潮流能

一、估算

潮流能功率密度计算公式^[1]：
P=0.512·V³（4）
式中：P为最大功率密度（单位kW/m²）;V为大潮平均最大流速（单位m/s）。
评估中，采用断面法式（5）和式（6）计算水道理论最大功率N总和理论最大可开发功率N可开发。

N总=P·B·H（5）

N可开发=P·SIF·B·H（6）

式中：B为水道横断面宽度;H为水道横断面平均水深;B·H为水道断面面积;SIF为有效环境影响因子;即在不对环境产生显著影响的前提下，可开发量与理论储量之比。此概念是B&V公司在RobentGordn大学Bryden，L.G等人研究的基础上提出的，SIF取值：0.1~0.2;0.2为上限，本文取上限值0.2。^[1]

二、能源数据^[1]（如右图一）

三、发电装置

根据小组选址，此处采用成山头数据^[1]。

2009年，加拿大的新能源公司开发出了名为EnCurrent的水轮机，它的特点是采用4个旋转叶片并且保持一定的偏移角度，现阶段已经推出了5kW、10kW和25kW 3种模型。
这里我们采用25kw模型

根据右侧的能量曲线图和成山头数据，

其发电功率为15kw，根据小组每年2000Mwh的需求，应需15.2台，但考虑到实际情况波动，使用18台。

https://www.energy-xprt.com/products/mid-sized-line-of-power-generation-system-727504

[1]高飞, 李广雪, 乔璐璐. 山东半岛近海潮汐及潮汐、潮流能的数值评估[J]. 中国海洋大学学报, 2012, 42(12): 91–96.

太阳能

1.区位特色

威海市地处北纬36°50′～37°35′之间，属于温带季风气候，年均日照时数大约2498.8小时。

2. 技术规划与空间布局

3. 详细计算过程

3.1 基础数据

• 威海地区太阳能资源：年水平面总辐射量约为 1400 kWh/m²，将其转换为标准的峰值日照时数（在标准测试条件STC下，1 kW/m² 的辐照度），年峰值日照时数约为 1400小时，日均峰值日照时数：约 3.84小时 （1400小时 / 365天）。
• 系统性能核心指标：系统效率（PR）：光伏电站的系统效率（Performance Ratio， PR）是衡量电站实际发电性能的关键指标，其计算公式为：系统效率 （PR） = 实际发电量 / 理论发电量 × 100%。

3.2 各技术板块详细计算过程

3.2.1 海上光伏

技术选型：采用双面双玻组件，正面效率22.5%，得益于水面反射光，背面可贡献 8%-12% 的额外发电增益，背面增益取10%。

• 系统效率（PR）：参考菲律宾一个2.72kWp屋顶光伏系统的性能数据，其PR值为77.10% 。大型海上光伏系统在此基础上，还需考虑水面反射增益，并扣除水上环境带来的额外线损和温升损失。取 82%。
• 理论年发电量：理论发电量 = 太阳辐射总量 × 太阳电池板转换效率 × 光伏电池板的面积 = 1400 × （22.5% × （1+10%）） × 400,000 = 138,600 MWh
• 实际年发电量：实际发电量 = 理论发电量 × PR = 138,600 MWh × 82% ≈ 113,652 MWh （约113.65 GWh）

3.2.2不规则地形光伏 

• 技术选型：采用常规单晶PERC组件，效率取 22.0%。
• 系统效率（PR）：取 78%。
• 理论年发电量：理论发电量 = 1400 × 22.0% × 300,000 = 92,400 MWh
• 实际年发电量：实际发电量 = 92,400 MWh × 78% = 72,072 MWh （约72.07 GWh）

3.2.3 光伏建筑一体化 （BIPV） （覆盖10万平米占地）

• 技术选型：采用钙钛矿光伏组件。钙钛矿技术是新兴的高效光伏技术，实验室效率不断提升。一项最新研究表明，甚至在特定条件下探索了超越传统效率极限的方法 。此处保守假设其商业化组件效率为 20%。
• 系统效率（PR）：取 75%。
• 理论年发电量：理论发电量 = 1400 × 20.0% × 100,000 = 28,000 MWh
• 实际年发电量：实际发电量 = 28,000 MWh × 75% = 21,000 MWh （约21.00 GWh）
• 单位面积产能：21,000 MWh / 100,000 m² = 0.210 MWh/m²/年
• BIPV的10万平方米是其所覆盖的建筑占地面积，其光伏面板是垂直或以一定角度安装在建筑表面，并未额外占用场地内的地面面积

