小型模块化核反应堆（Small Modular Reactor，SMR）是目前最具潜力的核电新兴技术之一。每台SMR反应堆发电装机容量不超过300兆瓦，不到传统核反应堆装机容量的三分之一。虽然装机容量不如传统大型核反应堆，但SMR具有部署灵活、环境友好、用途多元、安全性高等突出特点，具有很好的发展预期和市场前景。11月3日，我国“玲龙一号”反应堆实现内部结构全面封顶，这标志着全球首个陆上SMR建设取得重要阶段性成果，为实现SMR的商业化应用奠定了基础。但与此同时，SMR作为一项新兴技术，缺乏监管案例以及公众对新兴技术风险的担忧也阻碍着其发展，例如11月8日，美国相关企业就宣布终止了该国首个陆上SMR的建设。本文从技术优势、发展、商业化进展等方面出发，对SMR的技术现状以及商业化进展开展分析，以全方位展示目前全球SMR相关技术与部署的进展情况。
一、小型模块化反应堆的优势
（1）模块化结构，便于开展运输与部署。SMR体积小、模块化、结构简单、成本低，因此许多SMR设计可以在工厂组装并运输到安装地点进行部署。SMR的主要应用场景包括工业无碳用电或为电网容量有限、远离主电网主干的偏远地区提供清洁能源。
（2）核燃料废料产生少，环境友好。SMR降低了反应堆对于核燃料的需求。与传统核电厂1~2年换料周期相比，基于SMR的发电厂换料频率低，可以每3~7年进行一次燃料更换。一些SMR设计可在不更换燃料的情况下运行长达30年。
（3）结构设计简单，安全性高。与现有反应堆相比，SMR设计通常更简单，其安全概念设计更多地基于SMR的无源系统和反应堆的固有安全特性，例如低功率和低运行压力，这显著降低了在发生故障时出现较大事故的可能。
（4）下游应用场景广泛。小型模块化核反应堆不仅可以用来发电，满足中小型电网的供电，还可以与其它产业进行耦合，如用于城市供热、工业供汽、海水淡化、氢气制备、同位素生产等。
二、小型模块化反应堆的技术发展
全球正在开发的小型堆技术超过80种，根据OCED发布的《小型模块化反应堆发展机遇与挑战》（Small Modular Reactors: Challenges and Opportunities）报告，SMR的技术路线可大致分为单机组轻水SMR、多机组轻水SMR、第四代核能系统SMR、可移动/可运输SMR和微型模块化反应堆（Mirco Modular Reactor, MMR）。
（1）基于轻水堆的小型模块化反应堆。不论是单/多机组轻水SMR还是可运输式SMR，其主要基于第二代和第三代轻水反应堆的进行开发设计，得益于轻水反应堆几十年的建造、运行和监管经验，这类SMR设计较为成熟，它们大约占到了正在设计开发的SMR的50%。
（2）基于第四代反应堆技术的小型模块化反应堆。另外50%的SMR概念设计是基于第四代反应堆技术，采用了替代冷却剂（即液态金属、气体或熔融盐）、先进的核燃料和创新的系统配置。
（3）微型模块化反应堆。MMR是一类特殊的SMR，其装机容量小于10兆瓦，通常能够半自主运行，相对于较大的SMR，其运输能力得到改善，MMR主要用于偏远地区的离网运行。
对SMR领域的SCI期刊发文量及来源国家进行分析（图1），结果显示发文量整体呈现稳步上升趋势，尤其近20年来，国内外对该领域的关注度逐渐提高。
图1 小型模块化反应堆领域发文量年度变化
我国SMR领域发展始于上世纪末期和本世纪初期，相比其他国家起步略晚，但是发展势头十分迅猛。不过由于SMR本身就属于非常新兴的核电能源技术，布局研究这项技术的国家并不算多。美国和中国是该领域发文总量排名前2位的国家（图2），分别有766篇和361篇，约占总发文量的43.8%，其次为英国（277篇）、韩国（187篇）和德国（164篇）。国际原子能机构（IAEA）于2022年3月宣布发起核能发展协同和标准化倡议（NHSI），旨在加速先进核反应堆尤其是SMR的安全部署，以实现2050年净零排放的目标。我国深度参与了IAEA的倡议，参与相关文件的起草和编写，在SMR技术推广上争取到了更多的国际话语权。
