全球正在實施的先進堆項目的位置和狀態(綠色，運行中;橘黃，取照中;藍色，規劃中;淡紅，建造中)[1]

對先進核技術的普遍誤解是，它們是概念性的，還不能及時商業化，為實現近期氣候目標做出貢獻。然而，全面審視全球發展先進核能的努力，就會發現它們在商業化和運行方面的快速進展。例如，在美國、加拿大等世界許多國家，許多項目正在進行，特別是在北美地區，最近制定的多項政策，支持先進堆的發展，完全有能力成為這個領域全球的領導者。其他地區的某些國家也在大膽地推進先進反應堆的開發、演示、部署和商業化項目，有些反應堆已經在建造或運行。美國為實現在先進核領域的領導地位，還需要加倍采取政策措施，支持先進反應堆的發展，包括加強政府與私營部門的伙伴關系，如先進堆示范規劃(ARDP)，繼續推進核監管和許可框架的現代化，確保高含量低濃縮鈾(HALEU)燃料的充足供應，并探索聯邦政府采購先進堆技術的機會。

在北美地區，下一代核反應堆統稱為“先進(反應)堆”，正朝著商業化方向取得重大進展，準備成為清潔能源的新工具。這些先進堆，或者是當今主要的反應堆技術即輕水堆(LWR)的進化，或者是非輕水堆設計，但自20世紀60年代以來一直在實驗和有限的商業基礎上運行，從未廣泛應用。

今天是先進堆領域的分水嶺，全球多個不同的設計，正在商業規模上進行演示。它們跨越多個技術、規模和目標應用領域。這些項目的開發時間表說明，許多先進的核能系統有可能在2020年代進行商業演示，在2030年代降低成本并大規模投入使用，以應對氣候的挑戰。 這些反應堆是為大規模生產設計的，通過模塊化、設計簡化和高水平的制造，降低建設風險。由于建設時間更短、建設風險較低，先進堆能通過技術學習，迅速降低成本。

先進堆類型、規模與應用

美國

2020年是美國先進堆取得重大進展的一年。5月，能源部(DOE)啟動先進堆示范規劃(ARDP)，截至2021財年，該計劃為先進堆項目撥款4.8億美元。 這個規劃有下列三個不同的發展和示范路徑：

●先進堆示范裝置：獎勵兩個2027年前運行的全范圍先進堆。DOE將在未來七年為泰拉能源/通用電氣-三菱公司的內特瑞厄姆(Natrium)鈉冷快堆和X-能源公司 Xe-100高溫氣冷堆(HTGR)項目投資32億美元，其中包括一個熔鹽儲能系統。

●降低風險獎：支持未來10-14年內獲得許可和部署的反應堆獎。 DOE預計將在七年內投資約6億美元。 五名得獎者是：

■凱洛斯能源公司(Kairos)的小型試驗堆赫耳墨斯(Hermes)，是商用氟鹽冷卻高溫堆的先驅;

■西屋電氣公司的伊達芬奇(eVinci)，熱管式微堆;

■BWXT公司的先進核反應堆，便攜式微堆;

■赫爾泰克公司(Holtec)的SMR-160，輕水冷卻式反應堆;

■南方公司服務公司的熔鹽氯化物反應堆實驗裝置，泰拉能源公司設計的熔鹽氯化物快堆。

美國凱洛斯能源公司(Kairos)KP-FHR型反應堆的藝術家想像[2]

●《2020年先進堆概念》(ARC 20)獎，是DOE支持的另一途徑，旨在推進本世紀30年代中期有實現商業化潛力的設計。 獲獎者是ARC清潔能源公司，正在開發一種地震隔離的先進鈉冷堆; 通用原子公司(GA)的50 MW級模塊式快堆概念設計; 麻省理工學院(MIT)的團隊正在研究的臥式用于先進核能的高溫氣冷堆(HTGR)概念。 DOE預計將在四年內投資5600萬美元。

美國國會還在年底的綜合法案中，塞進了已通過的《2020年能源法案》(Energy Act of 2020)，其中包括66億美元巨款的授權資金，用于先進核能。 這個法案不僅批準未來五年ARDP的資金，還有個支持國內高含量低濃縮鈾(HALEU)商用的規劃。HALEU用于最先進反應堆的燃料組分，是大規模部署的必要條件。 此外，《2020年能源法案》授權的規劃，側重于核集成的能源系統，這對于演示非電力應用的核技術如制氫、工藝供熱或除鹽非常重要。 雖然國會仍需要為這些規劃撥款，但這項授權為DOE提供了有用的指導，強烈表明先進堆是國會兩黨優先考慮的問題。

