核電站采用單堆或雙堆機(jī)組。無論哪種，IRIS模塊都適用。因?yàn)槠淠K之間有足夠的空間，即使一個(gè)模塊正在運(yùn)行，也不影響另一個(gè)模塊的建設(shè)。盡管采用了物理隔離方式，其機(jī)組的占地面積仍非常小。例如，提供1000MW功率的3個(gè)IRIS單個(gè)模塊的機(jī)組，其占地面積與相同功率的大機(jī)組相當(dāng)或更小。
許多小型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，都是將許多模塊聯(lián)合運(yùn)行。從這個(gè)意義上說，它們是“小型模塊化反應(yīng)堆”( SMR)。雖然SMR這個(gè)術(shù)語往往被寬泛地用于所有小型設(shè)計(jì)，但并不是所有的小型反應(yīng)堆都是這種方式(例如東芝4S) 。
由多個(gè)SMR聯(lián)合運(yùn)行的機(jī)組與同功率的大型機(jī)組造價(jià)相當(dāng)。與大型機(jī)組相比，SMR更容易獲得投資且更靈活。當(dāng)一個(gè)模塊建設(shè)完成并開始發(fā)電，它將為下一個(gè)模塊的建設(shè)提供資金。西屋公司估計(jì)，1000MW的3個(gè)IRIS模塊，每隔3年完成一個(gè)模塊，以10%的價(jià)格融資10年，最多需要7億美元的負(fù)現(xiàn)金流(相比之下，單個(gè)1000MW機(jī)組的負(fù)現(xiàn)金流約為其3倍)。
Artistic depiction of Westinghouse Small Modular Reactor
對(duì)于發(fā)達(dá)國家來說，SMR提供了經(jīng)濟(jì)的建造方案;對(duì)于發(fā)展中國家來說，SMR可能是唯一的選擇，因?yàn)樗麄兊碾娋W(wǎng)不能承受單個(gè)1000MW的機(jī)組。
西屋公司設(shè)計(jì)的W-SMR是一個(gè)225MW電功率的一體化壓水堆，所有主要部件都位于反應(yīng)堆容器內(nèi)。
采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，燃料組件與AP1000機(jī)組類似(89個(gè)組件，有效長度2.44m，豐度<5%)。蒸汽發(fā)生器位于堆芯上方，主泵采用8臺(tái)水平安裝的軸流冷卻劑泵。反應(yīng)堆容器由工廠預(yù)制，并通過鐵路運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，然后安裝在一個(gè)直徑9.8米、高27米的安全殼內(nèi)0米層以下。反應(yīng)堆容器模塊直徑3.5米，高25米。換料周期為24個(gè)月和設(shè)計(jì)壽命為60年。非能動(dòng)安全系統(tǒng)可以保證在發(fā)生事故后7天內(nèi)不需要操作員干預(yù)。日負(fù)荷跟蹤最快可以以每分鐘5%的速率從100%降到20%;在連續(xù)負(fù)荷跟蹤中，機(jī)組可以以每分鐘2%的速度進(jìn)行±10%功率的負(fù)荷變化。
W-SMR采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)和成熟的部件，以實(shí)現(xiàn)最高水平的安全性并減少所需部件的數(shù)量。這種方式將大大提高許可、建設(shè)和運(yùn)行的可靠性，這是其它SMR不可比擬的。
W-SMR具有如下優(yōu)勢(shì)：
• 非能動(dòng)安全特性，可以自動(dòng)停堆并在運(yùn)行人員不干預(yù)或者喪失交流電7天內(nèi)保持堆芯冷卻;
• 燃料裝料少，在發(fā)生嚴(yán)重事故后釋放的放射性物質(zhì)少;
• 非能動(dòng)熱量導(dǎo)出，利用蒸發(fā)、冷凝和重力的作用導(dǎo)出余熱;
• 用西屋公司的MSHIM技術(shù)，可以跟蹤電網(wǎng)調(diào)節(jié)負(fù)荷;
• 壓力容器地下布置;
• 創(chuàng)新的一體化設(shè)計(jì)消除了一些事故工況;
• 增強(qiáng)了能源安全，減少了全生命周期的碳排放。
為了使反應(yīng)堆更加小型化，西屋公司正在開發(fā)eVinci微堆。