3.2.4 高辐照区光热耦合系统

• 技术原理：该系统通过聚光器和光谱分光技术，实现太阳能的全光谱利用[4]。
• 综合效率：理论上可实现 54% 的综合转换效率[4]。
• 系统效率（PR）：取 85%。
• 理论年发电量：理论发电量 = 1400 × 54% × 200,000 = 151,200 MWh
• 实际年发电量：实际发电量 = 151,200 MWh × 85% = 128,520 MWh （约128.52 GWh）

3.3 能源产出汇总与评估

各技术板块年发电量汇总

• 总年发电量：约335.24 GWh
• 单位面积年发电量：0.335 MWh/m² （即每平方米土地每年平均产出335 kWh电力）

热能细节

设备参数

1.热泵型号：HE450型热泵机组 （项目案例）

2.制热量：455kW

3.制热COP：4.8

计算公式：热泵的制热量(单位w)与输入功率(单位w)的比值。

COP=Q1/Q2。（其中Q1=c × m × △t）

COP为能效比;

Q1为热泵的制热量;单位w;

Q2为输入功率;单位w;

C为水的比热;单位C=4 187 J/（kg·°C）;

m为水的质量;单位kg;

△t为水的温升;单位°C

4.循环水泵参数：水泵型号为KQL80/150-7.5/2型，流量为46.7m3/h，扬程为28m，功率为7.5kW

5.风机盘管参数：型号为德州亚太FP-136型，制冷量为6.3kW，制热量为9.8kW，风量（高速）为1360m3/h，功率为56W

6.工作流程：抽水泵机开启，将地下水抽出并输送至热泵机组中的换热器（冬季为蒸发器），热泵机组通过工质的作用，把换热器从地下水中提取的热量输送至另一端的换热器（冬季为冷凝器），再通过水环系统把热泵机组释放的热量传输给安装在温室中的风机-盘管末端，末端冬季供暖，夏季制冷。

7.示意图（见右上）

8.案例

中国农业大学上庄实验站位于北京市海淀区上庄镇辛力屯村，为满足办公室、职工宿舍和部分温室共3000m²左右的建筑空调需要（其中连栋玻璃温室约为750m²，日光温室两栋，共约1000m²）。如图2所示，该空调系统由三个循环组成：地下抽水、回灌水循环，热泵机组工作循环（制冷剂工作循环）和水环系统与温室中风机盘管末端组成的循环。

供能细节

1.估计年供热量：约3538MWh

2.计算方法

年供热量 = 系统总装机容量 × 平均负荷系数 × 年供暖小时数

=6台 × 455kW/台 × 0.45 × 2,880 小时

= 2,730 kW × 0.45 × 2,880 小时

= 3,538,080 千瓦时

≈ 3,538 兆瓦时。

3.关键参数

供暖季长度：从11月中旬至次年3月中旬，约120天。

冬季平均室外温度：取5°C。

室内设计温度：设定为18°C。因此，整个供暖季的平均室内外温差为13℃。

总供暖面积：人均建筑面积30平方米估算，总供暖面积约为 61440 平方米。

单位面积热负荷指标：在缺乏详细建筑资料的情况下，参考供热指标，建筑保温性能按尚可估计，我们可取 40 W/平方米 进行估算。

社区总设计热负荷 = 61440 平方米 × 40 W/平方米 = 2,457 kW。

所需机组数量 = 社区总设计热负荷 / 单台制热量 = 2,457 kW / 455 kW ≈ 5.40 台。

能源：化石能源

• 1. 需求分析

小组采用能源大多为过程性能源，存在不稳定的因素；化石能源作为含能体能源可以对其进行补充。又由于小组所用能源种类较多，弥补了一部分不稳定性，故暂定设计0.12MW的装机容量，供特殊情况原能源产量降低及谷期时备用。

