由中國核能行業協會主辦的2025春季核能可持續發展國際論壇4月27日在京開幕。中國核能行業協會專家委特邀顧問、國家電力投資集團有限公司原董事長王炳華作主題分享時指出,受各國應對氣候變化以及大型科技、人工智能公司對清潔低碳能源的迫切需求,目前全世界範圍內正在掀起核能小型堆開發熱潮。
王炳華認為,開展供暖、工業供汽、海水淡化等綜合利用,是小型堆未來發展的重要方向。比如國內頭部信息技術、交通運輸企業等已與核能企業合作開展了小型堆為數據中心供電的示範項目前期論證,以及一體化車載微型動力堆研發項目等。
以下為部分演講實錄:
小型堆已成為全球核能科技創新熱點
國際原子能機構(IAEA)定義電功率在30萬千瓦以下的反應堆為小型堆(一般電功率不超過1.5萬千瓦的反應堆又稱為微型堆)。
近年來,小型堆成為美國、俄羅斯、法國等核電強國研發的熱點。2025年3月,美國能源部重啟9億美元資助計劃,重點支持模塊化小型輕水堆的商業化部署。谷歌、甲骨文、亞馬遜等科技巨頭公司紛紛投資小型模塊化核反應堆,擬為其數據中心提供無碳電力。2024年2月,歐盟委員會宣布組建小堆産業聯盟,核心目標是加速小堆技術在歐洲的研發和商業化進程,到本世紀30年代初實現首批小堆部署。俄羅斯已與烏茲別克斯坦簽署首個陸上小堆出口協議,並大力推動海上浮動堆技術出口。
據IAEA統計,目前全球有80多種小堆設計與概念方案,其普遍基於第三代核電技術,並部分借鑒和吸納了第四代核能系統技術理念。從技術路線上分為六大類:以壓水堆為主的水冷陸基堆和水冷海基堆佔43.1%,氣冷堆19.4%,快中子堆佔15.3%(其中70%是鉛冷快堆),熔鹽堆佔13.9%,其他佔8.3%。可近期部署的小型堆技術路線中約70%採用一體化先進壓水堆技術。
我國目前主要有中核、中廣核、國家電投、中科院、清華大學和中船重工等6個集團和單位進行小堆開發,已研發形成了不同用途、不同功率檔次、不同堆型的12種小型堆技術,主要包括陸基水堆、海洋水堆、高溫氣冷堆、快堆和熔鹽堆。其中,中核集團研發的“玲龍一號”ACP100處於工程示範建設階段,預計2026年建成,是全球首個陸上商用模塊化小堆;清華大學開發的200MWe高溫氣冷堆已於2023年底投入商運;中科院開發的2MWt釷基熔鹽實驗堆於2024年實現滿功率。
與此同時,國家電投一體化供熱堆、中廣核集團和清華大學聯合開發的NHR200-Ⅱ低溫供熱堆、中核集團開發的燕龍(DHR-400)泳池式低溫供熱堆等項目前期工作正在積極有序推進;中廣核、中核集團還開發了ACPR50S、ACP100S和ACP25S等海洋浮動堆型號。
小型堆綜合利用應用場景豐富、市場需求廣闊
在我國大容量電網高覆蓋的客觀條件下,小堆單一發電應用場景具有局限性,與大型核電站相比,亦不具備市場競爭力。開展供暖、工業供汽、海水淡化等綜合利用,是小型堆未來發展的重要方向。小型堆規模化部署的預期目標市場主要包括:中小型燃煤熱電聯産機組替代、北方城市區域供熱採暖、核能+石化耦合等工業供汽、海洋和海島開發供能、滿足特殊用戶及出口的需要。
一是中小型(30萬千瓦級及以下)熱電聯産火電機組替代。美國能源部發布《退役燃煤電站轉化為核電站的效益與挑戰調查》報告,指出美國有數百座燃煤電站可以改造為核電站,如果改造成功將有力推進2050年實現凈零排放目標。2030年前後,我國煤電機組將出現壽命到期的高峰期,部分老小機組將會逐漸被淘汰,近年來,華能集團、國家電投集團、中廣核集團、國家能源集團等均開展了在原火電廠址建設小型堆機組的前期研究、論證。
二是北方城市清潔供暖。目前我國北方地區城鎮供暖總面積超過180億平方米,化石能源供暖佔比超過80%,為實現碳達峰碳中和目標,預計到2060年,需要替代的化石能源供暖規模需要達到110億平米。我國已開發了泳池堆等多種低溫供熱堆型號,可以規模化滿足北方地區城鎮清潔採暖需要。
