俄面向闭式燃料循环的新型反应堆技术发展布局

俄罗斯副总理亚历山大·诺瓦克2022年2月宣布，俄罗斯将在2030 年前开始建设VVER-S改进型压水堆。该反应堆可以通过调节中子能谱，提升核燃料利用率。

俄罗斯近年来逐渐确立“二元核能体系”（即热堆闭式燃料循环和快堆闭式燃料循环相结合）的发展蓝图并列入核工业国家计划，目标是通过更高增殖比的新型反应堆和铀钚混合燃料的应用，提升铀资源利用效率，解决当前核电可持续性不足的问题。对此，俄罗斯基于已有技术，从VVER压水堆、钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆四个方向原创性地提出新解决方案，根据现有基础布局发展路线，为未来核能发展奠定技术储备。

1 VVER水冷堆发展方向

VVER压水堆是俄罗斯目前主流核电堆型，技术和经济性不断提升优化。最新型号VVER-TOI首批2 台机组已于2018 年和2019 年开工建设。为提升现有大型压水堆闭式燃料循环能力和铀资源利用率，俄罗斯正在VVER机组推进铀钚再生混合物（REMIX）燃料应用。REMIX 燃料钚含量最高只有1.5%，可直接在现有压水堆机组使用，2021年已建成生产能力，并启动先导燃料组件入堆试验。

为更充分实现闭式燃料循环、提升铀资源利用率，俄罗斯提出近期发展方向是可调中子能谱的VVER-S反应堆，远期发展方向是具有超临界参数的VVER-SKD。

VVER-S 是成熟VVER 的改进，又称“超级VVER”，其不再使用硼酸调节，而是通过改变堆内构件设计，在堆芯内引入置换器改变堆芯水铀比，实现在换料周期内调节中子能谱，提高增殖比，减少废物量。与VVER-TOI 相比，VVER-S用于开式燃料循环，天然铀消耗量可降低30%；用于闭式燃料循环，铀钚混合氧化物（MOX）燃料使用量可从50%提高到100%。俄罗斯国家原子能集团公司（简称“俄原集团”）2021年宣布将在科拉核电厂建设2座60万千瓦VVER-S反应堆，计划2030年前启动建设。

VVER-SKD（或VVER-SCWR）反应堆为超临界水堆，反应堆主要特征于2019—2020 年确定，主要特点是超临界蒸汽参数和可调中子能谱，热效率可达45%，将使用MOX 燃料和钍燃料，增殖比达到1 以上，建设费用低，安全性提高。当前研发计划是在2026年前形成主要设备和辅助设备的制造技术、核燃料制造技术的方案等。俄罗斯还打算建设小功率超临界水堆作为多用途实验堆，用于VVER-SKD 实验燃料元件和结构材料辐照试验等，近年已提出3万千瓦反应堆设计。

2 钠冷快堆发展方向

钠冷快堆是俄罗斯技术进展最好的液态金属冷却快堆，已经过了实验堆（BR-5、BOR-60）、原型堆（BN-350、BN-600）和商用示范堆（BN-800）多个阶段，反应堆技术成熟，现阶段任务是示范闭式燃料循环。首座BN-800即别洛雅尔斯克4号机组将在2022 年夏季逐步过渡到全堆芯MOX燃料运行，以实现闭式燃料循环示范。

钠冷快堆下一步发展方向是批量化建设有足够经济竞争力的大型机组BN-1200M。俄罗斯在BN-800建设时期，确定了120万千瓦堆型的设计目标，2014年完成BN-1200基本设计。为达到更高运行效能和经济竞争力，俄罗斯2017年启动BN-1200改进工作，称BN-1200M。与BN-800相比，BN-1200M运行寿期从45年延长到60年，燃耗、严重事故概率、单位功率的金属用量等性能均大幅改善，可使用MOX 燃料或铀钚混合氮化物燃料，目前还在继续开展技术参数和经济性改进、可行性评价，以及反应堆设备试验研究与验证等，后续还将开展全尺寸堆芯临界台架实验等。别洛雅尔斯克5 号机组将采用BN-1200M设计。这已被列入政府批准的2035年前核电厂建设计划。

3 铅冷快堆发展方向

俄罗斯2010 年启动“突破”项目，聚焦研发建设由原型铅冷快堆BREST-OD-300 以及配套闭式燃料循环设施构成的“中试示范能源综合体”。BREST-OD-300 于2021 年6 月启动建设，将采用铀钚混合氮化物燃料，预计2026年投入运行，主要用于获得运行经验，验证铅冷快堆的安全性和经济性，给未来BR-1200商用堆奠定基础。

铅冷快堆的下一步发展方向是建设大型铅冷快堆BR-1200。BR-1200 在2019 年形成概念设计，反应堆厂房总体尺度显著小于同等装机容量的VVER 反应堆，从而提升经济性，建设费用比VVER-TOI 下降20%，发电效率可达到44%。俄原集团认为可在2030年前启动反应堆建设。

4 熔盐堆发展方向

俄罗斯过去对熔盐堆仅开展了理论研究。鉴于其固有安全性、闭式燃料循环、焚烧长寿命锕系元素等优势，近年来将熔盐堆也纳入了核工业发展国家计划。熔盐堆发展的第一步将建设一座实验熔盐堆及其乏燃料后处理模块。

实验堆热功率不超过1万千瓦，以VVER乏燃料后处理后的四氟化钚溶解于氟化锂铍盐的混合物作为燃料。建设地点位于矿业与化学联合体，计划2024年完成设计，2027年申请建设许可证，2031 年启动建设。俄原集团2021 年启动的工作涉及熔盐堆中子物理学软件、合金结构材料生产与实验验证等，2022 年生产出第一批氟化锂铍盐，还计划在2027 年建成实验熔盐堆主要部件的全尺寸原型测试台架。

5 小结

在发展“二元核能体系”战略下，为达到提升闭式燃料循环能力、降低天然铀需求、减少放射性废物量等目标，提升核能可持续发展能力，俄罗斯推动支持闭式燃料循环的新型核能堆型发展布局，从多条堆型路线上原创性地提出新解决方案，布局了一系列发展方向，为未来核能发展奠定技术储备。

根据已有技术发展水平的差异，俄罗斯新技术布局和进度设想主要包括：（1）成熟技术优化，在成熟的VVER-1200 压水堆基础上进行改进，发展中子能谱可调的VVER-S大型商用机组，计划2030 年前建成；（2）完成技术验证，发展大型商用堆，一是计划2035 年前建成大型商用钠冷快堆BN-1200M，二是期望在2030年启动大型商用铅冷快堆BR-1200建设；（3）对超临界水堆、熔盐堆等基础薄弱、技术尚未成熟的堆型，近期重点开展关键技术研发，准备建设实验堆，熔盐堆实验堆可能在2030年左右开始建设。

上述新堆型技术开发将加强俄罗斯核能工业技术储备，提升其未来发展潜力与竞争力，但是新堆型技术研发周期长、技术风险大。尤其是超临界水堆、熔盐堆技术基础薄弱，且俄罗斯经费和资源保障能力欠缺，核工业重大工程项目屡屡拖期。这些新堆型是否都能如期取得进展，尚存在较大的不确定性。