国外主流第三代核反应堆技术发展情况

导读：第三代核反应堆是对第二代的进一步改进和优化，强调安全性和事故应急响应能力。目前国外第三代反应堆供应国包括美国、法国、俄罗斯、韩国和日本。典型堆型如美国AP1000、法国EPR、俄罗斯VVER-1200及VVER TOI。下面主要介绍市场上国外主流或典型第三代(+)核反应堆技术的发展情况。

从21世纪开始，美国西屋电气（简称西屋（Westinghouse））公司继续押注于压水堆设计，开发了第三代设计AP1000、2回路1150MWe压水堆，利用自然力和简单的设计来增强电厂安全和运营，降低建设成本。AP1000的设计继续使用经过验证的组件，以及AP600设计固有的安全性和简单性。AP600设计是西屋电气最初启动的第三代压水堆设计，但对该设计缺乏竞争力的预测促使该公司开发了AP1000。

AP1000设计具有先进的非能动安全特性，其主要安全系统，如余热排出系统、安注系统、安全壳冷却系统等，均采用非能动设计，系统简单，不依赖交流电源，显著提高安全壳的可靠性，安全裕度大。AP1000在建造中大量采用模块化建造技术。整个电厂共分4种模块类型，包括结构模块122个、管道模块154个、机械设备模块55个和电气设备模块11个。

AP1000核反应堆技术特点

AP1000采用的模块化设计结构

目前有五台AP1000机组投入商业运营，其中两台位于中国浙江三门，两台位于中国山东海阳，一台位于美国佐治亚州沃格特勒(Vogtle)核电站。

AP1000核反应堆是第三代+(GenIII+)核能技术，具有完全的非能动安全系统、模块化结构设计等突出特点，并且是市场上每兆瓦(MWe)占地面积最小的反应堆。在美国Vogtle核电站建造了两台机组(3号和4号机组)，3号AP1000机组已开始为电网发电，而4号机组则正在准备初始燃料装载，预计将在2023年第四季度或2024年初进行商业运营。目前，在中国已投运的四台AP1000机组正在创造运行性能记录，另外六座反应堆正在建设中。波兰为其首个核能计划选择了AP1000技术建设三台机组，而乌克兰则致力于开发九台机组。保加利亚正计划建造一台机组，同时，中欧、东欧、英国和美国的多个厂址也正在考虑采用西屋AP1000技术。

山东海阳核电站

Vogtle 3号机组(美国30多年来第一个新的核电建设项目)

法国法马通EPR

EPR是第三代+压水堆设计核反应堆，已经获得法国、英国、芬兰和中国四个国家公认的核能机构的许可，主要由法国的法马通(Framatome)(2001年至2017年隶属于法国阿海珐(Areva)，现隶属于EDF)和法国电力集团(EDF)以及德国的西门子设计和开发。在欧洲，这种反应堆设计被称为“欧洲加压反应堆”(European Pressurised Reactor，EPR)，国际化名称为“进化动力反应堆”(Evolutionary Power Reactor)，但现在简称为“EPR”。

EPR为单堆布置四环路机组，电功率1650MWe，双层安全壳设计，外层采用加强型的混凝土壳抵御外部灾害，内层为预应力混凝土。EPR的燃料费用将以高平均燃耗(60GWD/T)方法来降低，采用5%浓缩铀燃料。后期改进堆型还考虑了钚的利用(即MOX燃料，氧化铀与钚的混合燃料，可达堆芯的50%)。EPR设计寿命为60年，换料停堆时间为17天。

EPR主要安全特征

目前有3台EPR的机组建造中、3台开始商业运转。

第一个投入运营的EPR单元是中国广东台山1号机组，于2018年12月开始商业运营。台山2号于2019年9月开始商业运营。迄今为止，欧洲工厂一直受到长期施工延误和成本大幅超支的困扰。第一台开工建设的EPR机组位于芬兰奥尔基洛托(Olkiluoto)，原定于2009年投入运行，但直到2023年4月16日Olkiluoto 3号机组才开始正式商业运营，推迟了14年。第二台在法国弗拉芒维尔(Flamanville)开工建设的EPR(Flamanville 3号)机组也面临着长达十年的调试延迟(从2013年到2024年)。英国欣克利角C(Hinkley Point C)的两台机组于2016年9月获得最终批准;第一台机组预计将于2027年开始运营。

EDF已经承认在建设EPR设计方面存在严重困难。2015年9月，EDF表示正在研究“新模型”EPR(后来命名为EPR2)的设计，并且建造起来会更容易、更便宜。2022年2月，法国政府宣布重启核电计划，计划到2050年新建六座第三代压水反应堆(EPR2)，并对再建八座核反应堆进行可行性研究。另外，EDF正在开发EPR2的较小型号，使用三个而不是四个冷却剂回路，产生1200MWe净功率，即EPR1200，旨在用于出口。EPR1200完全基于经过充分验证的EPR设计，受益于EPR在1200MWe(而不是1650MWe)功率输出下的稳健性，具有最高的安全标准以及优化的技术、经济和环境性能。EPR1200是完全欧洲制造的III+代核反应堆。它经过专门设计，以满足各种监管、电厂和电网条件，同时将其价值链重点集中在欧洲。

EDF预测，到2050年全球可能会有超过30座EPR反应堆。

法国政府计划2050年前建造新核动力电站

俄罗斯国家原子能公司VVER系列

俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)主要有两种第三代+压水堆设计，即VVER-1200(又称AES 2006)和VVER-1300(又称VVER TOI)。

