模块式小 型反应模块式小 型反应堆堆

2013 年 11 月

国际小堆核电站研发情况

小型堆研发概况名称 电功率 堆型 研发公司KLT-40S 35 MWe PWR OKBM, 俄罗斯VK-300 300 MWe BWR Atomenergoproekt, 俄罗斯CAREM 27-100 MWe PWR CNEA & INVAP, 阿根廷IRIS 100-335 MWe PWR Westinghouse 国际联队SMART 100 MWe PWR KAERI, 南韩mPower 180MWe PWR B&W 美国PBMR 80 MWe HTR Eskom, 南非GT-MHR 285 MWe HTR General Atomics ( 美国 ),

Rosatom ( 俄罗斯 ) 联队BREST 300 MWe FNR RDIPE, 俄罗斯SVBR-100 100 MWe FNR Rosatom/En+, 俄罗斯Hyperion PM 25 MWe FNR Hyperion, 美国 Prism 311 MWe FNR GE-Hitachi, 美国FUJI 100 MWe MSR ITHMSO ，日本 - 俄罗斯 - 美国联队

一体化压水堆小堆

• mPower B&W 美国• SMART KAERI, 南韩• IRIS Westinghouse 国际联队

mPower 主要设计特点• 模块化设计： 单个模块输出电功率：

180MWe • 堆芯一体化设计• 非能动安全系统及措施： 应急堆芯冷系统（ ECC

S ）非能动设计自然循环• 模块可扩容至 10 台以上机组• 安全壳地下布置方式：将安全

壳、乏燃料水池和最终热阱布置在地下，从而大大提高了核电厂的安全性。核电厂内还可以贮存整个电厂寿期内所有乏燃料

• 核电厂占地面积 40 英亩

主要设计特点• 标准的燃料组件（ U-235 富集度小于 5% ）• 主系统无需可溶硼参与正常反应性控制• 标准的发电及 BOP 系统和组件• 冷凝器可以采用空气冷凝与水冷冷凝两种方式• 灵活的电网接口（ 50Hz 或 60HZ ）• 数字化仪控系统

主要参数堆芯热功率 530MWt

发电功率 气冷式冷凝器： 155MWe

水冷式冷凝器： 180MWe

燃料组件 69 组（ 17×17 正方形栅格排列）燃料富集度 / 换料周期 ＜ 5%/ 4.5 年反应性控制 69 组电动液压控制棒驱动机构，无需可溶硼参与

正常的反应性控制

一回路冷却剂运行压力 14.1MPa

堆芯出 / 入口温度 320 /297℃ ℃

压力容器 直径： 13 英尺，高度： 83 英尺，净重： 628 吨蒸汽发生器 直流式蒸汽发生器（ OTSG ）主泵 8 组内置主泵（其中电动机部分外置）

一体化堆芯设计

压力边界的一次侧和二次侧

专设安全设施

固有安全性及专设安全设施• 堆芯线性热效率较低 • 一回路冷却系统容量较大 • 高位置的小型贯穿件 • 提供长期的余热排出功能• 在 LOCA 情况下，自动提供压降措施。• 换料水贮存箱可以长期提供应急的冷却水• 非能动安全壳冷却系统有助于安全壳降温• 具备堆腔淹没能力• 在 ATWS 工况下，提供可溶硼的注入

发电及辅助系统（ BOP ）

BOP 及厂房布置• 提供两种冷凝二回路蒸汽的方式：空气和水冷冷凝器• 采用了常规的蒸汽循环设备（易于维修和更换）• 引入了多种非能动系统和其他的安全设施，在不需要任何

BOP 系统工作的条件下，可冷却堆芯中的燃料长达 72 个小时• 核岛厂房布置采用了地下布置方式——安全壳、乏燃料水池及最终热阱的地下布置大大提高了核岛的安全性。安全壳采用了钢制安全壳结构，形成了反应堆的第三道屏障