图2 小型模块化反应堆领域发文国别分布
专利方面，最早有关SMR的专利申请出现于2010年，截至目前共有181件专利申请，其中94件获得授权，主要来自韩国（21件）、中国（大陆）（18件）、美国（14件）。专利的主题包括SMR的冷却系统、冷却剂、燃料元件、燃料回收技术、SMR安全相关技术等。
图3 小型模块化反应堆授权专利国别分布
图6 小型模块化反应堆授权专利主要技术主题（左）与领用领域（右）分类
三、小型模块化反应堆的商业化进展
相较欧美国家，我国与俄罗斯在SMR的商业化方面走在前列，美国的SMR部署受监管阻碍、缺乏用户等因素进展缓慢。
（1）我国在陆上小型模块化反应堆部署方面领先全球，工程建设进展良好。我国的“玲龙一号”反应堆是全球首个通过国际原子能机构官方审查的三代轻水SMR，也是全球首个陆上商用SMR，“玲龙一号”（ACP100）于2021年7月开工建设，单台机组容量为125兆瓦。截至2023年11月，“玲龙一号”钢制安全壳下部筒体已吊装就位，环吊钩头完成全部载荷试验，满足可用条件。
（2）俄罗斯已实现海上可移动小型模块化反应堆的在边远地区供能方面的应用。俄罗斯则在可移动式SMR商业化方面领先全球，2019年底，世界首座海上浮动式核电站“罗蒙诺索夫院士”号开始在俄罗斯远东楚科奇地区的佩斯韦克市试运行，其拥有两座改进的KLT-40反应堆，每座装机容量达35兆瓦。2020年5月，该项目正式投入运营，成为俄罗斯第11座在运行的核电站，也是世界上最北的核电站，成为俄罗斯楚科奇地区的主要能源来源。
（3）美国的小型模块化反应堆部署受监管阻碍、缺乏用户等因素进展缓慢。美国在SMR研究与部署方面行动较早，但是碍于审批手续的繁杂，目前还没有一项SMR项目投入正式建设，直到2022年8月，美国核管理委员会（NRC）才审查通过了纽斯凯尔电力公司（NuScale Power）的一项SMR设计，这是NRC认证的首个SMR设计。然而，该SMR的建设项目却于2023年11月8日被宣布终止建设，原因是大多数潜在用户不愿承担开发此类项目的风险，无法获得足够的用户。纽斯凯尔电力公司表示将继续与国内外客户合作，将其技术推向市场。
除了上述国家以外，加拿大、阿根廷、罗马尼亚等国也在考虑SMR的部署建设。
四、小型模块化反应堆规模化部署面临的挑战
（1）技术选择与示范堆建设问题。目前绝大多数SMR还处于概念设计阶段，哪些技术路线能够成功实现规模化的商业化还需时间进一步验证，优先选择哪些技术路线开展示范堆建设目前争议较大。
（2）审查许可框架问题。由于目前各国的法律法规、核电项目审查许可程序等主要针对大型核电站，并不适用于SMR，这使得SMR项目的安全评估论证和批准面临挑战，这一现象在欧美国家尤其明显。
（3）供应链问题。包括SMR相关的零件、设备制造能力，高丰度低浓铀（HALEU）燃料及其他新型燃料制造能力等。
（4）公众接受度问题。受切尔诺贝利、福岛等核事故带来的影响，公众目前对新的核电项目的接受程度较低，让公众清晰了解SMR技术的优点，提高公众对SMR的接受度，是SMR能够成功实现部署的关键。
五、小型模块化反应堆未来发展方向
从短期角度而言，由于SMR发展面临的主要困难是由于缺少相关的管理经验以及公众信任等带来的部署审批困难，无法建造示范堆以及时验证设计的可行性。考虑到基于轻水堆的SMR设计已具备较高的技术成熟度和较为适用的监管运营经验，因此预计在2030年左右将有不少此类SMR设计能够通过审批。
从长期角度而言，由于第四代反应堆技术在核燃料循环、热量产出等方面较轻水堆具有优势，但基于第四代反应堆技术的SMR因为使用了液态金属、熔盐、气体等非传统的冷却剂和不同的系统配置，因此在监管审批方面比基于轻水堆的SMR要困难得多，因此在短期内基于第四代反应堆技术的SMR部署还较难实现。目前第四代反应堆技术中相对比较成熟的技术是基于金属（如钠、铅）冷却和气体冷却的反应堆技术，基于上述第四代反应堆技术的SMR还是具有较高的应用潜力。