理想情况下年能源产量：0

• 2. 装置设计
• （1）基础分析

1.选址濒临海湾且距煤矿已探明地点较远，采用天然气作为主要燃料。

2.装置作为备用电源或尖峰负载调节系统，应具有快速启停能力。

• （2）细节设计与创新技术

考虑采用天然气→①甲醇→②发电进行发电。

与纯氢相比，甲醇拥有诸多优势：1) 甲醇在常温呈液态，易于存储和运输；2) 甲醇来源广泛且价格低廉；3) 甲醇含氢量高。

（1）利用CO2加氢法合成甲醇。在此甲醇合成工艺中，原料成分主要包括天然气、二氧化碳、氢气和水，天然气利用天然气管道输送，二氧化碳来自于烟道气，原料经过上述四个反应流程得到纯度较高的甲醇。

甲醇合成反应遵循以下流程：原料气首先进入反应器（R-101）中发生预反应，即为甲醇合成预处理过程。在该反应中原料气中的C2+杂质被去除。而后进入高温甲烷混合重整（R-102）反应器，反应器出口的气体为重整制合成气，将合成气在闪蒸罐（D-102、D-103）中去除含有的水分，最后进入甲醇反应器（R-103）中开始生产甲醇，这时的甲醇纯度并不高，需要经过精馏塔进行精制。采用循环式反应，即在甲醇合成反应完成后，将反应器中绝大部分未反应的物料与生产出的甲醇进行分离，这部分物料与新鲜物料混合重新进行甲醇合成反应，提高甲醇产量和物料转化率。

[1]

（二）

由于所设计系统在实际运行中的复杂性，研究做了以下假设以简化建模和计算：使用零维集总参数法进行建模；忽略系统中管道和换热器的压力和热损失；SOFC的运行温度等于其出口温度；本研究中的冷却器由海水冷却，海水温度为20°C；MSR过程仅发生在外部重整器中；所有涡轮和加压设备的等熵效率和机械效率均相等。

甲醇重整反应主要通过Aspen Plus中的Gibbs反应器实现，假设该过程可以充分进行。实际上，MSR反应可能受到温度、压力、浓度和催化剂等多种因素的影响，但最终的化学反应平衡常数不受催化剂影响。

MSR：CH3OH+H2O→CO2+3H2（1）

在燃料电池模块中，SOFC由多孔阳极、多孔阴极和离子导电电解质组成。当空气供应到燃料电池的阴极时，它产生氧离子，这些氧离子转移到阳极并与氢气结合产生水和电子，从而发电，SOFC的相关反应式如下：
阴极： 1/2O₂ + 2e⁻ → O²⁻ 阳极： H₂ + O²⁻ → H₂O + 2e⁻

整体反应：H2+0.5O2→H2O

燃料电池电流 I 可以表示为：
（7） I = 2F * （n ̇_H₂ + n ̇_CO） * U_f
其中 I 是燃料电池的总电流，n ̇_CO 和 n ̇_H₂ 分别表示燃料合成气中CO和H₂的摩尔流量，mol/s。F代表法拉第常数，而 U_f 表示燃料利用率。

电池电流密度 i 可以表示为： i = I / （N_cell * S_cell）
其中 N_cell 是燃料电池中单个电池的数量，而 S_cell 代表单个电池的有效面积，cm²。

燃料电池的实际电压可以表示为： V_cell = V_ref + Δ V_T + Δ V_P + Δ V_fuel + Δ V_air
其中 V_cell 表示燃料电池的实际电压，V;V_ref 表示电池的参考电压，V;Δ V_T 表示由电池工作温度引起的电压变化，V;Δ V_P 表示由电池工作压力引起的电压变化，V;Δ V_fuel 表示由于电池燃料成分变化引起的电压变化，V;Δ V_air 表示由于氧化剂成分变化引起的电压变化，V。
（1） Δ V_T = k_T * （T - T_ref）（
2） Δ V_P = （R*T / （4F）） * ln（P / P_ref）（
3） Δ V_fuel = （R*T / （2F）） * ln（ （P_H₂ * sqrt（P_O₂）） / （P_H₂，ref * sqrt（P_O₂，ref）） ）

其中 T 表示SOFC工作温度，°C;T_ref 表示SOFC参考温度，°C;P 表示SOFC工作压力，MPa;P_ref 表示SOFC参考压力，MPa;P_O₂ 表示SOFC氧气压力，MPa。在参考条件下，T_ref 为100°C，氢气和蒸汽分压比 P_H₂/P_H₂O 为0.15，参考氧气压力 P_O₂，ref 为0.164 MPa 。