• 安全壳具有较大的容积和容量，在基准事故工况下，可以有效的限制安全壳内压力的上升

• 可以同步进行换料停堆和 NSSS 系统设备检修，节省停堆时间并提高经济性

• 安全壳地下布置，兼顾了核电厂与周围环境的保护和共同和谐发展

核岛厂房——安全壳地下布置

总平面布置图展示

总平面布置图展示

总平面布置鸟瞰图

韩国 SMART 设计

SMART 核电厂主参数热功率 / 电功率 330MWt/ 100MWe

海水淡化能力 40000m3/ 日电厂可利用率 ＞ 90%

运行压力 15MPa

堆芯出 / 入口温度 310 /270 ℃ ℃

反应堆堆芯 高 :2m 直径 :1.832m

燃料二氧化铀 富集度 4.95% ， 57盒，排列： 17×17； 264 根燃料元件棒

控制棒组件 25 组；控制棒导管数 24 根蒸汽发生器 8 台，螺旋管状；设计寿命： 15 年主泵型式 4 台，单级轴流屏蔽电机泵压力容器 内径： 4072mm；壁厚： 264mm；设计寿命： 60 年电厂设计寿命 60 年换料周期 ＞ 3 年反应堆冷却剂系统 循环方式：强迫循环

专设安全设施 • 由反应堆停堆系统、非能动余

热排出系统、应急堆芯冷却系统、反应堆超压保护系统和钢制安全壳组成

• 应急情况下通过注硼操作，作为备用的非能动停堆系统

• 非能动余热排出系统（ 4套）连接蒸汽发生器，带走余热，自然循环运行 ， 72h 内无需人为干涉

• 相互独立的应急堆芯冷却系统（ 2套）由压力差自动开启，保证堆芯淹没

• 双层安全壳，内层为真空、耐压的钢制容器，用于包容事故中一回路的泄漏物，外层为通常核电站采用的混凝土安全壳

海水淡化设备 • MED-TVC海水淡化技术，

采用的是热压缩原理。用高压蒸汽在 TVC 中吸入末效或中间效蒸发器产生的部分低压二次蒸汽，将其提升压力和温度后作为一效蒸发器的加热蒸汽，达到低压蒸汽重复利用的目的。它可利用高压蒸汽的能量，避免了工作蒸汽直接减温减压造成的蒸汽能量损失

国际革新型安全反应堆 （ IRIS ）核电厂主参数

热功率 / 电功率 1000MWt/ 335MWe

设计寿命 60 年可利用率 ＞ 95%

主冷却剂流量 4700kg/s

运行压力 15.5MPa

堆芯出 / 入口温度 328.4 / 292℃ ℃

燃料组件 89 盒 17×17；高度 5207mm

控制棒组件 37 组；吸收体数量 24 根压力容器 内径： 6210mm ，体壁厚： 285mm ，总高度：

21300mm

蒸汽发生器 8 台立式、螺旋管状，高度： 8500mm

主泵 8 台联轴式、密封电机安全壳 钢制、球形，直径： 25m ，高度： 32m

一体化的反应堆冷却剂系统布置

蒸汽发生器（ SG ）

稳压器

非能动安全系统

非能动安全系统（ 1 ）非能动应急余热排出系统 (EHRS)

（ 2 ）自动卸压系统（ ADS ） （ 3 ）安全壳压力抑制系统（ PSS ） （ 4 ）全压应急硼注射箱（ EBT ） （ 5 ）压力容器堆腔

小型高压安全壳 • 采用球形钢制安全壳结构

形式 ，其设计承压能力至少可以高出 3倍

• 燃料组件通过位于安全壳上方的换料装置从压力容器内垂直向上提升，直接放入燃料操作和储存区域。因此在安全壳内部无需设置换料设备

• 所有的重型反应堆设备利用通过换料装置上方的桥式吊车来从安全壳密闭封头吊入至压力容器

小堆核电站多种用途的开发

模块式小型堆具有广泛用途• 模块小型堆具有高参数，可涵盖核能发电、工业工艺供热、

• 城市区域供热、海水淡化等多种用途所需的热能参数要求

供电供电 //供汽供汽 //供热供热 //海水淡化海水淡化

工业工艺供汽工业工艺供汽 //城市区域供热城市区域供热• 工业工艺供汽（汽电联供）工业工艺供汽（汽电联供） 城市区域供热城市区域供热（热电联供）（热电联供）

核能海水淡化核能海水淡化 // 边远地区海岛中小型电网电源

• 边远地区中小型电网电源• 核能海水淡化（水电联供）核能海水淡化（水电联供）

自主开发的 ACP100

ACP100技术方案及主要性能指标 总体技术方案• 反应堆一体化布置• 强迫循环• 外置蒸汽稳压• 内置直流蒸汽发生器• 屏蔽式主泵• 集成式堆顶结构• 非能动安全设施• 小型混凝土安全壳• 凝汽式汽轮机• 汽轮机抽汽热法海水淡化

