球床反應堆和小型模組化反應堆是目前最受歡迎的核電站型別

這是本系列的第六期也是

最後一期

。如要從頭讀，請在下方點選閱讀：

第1部分：

可再生能源，是“新能源”時代的最佳方案？詳解核能&碳中和未來

第2部分：

過度使用“可再生能源”，卻物極必反？分析德國能源轉型的僵局

第3部分：

法國核電水平，竟遠超德國？押寶核能的法國，能源未來將是好是壞

第4部分：

核廢料問題，竟然可以完美解決？解析目前核電站的缺點&解決方案

第5部分：

無汙染核廢料的核反應堆，真的可行嗎？熔鹽&行波核反應堆篇

球床高溫反應器

更多閱讀：核反應堆“新革命”：新一代超小型核燃料，將完美解決核洩漏問題

球床（卵石床）高溫反應堆之所以得名，是因為核燃料是裝在網球大小的球體（“卵石”）中，而不是裝在傳統的燃料棒中。

每個燃料球由數千個微小的燃料顆粒組成，每個顆粒被包裹在多層耐高溫陶瓷材料中，並嵌入石墨球中。

將燃料封裝在這些陶瓷“塗層顆粒”中，即使在很高的溫度下，也能防止放射性裂變產物逸出

。這極大地提高了系統的安全性。結合其他被動安全特性，它排除了在所有事故情況中大規模釋放放射性物質的可能性。

球床高溫反應器

安全性的第二大優勢是——其負溫度係數非常大，這意味著隨著溫度的升高，鏈式反應的效率會迅速下降。

其結果是，僅從物理學角度來看，當反應堆內的溫度超過某一水平時，裂變反應就會停止。

對於安全性的可靠性：德國尤利希（Jülich）的AVR實驗反應堆，以及後來在中國的HTR-10實驗反應堆上，都極為完美地地證明了這一點。

當發生事故時

，

控制棒被收回，主動冷卻系統被關閉，最終確保任何危機都沒發生。溫度上升到預先設計的最高水平，實驗顯示燃料球均保持完好無損，並沒有明顯的放射性釋放。

球床（卵石床）高溫反應堆的第三個主要優點是它可以連續不斷地加註燃料。 通常來說，傳統的反應堆必須每1-2年進行一次換料。

在此期間，核電站必須關閉，開啟反應堆堆芯容器，取出並儲存乏燃料棒，然後用新的燃料進行替換。

由於高輻射水平，這些操作必須透過遠端控制來完成。

換料操作通常需要3-5周，在此期間，核電站不生產電力。

因此，這些斷電式“加油”自然而然會增加了核能發電的成本。

相比之下，在球床（卵石床）反應堆中，有一個連續的加料過程

：燃料球離開反應堆漏斗形底部的堆體，而新燃料球（或回收的舊燃料球）則被新增到堆體頂部。期間發電過程持續不間斷。

最後，該反應堆被設計成在高溫下執行，發電效率相應提高，並有可能產生工業用過程熱的潛力。

它使用氦氣（一種惰性氣體）作為冷卻劑，防止了不必要的化學副反應，進一步提高了系統的安全性。

球床（卵石床）床反應堆是由德國的魯道夫·舒爾滕（Rudolf Schulten）教授開發的

，在德國，一個小型實驗反應堆，即上述的AVR，運行了20多年。

後來又建造了一個全尺寸的動力反應堆，即300兆瓦的THTR，它被設計成能夠與鈾釷混合燃料一起執行。

THTR專案遭遇了一系列技術問題和反核運動的大規模示威遊行攻擊。但反應堆僅運行了三年，於1988年關閉。

隨後，高溫氣冷堆（HTR）的設計在中國找到了“停靠的港灣”。自2003年以來，清華大學開始執行一臺10兆瓦的原型機。

前年，一個210兆瓦的高溫氣冷（HTR）示範核電站在山東省建成。它被稱為HTR-PM，由兩個反應堆模組組成。這是世界上第一個商業化核能發電站。

工作人員在裝載前檢查HTR-PM的球形慢化劑元件

可用於“大規模生產”的小型模組化反應堆（SMR）

反應堆創新的另一個主旨是——開發更加小巧緊湊、標準化的反應堆模組，以此來降低核能的成本，並增加其靈活性，這些模組可以在工廠生產並輕鬆地運輸至核電站現場。

核電站通常會結合2個及以上的單位，以達到預期所需的電量產出。隨著時間的推移，還可以增加更多的機組。

在集中化設施中，“大規模批次生產”反應堆模組化元件將比在現場建造便宜得多，而且標準化設計將簡化許可審批等一系列繁瑣流程。

此外，由於其低成本特性——啟動資金也只是建設一個傳統大型核電站所需資金的一小部分，這使得此類核電站的建設更為容易並迅速。

小型模組化反應堆（SMR）的歷史，可以追溯到核潛艇的誕生和後來的航空母艦反應堆的發展。

自20世紀50年代以來，大約有700座這樣的反應堆被用於為海上艦船提供動力，其中許多反應堆在設計和建造上都實現了標準化。除了少數幾艘以外，大部分都是為軍艦建造的，