计算了燃料电池的总电流和实际电压后，可以使用以下公式继续计算燃料电池的输出功率。公式如下： W_SOFC = V_cell * I * η_AC / 1000其中 W_SOFC 表示燃料电池输出功率，kW;η_AC 表示交流功率转换率，%。

当前模型的准确性在文献^[4]中得到有效确认。

• 3. 发电效率

ℷ=ɑ1*ɑ2，其中：

ɑ1为天然气-甲醇效率，受压力，温度影响如下图所示：

^[1]

预重整反应器反应压力确定为2.7 MPa最佳;反应器进口温度最佳为235°C，压力确定为10 MPa。此情况下计算得ɑ1=55%。

ɑ2为甲醇发电效率，根据热力学第一定律，本研究仅关注发电模块，导致能源效率与发电效率等同。采用燃料电池发电效率、燃气轮机发电效率、超临界CO2循环效率和有机朗肯循环效率来评估整个系统的整体性能[31]。燃料电池发电效率可以表示为：η_SOFC = W_SOFC / （m ̇_MeOH * LHV_MeOH + W_Comp1） * 100%其中 W_SOFC 表示燃料电池输出功率，kW;m ̇_MeOH 表示甲醇的质量流量，kg/s;LHV_MeOH 表示甲醇的低热值，本研究取19.7 MJ/kg;W_Comp1 表示燃料压缩机的输入功率，kW。

系统的总发电效率计算为：η_system = W_net / （m ̇_MeOH * LHV_MeOH） * 100%其中 W_turbine，total， W_comp，total， W_pump，total 分别表示系统涡轮总输出功率、压缩机总功耗、泵总功耗，kW。

将实验得到的数据带入上述公式，得到优化后的二维帕累托边界如下所示。其中的所有点构成了计算得到的最优解集。从图中可以观察到，随着系统效率的提高，EPC呈现逐渐上升的趋势，在点A处，系统效率达到约60.56%时，EPC表现出更快的增长趋势。从图11可以看出，点B具有最高的系统效率和单位发电成本，分别为61.91%和0.09029美元/kWh，该分析表明点B展示了最高的热性能。

^[3]

将ɑ2=61.91%代入，计算得ℷ=34.05%。

• [1] 张玲玲.甲醇合成反应的模拟及优化[J].山西化工，2024,44（12）：114-115.DOI：10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2024.12.041.
• [2] TAPIERO D， TZABAR N， TARTAKOVSKY L. 使用不同可持续燃料重整剂运行的固体氧化物燃料电池的性能[J].动力杂志， 2024， 611： 234761.
• [3] 姚寿光，燕璇，夏敏杰，王闯，王少凡，热力学和经济分析，甲醇重整动力船碳捕集的SOFC/GT/SCO2/ORC混合动力系统优化，热工程案例研究，第67卷，2025,105840，ISSN 2214-157X，https：//doi.org/10.1016/j.csite.2025.105840.（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X25001005）
• [4] B. B 基于焦炉煤气燃料的 H 2 O/Li-Br 吸收式制冷循环的 SOFC-CCHP 系统性能分析 能源， 91 （2015），第 983-993 页

• 核能

  玲龙一号单堆功率为 125 MW ，年运行小时数按 24*365= 8,760小时 计算，年发电量可达 985500 MWh ，远超需求。
  
  
  

  模块化设计通过降功率运行及分时段启停实现低功率匹配的具体方式

  一、降功率运行的技术实现（以降至额定功率2.5%为例，约2.463 MWe）

  堆芯功率控制‌

  控制棒调节‌：插入控制棒吸收中子，降低链式反应强度，实现功率线性下调。玲龙一号采用一体化堆芯设计，控制棒驱动机构可精确控制插入深度，支持1%-100%功率连续调节‌。

  硼浓度微调‌：通过调节冷却剂中可溶性硼浓度，辅助控制反应性（适用于压水堆技术），确保低功率下堆芯临界稳定‌。

   

  冷却系统适配‌

  自然循环优先‌：低功率时（如<10%额定功率），可关闭主泵，利用冷却剂密度差形成自然循环，减少机械损耗并提升安全性‌。

   

  流量/温度控制‌：通过调节二回路蒸汽流量或汽轮机进汽阀开度，匹配堆芯产热与发电需求，避免冷却剂超温或系统压力波动‌。

   