VVER-1200是俄罗斯国家原子能公司在拥有多年运行经验的VVER-1000设计基础上研发的一种1200MWe压水堆设计，建造周期约54个月，使用寿命预计60年。这种设计的主要特色包括设计简单，拥有4条回路，并采用了非能动安全系统等。

VVER-1200设计是VVER设备系列中的最新发展。它满足第三代+核电站的所有国际安全要求。VVER-1200由俄罗斯国家原子能公司下属的工程公司——莫斯科研究所和圣彼得堡原子能设计院(Atomenergoproekt)——建设，并由位于波多利斯克(Podolsk)的俄罗斯水压试验设计局(Gidropress)设计。

前四台机组已在俄罗斯列宁格勒二期核电站和新沃罗涅日二期核电站(各两台)建成并投运。更多采用VVER-1200/491型的反应堆(如列宁格勒二期设计)已计划并正在建设中(如加里宁格勒和下诺夫哥罗德核电站)。安装在新沃罗涅日二期核电站的VVER-1200/392M型也被选用于谢韦尔斯克(Seversk)、中央(Zentral)和南乌拉尔(South-Urals)核电站。俄还计划在库尔斯克核电站建造两台VVER-1200机组。

2012年7月，俄罗斯与白俄罗斯达成协议，在奥斯特罗韦茨核电站建造两台VVER-1200/V-491型机组。2020年11月，白俄罗斯的第一座VVER-1200核反应堆并网。这两台V-491机组是在俄罗斯以外建造的第一批VVER-1200。第二座反应堆的燃料装载于2021年12月开始，并于2023年5月开始并网发电。

2015-2017年，埃及与俄罗斯达成协议，在其埃尔达巴核电站建设四台VVER-1200/529型号机组。2022年7月埃及浇筑了1号机组与安全相关的混凝土。2022年10月，埃及核与辐射管理局(ENRRA)批准了2号机组的建设，同年11月19日开始建设。2023年5月3日，3号机组正式开工建设。

此外，两台由俄罗斯设计的VVER-1200/V-392M机组正在孟加拉卢普尔(Rooppur)建造。1号机组于2017年11月开工建设，2号机组随后于2018年7月开工建设。这两个机组预计将在2023年和2024年并入国家电网。

2019年3月7日，中国核工业集团公司与Atomstroyexport签署了建造四台VVER-1200/V-491的详细合同，包括田湾7、8号机组及徐大堡3、4号机组。建设于2021年5月开始，所有机组预计在2026年至2028年期间投入商业运营。

土耳其阿库尤核电站正在建造四台基于新沃罗涅日核电站VVER-1200/V-392M设计的VVER-1200/509型机组。印度库丹库拉姆核电3～6号机组采用VVER-1200机组机型，其中3、4号机组于2017年开工，计划于2023年完工，5、6号机组于2021年开工，计划于2027年完工。

图表：土耳其正在建造的用于阿库尤核电站的VVER-1200反应堆

 

场址	类型	总发电功率（MWe）	开始建造时间	计划启动时间
Akkuyu1	VVER-1200/V-509	1200	2018年4月	2023年
Akkuyu2	VVER-1200/V-509	1200	2020年4月	2024年
Akkuyu3	VVER-1200/V-509	1200	2021年3月	2025年
Akkuyu4	VVER-1200/V-509	1200	2022年7月	2026年

 

资料来源：世界核协会(WNS)

VVER-1300(VVER TOI)是在对VVER-1200设计进行改进和优化的基础上发展起来的，主要特征如下：

装机容量略有增加，达到1225-1300MWe(名义容量为1300MWe),改进的非能动安全系统和冷却系统。

造价更低(降低约20%)，建造期更短(除首台机组外，建造期为40个月)。

VVER-TOI设计旨在提高俄罗斯VVER技术在国际市场上的竞争力。它将使用VVER-1300/510压水反应堆的建造满足现代核安全和辐射安全的要求。

相对于VVER-1200，VVER-TOI主要变化是反应堆压力容器的制造工艺改进，由VVER-1200的6道焊缝改为4道焊缝。压力容器的钢材也改用没有辐照脆化限制的新型钢材。这些变化是反应堆寿命延长到60年，堆芯燃耗深度可达70GWD/T，实现24月换料的保证。热功率3300MWt，堆芯装载163个优化燃料组件。蒸汽发生器更大，而且增加改进型非能动系统，可以实现停堆后72小时无需操纵员干预。

VVER-TOI的非能动安全系统设计

建造周期可以缩短到40个月，从而极大降低建设成本和运行成本。2009年开始设计，2012年底完成，2013年申请俄罗斯设计许可。俄罗斯打算在欧洲和美国也申请VVER-TOI的许可，从而进军欧美市场。

库尔斯克Ⅱ期1号和2号机组分别于2018年4月和2019年4月浇筑第一罐混凝土，是首批启动建设的VVER-TOI机组，用于取代库尔斯克的四台在运RBMK机组。

小结

先进反应堆技术通常被称为“第四代”核反应堆，现有的商业反应堆被称为“第三代”或者“第三代+”。北美、日本、欧洲、俄罗斯、中国等反应堆供应商在规划或在建的有十几种满足(URD、EUR)的三代核反应堆，它们在满足用户要求文件(URD、EUR)的基础上，每种堆型采用不同的设计理念：如AP1000采用安全系统“非能动化”和简化系统的设计理念;EPR采用安全系统增加冗余度的设计理念。这些堆型都是百万千瓦级别、单堆布置、双层安全壳、采用内置换料水箱设计。除了APR1400之外其它几种堆型在中国都有建设，而且除了VVER-1200，其它几种堆型之间还着很深的技术渊源。