美俄小型水冷堆发展现状及趋势

2023 年11 月，俄罗斯国家原子能集团宣布已批准RITM-200N 小型水冷堆的技术设计，首座陆基小堆电厂部署达到重要里程碑节点。国际原子能机构数据显示，全球已有超80 种小堆设计，其中美俄型号数量位居世界前列。在各类小堆技术路线和设计中，小型水冷堆成熟度高、研发应用进展快，成为美俄近期推动研发和出口的重点。

1 发展现状

美国主要小型水冷堆型号有纽斯凯尔电力公司小堆、通用电气-日立核能公司BWRX-300、霍尔台克国际公司SMR-160 和SMR-300、西屋公司AP300 等，电功率从7.7 万到30 万千瓦；俄罗斯主要小型水冷堆型号有阿夫里坎托夫机械工程实验设计局KLT-40S、RITM-200M 和RITM-200N，多利扎尔国家动力工程研究所Shelf-M等，电功率从1万千瓦到5.5万千瓦。美俄两国在小型水冷堆选型设计、燃料、应用以及研发机构方面都具有较大差异。

1.1 选型设计

美国小型水冷堆相比俄罗斯技术选型多。美国BWRX-300 采用沸水堆技术，其余为压水堆；俄罗斯则全部采用压水堆技术。同时，美国多数小型水冷堆在大型水冷堆基础上进行重新设计，一回路均采用自然循环冷却方式设计，不设置冷却剂泵（主泵）；俄罗斯小型水冷堆主要基于已有的破冰船核动力装置研发，一回路仍主要采用强迫循环的冷却方式。此外，美俄小型水冷堆多采用一体化设计，压力容器内置蒸气发生器和稳压器。

1.2 燃料

美俄两国主要小型水冷堆均采用氧化铀燃料，美国相比俄罗斯燃料丰度低、换料周期短。美国小型水冷堆采用丰度低于5%的低浓铀，换料周期18～48个月。俄罗斯主要小型水冷堆采用丰度低于20%的高丰度低浓铀，换料周期36～120个月。

1.3 部署进展

俄罗斯小型水冷堆研发建设进展较快。俄罗斯KLT-40S小堆浮动核电厂已经投运，RITM-200M、RITM-200N 和Shelf-M 的首堆预计分别在2027 年、2028 年和2030 年投运。美国5 万千瓦版纽斯凯尔小堆已获核管会设计认证、7.7 万千瓦版正在接受审查，国外首堆预计2029 年投运。此外，BWRX-300 首堆预计2028 投运，SMR-160、AP300首堆预计将在2030年后投运。

1.4 出口动向

美国将在多个欧洲国家和加拿大建设小型水冷堆，俄罗斯小堆以国内用户为主。美国方面，向罗马尼亚、波兰出口纽斯凯尔小堆电厂，在加拿大建设BWRX-300 小堆电厂，与乌克兰、印度尼西亚、菲律宾等国合作开展小型水冷堆研究。俄罗斯主要在联邦内的萨哈（雅库特）共和国建设KTL-40S、RITM-200 系列和Shelf-M 等，并与吉尔吉斯斯坦、缅甸等国签署小堆研究合作协议。

1.5 研发机构

美国和俄罗斯的研发机构性质具有较大差异。美国小型水冷堆研发机构主要是私营企业，其中一些机构成立时间较晚。例如，纽斯凯尔电力公司成立于2007 年，霍尔台克国际公司成立于1986年。俄罗斯研发机构主要是国家原子能集团所属的研究院，反应堆设计开发起步较早。例如，阿夫里坎托夫机械制造实验设计局成立于1945 年，多利扎尔国家动力工程研究所成立于1942年。

2 发展动态

2023 年美俄小型水冷堆发展动态不断。其中，美纽斯凯尔小堆海外项目进展顺利，但国内首堆项目终止；BWRX-300、SMR-160、SMR-300和AP300 持续在海内外市场合作开展研发部署。俄进行世界首座小堆浮动电厂的首次换料，为RITM-200N 陆基小堆电厂颁发设计、建设许可证，并大力推动升级型浮动小堆电厂出口。

2.1 美国

2.1.1 纽斯凯尔小堆

2022 年12 月，美国纽斯凯尔电力公司和罗马尼亚RoPower 电力公司签署建设小堆核电厂的前端工程设计（FEED）合同；2023年3月，美国和印度尼西亚签署谅解备忘录，计划由美国贸易和发展署向印尼电力公司提供资金，评估在西加里曼丹拟建一座小堆电厂的技术和经济可行性；2023年5月，罗马尼亚布加勒斯特理工大学启动运营美国以外的首个纽斯凯尔电力公司能源探索（E2）中心；2023 年7 月，波兰气候与环境部宣布原则批准波兰铜业集团公司建设纽斯凯尔小堆电厂的计划；2023年11月，纽斯凯尔电力公司宣布因资金和成本问题，终止爱达荷国家实验室的纽斯凯尔小堆项目；2023年11月，纽斯凯尔电力公司宣布将与橡树岭国家实验室合作进行技术经济评估，研究纽斯凯尔小堆具有经济效益的蒸汽循环设计。