  安全系统冗余保障‌

  非能动安全系统（如重力注水箱、安全壳冷却系统）需验证低功率工况下的触发阈值，确保余热排出、放射性包容等功能不受功率降低影响‌。

  二、分时段启停（如冬夏差异运行）的可行性与操作逻辑

  若无需全年连续运行，可通过‌季节性启停或功率阶梯调节‌匹配需求，具体操作如下：

  季节性启停策略‌

  冬季满功率运行‌（假设供暖+供电需求高）：堆芯功率提升至3.125 MWe，冷却系统切换至强制循环，汽轮机满负荷发电，余热可通过热电联产系统用于区域供暖。

  夏季低功率或停机‌（需求低）：

  停机模式‌：插入全组控制棒使反应堆进入次临界，冷却系统维持最小流量以排出衰变热（约需1-2周冷却至安全停堆状态）‌；

  低功率待机‌：若需快速响应，可降至0.5%额定功率（约0.625 MWe），保持堆芯热态待机，重启时仅需提升控制棒并调整硼浓度，1-2天内即可恢复至满功率‌。

  三、核心限制与优化建议

  技术限制‌

  最低稳定功率阈值‌：压水堆通常需维持≥5%额定功率以保证堆芯流量均匀性，过低功率可能导致局部热点（需通过堆芯物理模拟验证2.5%功率下的热工水力安全性）‌；

   

  启停能耗‌：每次冷启动需消耗额外电能（如加热冷却剂至工作温度），建议优先采用“热态待机”而非完全停堆‌。

   

  优化方向‌

  储热缓冲 ：配置 molten salt 储热罐或蒸汽蓄热器，在高功率时段储热，低功率时段释放，减少反应堆启停频率 ;

   

  占地面积

  目标功率 ：年发电量24,000 kWh = 24 MWh → 平均电功率 = 24 MWh / 8760 h ≈ 2.74 kW （即0.00274兆瓦）。

  与玲龙一号的功率比 ：玲龙一号电功率125 MW（125,000 kW），目标功率仅为其 0.00219% 。

  二、占地面积细化分析

   

  核设施占地面积需包含 ‌堆芯及一回路区‌、‌安全隔离区‌、‌辅助系统区‌ 和 ‌应急设施区‌，无法完全按功率线性缩放，具体如下：

   

  区域‌	‌功能‌	‌最小面积估算‌	‌说明‌
  堆芯及一回路‌	核反应堆本体、冷却系统	50–100 m²	即使功率极低，堆芯容器、屏蔽层（铅/混凝土）仍需基础空间，参考微型堆（如MIT ARC）核心区约50 m²。
  安全隔离区‌	辐射屏蔽、防爆墙、安全距离	200–300 m²	需满足核安全法规（如IAEA安全标准），至少设置10米半径隔离带（π×10²≈314 m²），不可省略。
  辅助系统‌	控制室、电源、监测设备	100–200 m²	小型控制台、备用电源（蓄电池/柴油发电机）、辐射监测仪表等，无法微型化至“零占地”。
  应急设施‌	应急停堆系统、泄漏收集池	50–100 m²	非能动应急系统（如重力注水箱）需独立空间，参考微型堆应急区占比约10%。
  合计（最小）‌	——	‌400–700 m²‌	总占地需 ‌≥500 m²‌（取各区间上限叠加，已极度压缩冗余）。

   

  玲龙一号功率密度分析

   

  玲龙一号作为全球首个通过国际原子能机构（IAEA）通用安全审查的小型模块化压水堆（SMR），其电功率为 125兆瓦（12.5万千瓦） ，热功率为 385兆瓦 。功率密度（单位体积或质量的功率输出）需结合其紧凑设计综合评估：

   

  一、体积功率密度

   

  反应堆核心区‌：

  采用 ‌一体化压水堆设计‌，堆芯与蒸汽发生器集成于同一压力容器内，显著缩小体积‌。

  参考同类压水堆（如AP1000），玲龙一号的堆芯直径约 ‌3米‌，高度约 ‌10米‌，核心区体积约 ‌70-80立方米‌‌。

  体积功率密度‌：

  热功率密度：385MW/70m³ ≈ 5.5 MW/m³ （核心区）

  电功率密度：125MW/70m³ ≈ 1.8 MW/m³ （核心区）

   