ACP100 主要性能指标反应堆热功率 310MWt反应堆冷却剂入口温度 282.6℃反应堆冷却剂出口温度 323.4℃反应堆冷却剂平均温度 303℃冷却剂系统最佳估算流量 6500m3/h反应堆冷却剂系统稳压方式 外置蒸汽稳压反应堆冷却剂系统运行压力 15MPa机组运行控制方式 一回路平均温度不变

二回路压力恒定燃料组件类型 CF2截短型组件燃料组件活性段高度 2150 ㎜燃料组件数量 57组

ACP100 主要性能指标主要性能指标 数值机组名义电功率 ～ 100MW机组水电联供产出（最大水量） 5 万吨水 / 天+59MWe

工艺供热蒸汽参数 250 ℃ ， 4MPa工艺供热蒸汽最大产量 450t/h城市区域供热 / 回水温度 125 /65℃双堆城市区域供热面积 630万 m2

热电厂可利用率 ＞ 90％反应堆换料周期 2 年反应堆设计寿命 60年极限地震动 (SL-2)加速度 0.3g

ACP100 主要性能指标燃料富集度（平衡循环） 4.2%驱动机构类型 钩爪步进磁力提升型控制棒组件数量25束 反应性控制方式控制棒、固体可燃毒物

及可溶硼蒸汽发生器类型套管式 OTSG蒸汽发生器台数16主蒸汽温度 >290 ℃主蒸汽压力 4MPa主蒸汽产量 450t/h主给水温度 105 ℃主泵台数 4

总体布置特点

• 双堆共用燃料厂房• 反应堆埋于地下–抗震能力更高–抵御外部事件能力更强

–事故放射性释放极低

严重事故预防与缓解措施

防氢爆防高压熔堆

防 CV底板熔穿

防安全壳超压

非能动氢复合器非能动氢复合器

非能动安全壳冷却系统

非能动安全壳冷却系统

自动卸压系统自动卸压系统

重力注水堆腔淹没

重力注水堆腔淹没

厂房方案

ACP100 主要性能指标1 ）纯凝汽工况（ TMCR) 主蒸汽流量： 450t/h；温度 285℃；压力 3.75MPa； 电机功率： 94716 KW （冷却海水 19 ℃ 情况）2 ）热电联供工 循环水供水温度： 125℃循环水回水温度： 65℃ 单台汽机最大供暖面积： 315 万 m2； 单台机组最大供暖同时发电功率： 50163 KW 3 ）水电联供工况 海水淡化最大日产能： 50000 吨 /天（单机） 海水淡化工艺：低温多效 - 蒸汽压缩喷射器法（ TVC-MED 海淡抽汽参数：压力 0.4MPa 、温度 235.5℃。 蒸汽流量： 38t/h 、造水比： 11

ACP100 主要性能指标• 一体化布置– 一回路高自然循环能力– 消除大 LOCA 事故

• 屏蔽泵无轴封 LOCA 事故• 压力容器下封头无贯穿件• 低堆芯功率密度，具有更高的热工安全裕量，更好适应与 CHF 有关的预期瞬态

• 较小的热储能• 单位功率冷却剂装量大，主系统热容量和热惯性高，降低系统对堆芯升温瞬变的反应，自稳自调性好

ACP100 主要性能指标• 系统简化，减少故障• 自然力实现非能动应急堆芯冷却及非能动应急余热排出

• 事故放射性源项低，并具有多重放射性包容屏障，可实现厂外应急极小化

• 核岛埋于地下–岩体作为天然的放射性隔离屏障–利用岩体有效抗击恐怖袭击–为就地退役掩埋创造条件

ACP100+ 研发工作

ACP100 与 ACP100+ 主要区别ACP100 ACP100+

反应堆功率 ～ 310MWt ～ 400MWt

机组名义电功率 ～ 100MWe ～ 125MWe

反应堆冷却剂 充硼 无硼

反应性主要控制方式 调硼 调棒

控制棒驱动机构布置 外置 内置

稳压方式 外置蒸汽稳压 内置蒸汽稳压

波动管 有 无

面临的挑战• 降低单位千瓦造价• 开发多种用途，提高热利用效率，降低运行成本

• 采取有效的安全措施，消除可能的严重事故产生

• 采取措施，在各种可能的事故情况下，防止放射性外泄，无需厂外应急，使小堆核电站更接近用户，特别是热源和冷源的用户

谢 谢