eVinci微堆，新一代反應(yīng)堆，適用于分布式電網(wǎng)的微型模塊化反應(yīng)堆。eVinci微堆的創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合了核裂變、空間反應(yīng)堆技術(shù)以及50多年的商業(yè)核電系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。eVinci微堆提高了可靠性并將維護(hù)最小化，旨在為偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源消費(fèi)者提供經(jīng)濟(jì)可靠的能源。與大型電站相比，微堆體積小，運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝便捷。反應(yīng)堆可以運(yùn)行10年以上，不需要頻繁換料。
eVinci微堆的優(yōu)勢(shì)在于采用了固態(tài)堆芯及先進(jìn)的熱管技術(shù)。固態(tài)堆芯可顯著降低反射性擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，并提高整體安全性。熱管技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)熱量導(dǎo)出和自動(dòng)負(fù)荷跟蹤。
eVinci micro reactor held in a transport container.
eVinci微堆具有如下優(yōu)勢(shì)：
•具有很好的移動(dòng)性。
•完全由工廠建造、裝量和安裝。
•可以產(chǎn)生高達(dá)600°C的蒸汽，可用于工業(yè)生產(chǎn)。
•現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間少于30天。
•自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷。
•可靠性高和操作簡單。
•退役友好。
小型反應(yīng)堆已經(jīng)不是新技術(shù)了。
印度擁有最多的SMR(18個(gè))，功率在90-200MW之間，在1981年至2011年建成。
美國、俄羅斯、中國、印度和法國擁有2600噸位的核潛艇，英國擁有15900噸位的核潛艇。俄羅斯有數(shù)十艘核動(dòng)力破冰船在北極海域巡航，并且首個(gè)浮動(dòng)核電站已經(jīng)完工，于2019年在東西伯利亞的佩維克鎮(zhèn)附近商運(yùn)。
中國等其他國家也參與了小型反應(yīng)堆的建設(shè)。中國廣核集團(tuán)(CGN)有兩種SMR方案:ACPR 100/50S，均采用非能動(dòng)熱量導(dǎo)出，設(shè)計(jì)壽命為60年。兩種方案均采用標(biāo)準(zhǔn)的燃料組件，燃料豐度<5%，換料周期為30個(gè)月。ACPR 100采用一體化設(shè)計(jì)，450MW熱功率，140MW電功率，有69個(gè)燃料組件。反應(yīng)堆壓力容器高17米，內(nèi)徑4.4米，工作溫度310℃。ACPR 100可以將多模塊聯(lián)合為大型電站，并將安裝在地下。
ACPR 50S是作為浮動(dòng)核電站(FNPP)設(shè)計(jì)的，200MW熱功率，60MW電功率，37個(gè)燃料組件和4個(gè)外部蒸汽發(fā)生器。反應(yīng)堆壓力容器高7.4 m，內(nèi)徑2.5 m，工作溫度310℃。作為創(chuàng)新能源技術(shù)“十三五”規(guī)劃的一部分，中廣核于2016年11月宣布在渤海船廠開始建設(shè)首個(gè)FNPP。
小堆的功率雖然小，但是可以多模塊聯(lián)合運(yùn)行。例如，NuScale計(jì)劃在愛達(dá)荷州建設(shè)12個(gè)SMR，總功率將達(dá)到720MW。
近年來，自第四代(GEN-IV)反應(yīng)堆的研究開始，全球反應(yīng)堆的小型化趨勢(shì)越來越強(qiáng)烈。到目前為止，包括美國和英國在內(nèi)的十幾個(gè)國家的私營和國有企業(yè)都在尋求建造這些小型發(fā)電廠機(jī)會(huì)。
