆建設的國家之一, 2018年啟動了建設小型反應堆計劃。知名引擎生產商勞斯萊斯2021年11月初宣布成立小堆公司,稱將在2029年前興建10至15個SMR。每個SMR都小至可放在大型拖車尾部來運輸,建成後每個佔地面積約1.5英畝,將設置於約10英畝的核電站內,勞斯萊斯聲稱每個SMR將可運作六十年,並提供440 MW功率。勞斯萊斯已提交SMR設計接受通用設計審查(GDA)。英國政府希望該項目有助實現減碳目標。

(七)中國大陸

    2021年7月13日,中國大陸中核集團的“玲龍一號”(ACP100)海南昌江多用途模塊化小型堆科技示範工程正式開工,發電功率12.5萬千瓦,建設週期為58個月,預計2026年建成。海南昌江核電基地將成為中國小型反應堆發展的一個起點,為了開發和推廣小型多功能反應堆,中核集團2011年即與原中國國電集團公司組建成立中核新能源公司。2016年,中核集團自主研發設計的ACP100成為世界首個通過國際原子能機構(IAEA)安全審查的小堆技術。中核集團ACP100總設計師宋丹戎說,機組容量越大成本越低,這種“規模效應”對小堆不利,但小堆的低投資成本、較短工期、特殊應用及機動性優點可彌補。 

三、能源危機需要可快速擴展的小型反應堆

    歐盟將於2050 年實施全面脫碳的政策和碳稅制度,加上比利時和德國許多大型核電站的關閉以及燃煤電廠的淘汰,而及間歇性可再生能源無法供應足夠電力需求,到2040 年在歐盟部署小型模塊化反應堆(SMR) 是一個有潛力的商機。歐洲的變化速度極快,因為每噸75美元的碳稅將使油頁岩和煤炭發電失去競爭力。歐盟的所有部門都制定了具有法律約束力的2050 年全面脫碳政策。歐盟範圍內的煤電(約60GW 容量)將在2030 年至2050 年間逐步淘汰,只有核能是最具氣候變化和極端天氣適應能力的能源。目前碳排放量極高的煤炭仍然主導著全世界的發電,用可再生能源完全取代的希望並不靠譜。目前天然氣價格持續上漲,連帶使電價成本升高,台灣的能源政策中天然氣配比高達50%將自吞苦果。全球煤炭發電量為8735 TWh,歐盟目前每年仍燃燒約2.5 億噸煤來發電,中國燃燒4 億噸煤炭用於區域供熱,國家目標是轉向更清潔的燃料。因此,未來幾十年對天然氣的需求將非常非常強勁,為核能創造非常有利的投資環境。

    2021年全世界面臨間歇性可再生能源無法提供大規模脫碳所需的能源規模和價格。德國2021年上半年風電部署低於1GW,年度目標為4GW,受氣候影響,風電發電量下降25%。歐洲的能源危機似乎才剛開始,因此迫切需要小型核反應堆來提供可靠、可擴展的解決方案。國際原子能總署(IAEA)於2020年發布的《小型模塊化反應堆技術進展》共收錄了72種小堆技術。這些堆中,近一半是由技術成熟的大型壓水堆發展而來,其中,在海上用的小堆有五六種,包括俄羅斯的海上浮動核電站KIT-40S,其餘部分屬先進四代堆,美國NuScale的小型堆,設計目標是替代老舊火電廠,提供發電和非電力的熱能應用,減少二氧化碳排放,2022年將獲得設計認證批准並開始建設。俄羅斯《消息報》網站稱大型核電機組的銷售有下滑風險,中小型核電站或將成為未來市場主角。縮小規模不僅有助於能買得起,同時也可改變公眾對核電的態度,小型核電站將成為整個核電工業的救命稻草。


( 時事評論政治 )
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