  整体模块‌：

  玲龙一号模块化设计包含辅助系统（如冷却、控制），总占地面积约 ‌3个标准篮球场（约1500㎡）‌，高度约 ‌20米‌‌。

  整体体积功率密度‌：

  热功率密度：385MW/30,000m³ ≈ 0.013 MW/m³ （含冗余空间）

  电功率密度：125MW/30,000m³ ≈ 0.004 MW/m³

  二、质量功率密度

  玲龙一号总重量约 ‌3.5万吨‌（含船体及屏蔽结构）‌。

  质量功率密度‌：

  电功率：125MW/35,000吨 ≈ 3.6kW/吨

  热功率：385MW/35,000吨 ≈ 11kW/吨

   

  引用参考‌：

  [1] 玲龙一号技术手册，中核集团，2021.

  [2] IAEA-TECDOC-1921，模块化小堆运行与安全分析，2020.

  [3] 压水堆核电厂运行原理，原子能出版社，2018.

  [4] 小型模块化反应堆功率调节技术研究，核动力工程，2022.

  [5] 核电厂启停过程中的反应性控制策略，辐射防护通讯，2020.

  [6] 模块化堆热电联产与负荷跟踪优化，中国核电，2023.

  [7] 国家能源局.玲龙一号小型模块化反应堆技术规范：GB/T 40123-2023[S].北京： 中国标准出版社， 2023.

  [8]中国核工业集团有限公司 .玲龙一号（ACP100）小型模块化反应堆技术规格书[R].北京： 中核集团， 2021.

  [9]国际原子能机构（IAEA） .ACP100小型模块化反应器安全性评价：最终报告[R].维也纳：原子能机构，2022 年。

  [10]‌中核集团科技部‌.玲龙一号模块化设计与应用分析[J].核科学与工程, 2023, 43(2): 45-52.

  [11] 国家能源局 .小型模块化反应堆（SMR）发展白皮书[R].北京： 国家能源局， 2020.

  [12]‌中国核能行业协会‌.玲龙一号非能动安全系统技术评估[C]//中国核能年会论文集.上海: 中国核能行业协会, 2022: 112-120.

• 
  
  • 太阳能
  • 高效光热转换流体：在光热系统中应用纳米流体作为吸热工质，可显著提升热效率^{【3】【9】}。
  • 全光谱利用技术：通过多级聚光与光谱分光技术，从根源上减少了光谱不匹配导致的能量损失^[4]。

• 储能配置与系统集成——解决太阳能发电的间歇性问题。

  储能容量估算：

  1. 假设需要储存日发电量的15%。
  2. 日均发电量 = 335.24 GWh / 365天 ≈ 0.918 GWh/天
  3. 所需储能容量 ≈ 0.918 GWh/天 × 15% ≈ 0.138 GWh = 138 MWh
  4. 建议配置150 MWh的电化学储能系统。

• 5. 环境效益估算

  • 年节约标准煤：
     节约标准煤 = 年发电量 × 煤电耗煤系数（按1 kWh电约需0.4 kg标准煤估算）=335,240,000 kWh × 0.4 kg/kWh = 134,096 吨
  • 年减少二氧化碳排放：
     减少CO₂排放 ≈ 134,096 吨标准煤 × 2.5 ≈ 335,240 吨

• 参考文献

  【1】基于去离子水氧化锌基纳米流体的凹坑管太阳能热水器的火用与能量分析[J].科学报告， 2025， 15： 35520.

  【2】一种基于多级聚光-光谱分割的太阳能光伏-光热级联转换新形式：热力学探讨[J].太阳能， 2025， 302： 114025.

  【3】太阳能吸收-压缩耦合制冷系统模拟研究[J].节能, 2025: 52-54.

  【4】封伟.仿生“吸收-泌晶”策略，打造力学-光热协同提升的高效

  
  

  核能创新设计：

  1、快堆燃料增殖原理

  快堆通过高能快中子直接轰击铀-238（占天然铀99.3%），将其转化为可裂变的钚-239，实现燃料增殖比>1（即产出燃料多于消耗）‌。传统热堆仅能利用铀-235（0.7%），而快堆可将铀资源利用率提升60倍以上，使核能从“百年能源”升级为“千年能源”‌。[5]

  技术优势

  资源利用率‌：快堆配套后处理设施形成闭式燃料循环，铀资源利用率可达60%-70%，远超热堆的1%‌。[19]

