美啟動先進反應堆示范計劃

2020年5月14日，美國能源部宣布啟動先進反應堆示范計劃(ARDP)，幫助私營企業推動先進反應堆的商業化，目標是在未來5至7年內幫助先進反應堆技術開發商建設2座示范堆，并大力支持有望在21世紀30年代中期實現商業應用的創新型先進反應堆研發。

1 先進反應堆特點

能源部根據裝機容量將反應堆分為三類：第一種是微堆，裝機容量為1～20兆瓦，能夠以車載模式部署使用；第二種是小型模塊堆，裝機容量為20～300兆瓦，能夠模塊式增減裝機容量；第三種是全規模反應堆，裝機容量超過300兆瓦，能夠以基荷方式可靠地提供無碳排放電力。

對于先進反應堆，能源部設定了四方面要求：首先是無人/少人值守安全，即事故發生后，無人干預或少人干預也可確保安全；其次是多用途，即除發電外，還可以提供工藝熱，海水淡化，并能夠以負荷跟蹤模式運行，彌補間歇式能源缺陷；第三是廢物再使用和處置，即能夠大幅減少需要處置的乏燃料數量，部分技術能夠對乏燃料進行再使用；第四是易于融資，即能夠在工廠批量制造，且造價較低。

2 先進反應堆示范計劃

5月14日，能源部發布資助機會公告，宣布將提供ARDP下的首批資金，共計1.6億美元。美國反應堆技術開發商可通過三條途徑提交資助申請：第一是先進反應堆示范，這一途徑將能在未來7年內幫助建成一座示范堆；第二是降低未來示范面臨的風險，這一途徑將幫助最多5個研究團隊應對技術、運營和監管方面的挑戰，以便為未來的示范做好準備；第三是先進反應堆概念2020(ARC 20)，這一途徑將支持有望在21世紀30年代中期實現商業化的創新型反應堆設計。在2020財年預算中，國會為ARDP撥款2.3億美元。

在執行過程中，ADRP將與國家反應堆創新中心倡議(NRIC)開展廣泛合作。NRIC倡議根據《核能創新能力法》設立，能源部于2019年8月啟動，由愛達荷國家實驗室牽頭，目標是為私營技術開發商提供必要支持，幫助其測試和示范反應堆概念并開展性能評價，加速推進先進反應堆設計的取證和商業化進程。

3 美國先進反應堆研發現狀

根據能源部公布的信息，美國企業正在研發的先進反應堆設計超過20種(詳見表1)。這些反應堆大致可以分為五類：一是使用水作為冷卻劑但裝機容量小于傳統輕水堆的小型模塊化水冷堆；二是以液態金屬(鈉或鉛)為冷卻劑的反應堆，相對于現有的商業核電反應堆，這種反應堆的運行溫度較高，運行壓力較低；三是以氣體為冷卻劑的反應堆，這種反應堆通常在高溫下運行；四是以熔融氟化鹽或氯化鹽為冷卻劑的熔鹽堆；五是熱管冷卻堆。

目前商業化進度最快的先進反應堆設計有兩種，即紐斯凱爾電力公司研發的小型一體化壓水堆以及奧克洛公司推出的微型熱管冷卻堆Aurora。

紐斯凱爾小堆已于2019年12月成功通過美國核管會第四階段設計認證評審，并有望于2020年9月獲得設計合格證。紐斯凱爾正在與猶他州聯合市政電力系統公司合作推進美國首個小堆電廠建設項目。這座電廠將位于愛達荷國家實驗室，由12座小堆組成。廠址準備工作2021年啟動；工程建設(澆筑第一罐混凝土)2023年開始，首堆2026年投運。全部12座反應堆2027年投運。紐斯凱爾表示該電廠的目標平準化電價為65美元/MWh。

奧克洛公司2020年3月向核管會提交建設和運營一座Aurora微堆的聯合許可證申請，意味著該公司在推進Aurora設計的商業化方面取得重要進展。這也是核管會收到的首份非輕水型先進裂變堆聯合許可證申請。在此之前，能源部2019年12月授予奧克洛在愛達荷國家實驗室建設Aurora首堆的許可。奧克洛是第一家獲得此類廠址許可的非輕水型反應堆開發商。

此外，值得關注的是，美國國防部戰略能力辦公室宣布2020年3月將在貝利項目中為三家反應堆技術開發商提供總計3975萬美元，幫助開展移動式微堆原型堆的工程設計工作。兩年之后，國防部將選擇一種設計，啟動原型堆建設。獲得資助的三家開發商分別是西屋公司、BWX技術公司和X能源公司。西屋宣布，將利用國防部資金推進固體堆芯熱管冷卻堆“埃文西”(eVinci)的商業化。BWX技術和X能源均沒有公開宣布國防部資助下的微堆設計。

4 結語

為了加速推進先進反應堆技術的商業化，在未來的全球市場競爭中占據領先地位，美國能源部啟動了先進反應堆示范計劃，準備在未來5至7年內建成2座示范堆，并大力推進創新型先進反應堆的研發。目前美國企業正在研發的先進反應堆設計有超過20種，首座先進反應堆電廠有望在2027年建成投運。