從蘇聯時期至今，俄羅斯已經相當成功地使用了小型反應堆為其北極破冰船提供動力。

此外，俄羅斯還運營著世界上唯一的核動力集裝箱船“塞夫莫爾普特（Sevmorput ）”號。

俄羅斯阿卡德米克·羅蒙諾索夫（Akademik Lomonosov）浮動核電站

在這一經驗基礎上，俄羅斯國家核電公司Rosatom開發了一個浮動核電站，其可以透過水路運輸到沿海地區，為當地社群和地區供電

。

去年年底，俄羅斯開始運營其首個浮動核電站——羅蒙諾索夫上將號(Admiral Lomonosov)。

該核電站有兩座標準的KLT-40型反應堆，用於核破冰船。羅蒙諾索夫上將號（Admiral Lomonosov）可以提供大約70兆瓦的電力，目前其主要安裝在該國遠東地區楚科特卡省的佩維克縣。這座核電站是該系列核電站中的第一座產品，同時Rosatom公司打算將其推向全球市場。

近年來，將具有競爭力的SMR反應堆產品推向市場的熱潮日益激烈。

這場競賽既有老牌的核供應公司，也有各種新的核供應公司。其中，SMR的商業化競爭者：

中核能源科技有限公司(Chinergy)、西屋電氣(Westinghouse)、通用日立(GE-Hitachi)、NuScale和先進反應堆概念公司(Advanced Reactor Concepts)。

然而，任何一個想贏得這場競爭的人，都必須在某處建造他們的第一個完全商業化的SMR。

在這種情況下，中國具有一個明顯的優勢，因為SMR的原型機已經在國內建成（見下文）

，這項工作另一個先天優勢是得到了政策支援，而且我們的體制優勢使得實現核電專案總體上要容易得多（集中力量辦大事）。

這也使得中國也成為歐美公司最為希望建設專案的所在地——另外，技術共享也是一個極具吸引力的條件。

美國著名SMR公司NuScale及其競爭對手日立通用電氣（GE Hitachi）就是一個例子，他們的策略之一就是開發一種經過試驗驗證的反應堆型別的更為小型化、更簡化版本——在這種情況下，這種型別的輕水堆被稱為壓水堆（Pressure water reactor）的輕水反應堆子型別。

兩家公司都聲稱具有高度的內建、被動安全性，並大幅降低了每兆瓦電力的資本成本。NuScale公司似乎已經落地了一個具體的專案：在美國愛達荷州國家實驗室的一個地點建造一個12個模組的參考核反應堆工廠。第一個模組計劃在2026年上線。

與此同時，中國核工業集團公司去年宣佈啟動一個基於壓水堆技術的“小型多用途模組化反應堆”示範專案。

該示範堆被命名為 “玲瓏一號”，預計將於2025年在海南昌江投產。此外印尼和韓國也在研究類似型別的小型模組化反應堆。

總體來看，SMR的格局正在快速發展。

最後談談對於核電的想法

可以說，雖然取得了實質性進展，但對於核裂變動力問題還沒有找到100%令人滿意的解決辦法。

從目前來看，世界不能沒有核能，因此我們目前只能接受一些風險和妥協，直到有更好的辦法出現。

關於LENR更多閱讀：“冷聚變”科普簡史（三）：中國和亞洲的未來，以及商業前景

所謂低能核反應(LENR)存在的證據表明，透過核過程產生基本上沒有放射性的能量是可能的。

這具有巨大的潛在前景。

一方面，有許多相對簡單的實驗給出了淨過剩熱，特別是日本的實驗已經證明了良好的可重複性。

但是還有很多未知數，包括如何在實際應用中調節和控制LENR過程。目前仍缺乏確鑿的物理解釋。樂觀的方面來看，人們可以設想其作為一個相對短期的應用作為一個低或中溫熱源。在許多LENR實驗中發現的嬗變證據，也表明了一種消除放射性廢物的潛在方式；日本已經朝這個方向進行了研究。

“熱核聚變”——是一種完全不同的原則：在這裡，人們對基本物理很瞭解，但在經濟上可行的熱核聚變動力源的開發過程中，技術上的困難仍然是巨大的。

另一方面，熱核聚變有可能獲得比裂變反應堆或任何其他已知能源技術高几個數量級的功率密度。未來可能是光明的。

最後，雖然“氣候問題”和“碳中和”是如今的主流趨勢，但我認為人們不應該100%盲目相信

目前數學氣候模型的預測。但無論怎樣，我們必須考慮，即使人類造成的二氧化碳排放量減少到零之後，氣候變化仍將繼續的可能性。

這就更有理由避免某些某些不切實際、極端或想要轉移矛盾的政策——比如過度投資於所謂的可再生能源，這將削弱實體經濟，削弱各國應對未來環境狀況的能力，並對一些極端惡劣氣候下的能源生產能力產生重大影響，例如前段時間的加州缺電事件。

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