2.1.2 BWRX-300

2023 年1 月，美国通用电气-日立核能公司与多家加拿大企业就在加拿大达灵顿核电厂建设BWRX-300签署了一份为期6年的合同；2023年2 月，爱沙尼亚费米能源公司宣布采用BWRX-300技术建设该国首座核电厂；2023年3月，加拿大核安全委员会宣布BWRX-300 通过第一和第二阶段供应商预许可设计评审（VDR）；2023年7月，通用电气-日立核能公司宣布正在与加拿大安大略电力公司合作，计划在达灵顿核电厂再额外部署3 座BWRX-300 小堆；2023 年12 月，波兰气候与环境部宣布原则批准在六个地点建设24座BWRX-300小堆的计划。

2.1.3 SMR-160、SMR-300和AP300

SMR-160 和SMR-300 方面，2023 年4 月，美霍尔台克国际公司与乌克兰国家核电公司签署协议，计划在乌克兰建设20 座SMR-160 小堆。2023 年12 月，英国政府基于未来核使能基金计划向霍尔台克国际公司英国分公司提供3000万英镑赠款，用于SMR-300 的第一阶段和第二阶段的通用设计评审。

AP300 方面，2023 年6 月，美国西屋公司与芬兰富腾公司签署谅解备忘录，计划在芬兰和瑞典建设AP300 和AP1000 反应堆。2023 年7 月，西屋与斯洛伐克JAVYS签署关于在斯洛伐克部署AP1000 反应堆和AP300 反应堆的谅解备忘录。2023年9月，西屋与乌克兰国家核电公司签署谅解备忘录，计划在乌克兰开发和部署AP300反应堆。

2.2 俄罗斯

KLT-40S方面，2023年11月，拥有两座KLT-40S反应堆的罗蒙诺索夫院士号浮动核电厂进行首次换料。RITM-200N 方面，2023 年4 月，俄罗斯联邦生态、技术与核能监督局向俄原集团颁发在雅库特建设RITM-200N 陆基模块化小堆电厂的建设许可证；2023 年11 月，俄原集团宣布已批准RITM-200N 的技术设计；2023 年12 月，俄原集团宣布已开始制造RITM-200N 各种部件。RITM-200M 方面，2023 年6 月，俄原集团与TSS 集团签署协议，建立合资公司，开拓RITM-200M浮动小堆电厂的海外市场。Shelf-M微堆方面，2023 年8 月，俄原集团宣布已在北极地区为Shelf-M微堆选定五个潜在厂址。

3 发展趋势

3.1 小型水冷堆逐渐成为美国核能出口重点

美国能源部认为，美国在全球核能和核技术的竞争中正在失去领导者地位，提出要加强技术优势，并推动技术出口，恢复核能优势。能源部将小型模块化反应堆等先进反应堆作为未来发展的重点，认为小堆实现预期成本目标的确定性更大，并且有利于迅速扩大核电规模。但是，美国小堆发展存在众多制约。能源部研究报告显示，小堆等先进核能产业化发展存在燃料和部件供应短缺、许可时间长等问题。其中，被列入美国先进反应堆示范计划的Natrium 反应堆就因高丰度低浓铀供应问题将延后至少两年投运。在众多技术路线和设计的小堆中，美国小型水冷堆可依托现有的大堆燃料的供应链和技术许可，实现快速应用。因此，小型水冷堆正逐渐成为美国核能出口的重点，将成为美国能源部和企业亟待的早期商业案例，帮助推动美国核能出口并重建竞争优势。

3.2 小型水冷堆将促进俄罗斯北极经济发展

俄罗斯注重北极发展，认为北极地区发展存在挑战和威胁，包括依赖化石能源、高科技和知识密集型产业增长放缓等。为保障北极利益、确保偏远地区用电需求，俄罗斯提出建设RITM-200N 示范电厂、开发Shelf-M 等，同时确保小型模块化反应堆拥有广泛供应国内市场和出口的能力。目前，KLT-40S 运行所在地佩韦克、RITM-200M 计划部署地点楚科奇等均位于俄罗斯联邦的北极地区，这代表俄罗斯正借助小型水冷堆促进北极地区经济发展，逐步推进其国家目标的实现。

3.3 无核电国家成为美俄小型水冷堆重要市场

对于无核电国家而言，安全性是影响该国引进核能的重要考量因素。新加坡国立大学、东盟与东亚经济研究院等机构研究报告显示，无核电国家缺乏运行大型反应堆的相关专业知识和人才队伍等基础，并且大型反应堆功率和规模较大，国土较小的国家难以控制和承受相关事故风险。相比于大堆，更多采用非能动安全设置的小堆更易于被政府和民众所接受。目前，美俄两国都大力推动向欧洲、东亚和非洲等无核电国家出口小型水冷堆。美国已确定在波兰、爱沙尼亚分别建设纽斯凯尔小堆、BWRX-300 小堆，并推动向印度尼西亚、菲律宾等国出口。俄罗斯与缅甸、吉尔吉斯斯坦合作开发小堆，还将成立专门企业，向中东、东南亚和非洲等国家推广出口小堆浮动核电厂。

4 结语

美俄正在大力推动小型水冷堆技术发展和出口，美国纽斯凯尔小堆、BWRX-300 小堆和俄罗斯Shelf-M 微堆都实现安全特性上的升级，可实现不同程度的自然循环冷却，并减少对运行人员和能动安全系统的依赖，在国际核能市场的关注较高。根据当前小型模块化反应堆发展态势，小型水冷堆在各类小堆中技术成熟度最高、部署进展最快，也最有希望成为小堆中率先实现商业化运行的堆型，但与其它类型的小堆相似，缺乏长期、良好的运行实践，并面临监管、经济性和废物处置等方面的严峻挑战。