《2020年能源法案》中授權用于先進核能的資金的主要內容總結如下:

已授權的先進核能資金(2020年能源法案)

到目前為止，多個ARDP獲獎者宣布的示范場址在華盛頓州的里奇蘭(Richland); 田納西州的橡樹嶺(Oak Ridge);懷俄明州已退役的燃煤電廠;愛達荷國家實驗室(INL)科技園區現場。

在商業示范的同時，美國防部(DOD)正在推進“堡壘”(Pele)項目，目標是在2024年之前設計、建造和演示一個移動式核反應堆原型。2021年3月，美國國防部宣布已選擇BWX技術公司和X-能源公司完成移動式核反應堆原型的最終設計。 在2022年完成最終設計后，DOD可能選擇一家公司建造其原型堆，預計在2023年底完成反應堆滿功率試驗，并在2024年在能源部的設施現場進行戶外移動試驗。

2020年還是美國先進堆頒證的重要里程碑。紐斯卡爾能源公司(NuScale)正在與猶他州聯合市政電力系統(UAMPS)就無碳電力項目(CFPP)開展合作，并于2020年8月獲得美國核管理委員會(NRC)頒發的小型模塊化反應堆(SMR)首個設計許可證。 CFPP將位于愛達荷國家實驗室(INL)現場，預計于2029年開始運行。 2020年，美國能源部撥款14億美元支持這個項目的發展。

奧克洛能源公司(Oklo)也向NRC提交了第一份先進堆的聯合許可申請。 Oklo的極光(Aurora)能源堡(Powerhouse)是個非輕水堆設計的微堆，也建在INL科技園區現場，預計在2023年至2025年之間投入使用。

加拿大

2020年12月，加拿大政府與全國主要利益攸關方共同啟動加拿大SMR行動計劃。 它建立在加拿大自然資源部(NRCAN)領導的2018年SMR路線圖的基礎上，通過與加拿大領土、各省、土著人民和社區、公用事業、供應商和國家實驗室接觸獲得信息。加拿大的SMR行動計劃，在SMR發展、示范和部署的關鍵領域提出了50多項建議，并以利益攸關方的關注為基礎，確立具體的目標。

加拿大第一個先進堆項目是Global First電力公司在加拿大核實驗室(CNL) 喬克河科技園區現場的15 MWt的微型模塊堆(MMR)商用示范裝置，核供應商是美國超安全核公司(USNC)。這個項目是CNL在它管理的現場建設和運營SMR規劃的一部分，有四家公司參與其中，各處于不同的階段。為首的開發者Global First是安大略省發電公司(OPG)和核供應商USNC的合資企業。 Global First已參與取照和環境評估過程，計劃MMR示范裝置2025年投入商業應用。

加拿大MMR™核電機組反應堆安全廠房剖視圖(反應堆壓力容器大，是這種堆的特點)[3]

OPG還尋求在其達靈頓核電廠現場建造電網規模的SMR。這個現場已獲得加拿大核安全委員會(CNSC)頒發的現場準備許可證。 OPG正在與三家核供應商推進工程和設計工作，它們是GE-H的BWRX-300、陸地能源公司(Terrestrial)的 IMSR和X-能源公司的Xe-100。OPG的目標是第一臺機組盡早在2028年上網。

新布倫瑞克電力公司(NBP)是加拿大另一家公用事業公司，也在推進新一代核反應堆。 NBP正在與兩家核供應商Moltex和ARC加拿大核公司合作，2020年代后期在普列斯特角核電廠(Point Lepreau)現場取照并建造先進堆核電裝置。

馬尼托巴省偏遠的Pinawa社區，也同意向離網社區或采礦組織展示SMR的優勢。 Pinawa是CNL管理的白殼實驗室(Whiteshell)的所在地，這個核研發基地目前正在退役中。

俄羅斯

2019年12月，全球首個浮動商業SMR羅蒙諾索夫院士號(Akademik Lomonosov)接入電網。 船上的兩個35MWe的KLT-40C反應堆，基于俄羅斯破冰船使用的技術，為俄羅斯遠東地區的Chaun-Bilibino網絡提供電力。俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)2020年12月宣布，將在西伯利亞的薩哈共和國建造首個商用RITM-200型50MWe的反應堆，它是KLC-40C的升級版，目前用于俄羅斯最新破冰船。今年開始現場工作，預計2028年投入運行。