三是“核能+石化耦合”等工業供汽。目前我國工業蒸汽總消費量穩定保持在4.5億吉焦/年以上,現有工業蒸汽的需求量約6.5萬噸/小時,主要靠燃煤等化石能源供汽,未來將達到約13.5萬噸/小時。根據高溫堆、低溫供熱堆等不同的堆型設計,核能供應蒸汽範圍可覆蓋0.35~12.5MPa、100℃~540℃,涵蓋了高壓、中壓、低壓等石化、煤化工以及造紙、印染等普通加工製造業所需的各個蒸汽參數等級。
四是海洋和海島開發供能。我國已制定了海島發展政策規劃,浮動式核電站或海島核電站是海島能源供應重要的戰略選擇之一。開發海洋海島,需要加強能源建設,我國相關部門和單位正在積極加快解決市場需求與技術供給的矛盾,積極發揮小堆在海洋海島能源市場中配置靈活性等優勢。
五是滿足特殊用戶及出口的需要。國內頭部信息技術、交通運輸企業等已與核能企業合作開展了小型堆為數據中心供電的示範項目前期論證,以及一體化車載微型動力堆研發項目等。考慮到“一帶一路”沿線中大多數國家國土面積相對較小,人口規模適中,大型核電站可能並不適合,而小型堆可以更好地適應其電網容量和區域用電、供暖等需求。
建議統籌制定發展戰略,推動實施小型堆“走出去”
美國、俄羅斯、韓國等國根據本國國情和國際市場預判,對小堆研發提出明確的戰略定位和開發目標,引導企業布局研發。美國NuScale一體式小型堆等先進小堆面向國家能源和國防安全,同時支持數據/智算中心等商業化用途;俄羅斯的小堆開發關注軍民兩用需求,規劃建造多&&上浮動核電站和內陸多功能小堆;韓國的SMART小型堆開發目標為電力供應和海水淡化一體化供應,適合中東地區市場。
相比之下,我國小堆研髮型號眾多,缺乏有序規劃,先進核能技術成果共享效應差,技術力量分散。除了戰略定位和開發目標尚不明確,我國小型堆的開發利用還面臨技術成熟度和經濟性有待進一步提高、相關法規標準和審評機制尚不完善、相關配套支持政策缺乏等挑戰。
建議國家層面統籌制定小型堆發展戰略,在新一輪科技重大專項中接續設立小堆專項,支持小型堆型號研發,形成一批國家級小型堆型號序列。針對不同應用場景,組織開展未來市場和技術需求研判,形成符合國情和國際接軌的小堆用戶要求,制定合理可行的型號關鍵性技術指標。國家層面開展資源統籌協調,指導國內小型堆開發企業通過知識産權轉讓、共同投入、共同收益的模式合作開展型號研發,減少不同集團間的重復投資建設。
建議在技術研發和工程實踐過程中,政府部門、設計研發單位、業主單位等多方形成合力,補充完善小堆相關法規標準和審評體系,包括小堆的安全要求、適用標準、應急、安保、監管要求等。針對小堆在供熱、熱電聯供、供汽、海水淡化、制氫等功能中遇到的安審瓶頸,聚焦小堆標準適用、三區劃分、場外應急和公眾溝通等管理性議題開展研究,解決法規建設滯後技術發展的問題。
建議將小型堆作為實施我國核電“走出去”戰略的重要抓手,面向電網容量小、不適宜建造大型核電機組而又有意向發展核電的“一帶一路”沿線國家,通過國際外交活動開展宣傳推介,盡快開展潛在市場評估和技術需求調研,加快形成適應中小電網國家需求、特殊區域用能以及非發電領域發展需求的小堆型號。同時,及早在相關國家和地區進行專利布局,保護我國小堆原創技術,增強國際合作和市場競爭能力。
建議在核能小型堆産業化初期,給予産業扶持政策,將小型堆列入新版産業結構調整指導目錄鼓勵類清單,給予中央財政資金補貼支持;推動核能小型堆參照目前大型核電廠給予徵稅退稅政策;推動認證核能的減排作用,擴大綠電認證和CCER範圍,將小型堆納入其中,將採用核能綜合利用新增的能源消費量不計入當地能源消費總量控制指標。