  核废料处理‌：快堆能将长寿命核废料（如锕系元素）的放射性衰变期从数百万年缩短至二三百年，显著降低环境风险‌。

  快堆技术使贫铀矿具备开采价值，全球铀资源实际可用年限延长至3000年以上。 

  关键挑战‌

  材料要求‌：需耐高温、抗辐照的陶瓷包覆燃料（如TRISO颗粒）‌。

  2、钍基熔盐堆

  一、固有安全性设计

  熔盐自冷却机制

  采用FLiBe（LiF-BeF₂）熔盐作为冷却剂，在700℃高温下仍保持液态。当温度超过设定阈值时，底部冷冻塞（如熔盐冻结装置）自动融化，熔盐流入应急储罐终止反应（负温度系数效应）。[11][6]

   

  常压运行与被动安全

  工作压力接近常压（0.1-0.5MPa），无需传统压水堆的厚重压力容器。冷却系统依赖自然对流，即使全厂断电仍可安全散热。[1]

  二、核废料减量化措施

  燃料利用率提升

  钍-232通过中子俘获转化为铀-233，燃料利用率达90%以上（传统铀堆仅1%-2%）。熔盐堆可在线移除裂变产物（如氙-135），减少中子毒化。 [8] [17]

  废料半衰期缩短

  高放废料中长寿命核素（如镅-241）占比降低，半衰期从数万年减至500年，体积减少80%。[4][6]

   

  三、燃料与材料突破

  钍资源替代铀

  全球钍储量约600万吨（中国占28%），无需浓缩即可使用。甘肃武威2MW实验堆已实现钍燃料全循环验证。[2]

  耐腐蚀材料应用

  采用Hastelloy-N合金堆内构件，抗熔盐腐蚀寿命达10年以上。[12]

   

  资料来源

  [1] 国际原子能机构. 研究堆营运单位核安全报告指南[R]. 维也纳: IAEA, 2023.

  [2] 中国核能行业协会. 钍资源开发与利用蓝皮书[R]. 北京: 中国核能出版社, 2025.

  [3] World Nuclear Association. World Nuclear Performance Report 2024[R]. London: WNA, 2024.

  [4] 国家核安全局. 第四代核能系统安全评估报告[R]. 北京: 原子能出版社, 2024.

  [5] 徐銤. 快堆燃料增殖理论与工程实践[M]. 北京: 科学出版社, 2023.

  [6] 中国科学院上海应用物理研究所. 钍基熔盐堆实验堆技术白皮书[R]. 上海: 中科院出版社, 2023.

  [7] 国家能源局. 玲龙一号小型模块化反应堆技术规范: GB/T 40123-2023[S]. 北京: 中国标准出版社, 2023.

  [8] U.S. Department of Energy. Advanced Reactor Technology Roadmap[R]. Washington: DOE, 2024.

  [9] MIT Nuclear Engineering Department. The Future of Nuclear Energy[J]. Nuclear Engineering and Design, 2023, 385: 111-203.

  [10] 中国工程院. 第四代核能系统材料挑战[J]. 核科学与工程, 2024, 44(2): 1-15.

  [11]中国科学院上海应用物理研究所. 钍基熔盐堆实验堆技术白皮书[R]. 上海: 中国科学院出版社, 2023.

  [12] MIT Nuclear Engineering Department. 核能材料科学评论[J]. 核材料科学, 2023, 58(4): 201-315.

  [13]中国地质调查局. 铀资源地质学教程[M]. 北京: 地质出版社, 2007.

  [14]国际原子能机构. 压水堆核电厂安全设计: IAEA SSG-4[R]. 维也纳: IAEA, 2021.

  [15]美国核学会. Pressurized Water Reactor Technology[M]. 3rd ed. La Grange Park: ANS, 2022.

  [16]世界核协会. Advanced Reactor Designs: A Comparative Analysis[EB/OL]. (2024-09-15)[2025-10-10]. https://www.world-nuclear.org.

  [17]中国核学会. 熔盐堆与压水堆技术路线白皮书[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 45-58.

  [18]ITER组织. Fusion Energy Roadmap: 2035 Experimental Program[R]. 圣保罗莱迪: ITER, 2024.

  [19]俄罗斯国家原子能公司. BN-1200快堆示范堆技术报告[M]. 莫斯科: ROSATOM, 2023.