俄羅斯在快堆部署方面也有許多經驗，在別洛亞爾斯克核電站就有兩個商業規模的快堆：BN-600鈉冷快堆(1980年開始運行)和BN-800(2016年開始運行)，但燃料成分不同。Rosatom越來越把快堆視為俄羅斯核工業的未來，重點項目之一是Proryv(突破)，力圖展示核燃料閉環，以提高鈾的利用率，減少核廢物積累。

Proryv項目的關鍵部分是核反應堆研究所(MBIR)的150 MWt的多回路鈉冷快堆，MOX燃料，能測試鉛、鉛鉍和氣體冷卻劑。 這個堆正在季米特洛夫格勒RIAR內建造，計劃2021年底投入運行。 RIAR還要在同一現場建造高溫化學后處理設施，使核燃料閉環，整個項目與IAEA的國際創新核反應堆與燃料循環項目結盟，對國外合作持開放態度。

Proryv項目的另一部分是BREST OD-300、位于托木斯克地區Seversk的鉛冷快堆。 現場準備工作于2020年開始，計劃反應堆于2026年投入使用。

Rosatom在托木斯克新建brest - odd -300快堆施工現場上空旗幟飄揚[4]

俄羅斯還計劃在季米特洛夫格勒現場示范SVBR-100。它基于俄羅斯核潛艇上使用的鉛鉍反應堆設計。Rosatom和Irkutskenergo(西伯利亞能源公司)各占50%的合資建造，已獲得項目的現場許可證。

其他國家

指英國、阿根廷、烏克蘭，以及沙特阿拉伯等國。但更值得關注的是中國，正在開發兩種球床式高溫堆：清華大學開發的HTR-PM和中科院上海應用物理研究所開發的TMSR。

快速發展第四代核能，一直是中國過去兩個五年計劃的關鍵組成部分，很可能仍將是戰略重點。就行動而言，一直走在世界前列的，是清華大學10 MWt的高溫球床反應堆(HTR-10)和山東威海石島灣核電站建設的兩臺100 MWe的HTR-PM裝置。前者早在2003年就曾成功地投入運行;后者2021年1月開始熱態功能測試，計劃下半年上網發電。

中科院上海應用物理研究所開發的TMSR，甚至比美國凱洛斯能源公司(Kairos)的HFR還早，而且起點較高，能部署在沙漠地區，可緩解國家對能源安全的擔憂;預計是世界上第一個破土動工的商用裝置，不使用大量的水或蒸汽系統來冷卻堆芯。

這個堆的設計額定功率100 MWe;其原型堆10 MWe即將建成調試，將為2030年計劃建成的首個商用堆建設鋪平道路。

釷熔鹽反應堆核能系統(TMSR) 原理圖。反應堆容器高3m, 外徑2.5 m;但包含蒸汽渦輪機等其他設備，整個核電廠較大。[5]

結語

許多國家承認核反應堆是提供低碳能源的一種方法，所以了解先進堆廣泛發展的全球前景很重要。 終端用戶國家對這套技術感興趣，在于它能滿足特定的需求;核供應商國家提供的產品，要有明顯的市場優勢。 美國的核技術，基礎深厚，而且先進核工業已取得重大成就，但能否取得上個世紀60-70年代的輝煌，并不確定。

先進核技術和產品的前景，哪些國家和哪種技術會取得明顯的市場優勢，歸根結底取決于產品的綜合經濟比較優勢，地理位置的局域性是次要的。有些用戶最初選中某種技術，也可能有某些局限性，但不影響最終的結果，上個世界60-70年代堆型選擇的后果，有啟示作用。

幾個國家都在嘗試“核燃料閉環”運行，這是個好兆頭。核工業要取得廣泛公眾的認可，核安全和核廢物處置安全至關重要，而且有可能開啟經濟無憂、安全進入“核時代”之門。

資料與注釋：

1 Third Way, Advanced Reactors: Turning the Corner, Published June 16, 2021

2 ANS, TVA and Kairos partner on demonstration reactor, Nuclear News, May 6, 2021

3 Global First Power, Project Description for the Micro Modular Reactor™ Project at Chalk River, CRP-LIC-01-001, 2019/07/08

4 Darrell Proctor, Nuclear First—Work Starts on Russian Fast Neutron Reactor, POWER, Jun 8, 2021

5 David Dalton, Researchers ‘Unveil Design’ For Next-Generation Commercial Molten Salt Reactor, NUCNET, 22 July 2021