能源模块2--细节设计

核能

1.反应堆选择

NuScale 功率模块是一种 250 MWt、77 MWe 总积分压水堆，热效率30.8%，具有自然循环功能。配备直径三米的压力容器和对流冷却装置，唯一的活动部件是控制杆驱动器。它使用在普通压水堆燃料组件中浓缩至 4.95% 的标准压水堆燃料，加燃料周期为 24 个月。直径 4.6 米、高 23 米的圆柱形安全壳模块安装在地面以下的充满水的水池中，重 640 吨，容纳了上方装有蒸汽发生器的反应堆。设计使用寿命为 60 年。

2.能量计算

理论能量：钚 239 (Pu 239) 裂变   裂变时重核吸收中子后裂变为两中等质量碎片并释放能量。每次裂变约释放210 MeV。1 kg Pu 239含个核，理论能量(≈8.5×10¹\rm TJ)，即2.35×10⁷ kWh kg⁻¹。比U 235略高。

携带燃料：按照100年计算，根据前面的热值2.35×10⁷ kWh kg⁻¹与热效率30.8%，可得总共携带4.95%标准压水堆燃料燃料，换算成体积上界为

实际功率：77 MWe

开启天数：世界人数2139，人均年耗电16.8wkWh，为满足需求，则每年只需间断开启

3.污染处理：

核废料经冷却、固化后，在稳定地质层中多重屏障深埋，隔绝数万年至数十万年，直到放射性降至天然背景水平。

具体步骤：（1）乏燃料初步贮存，出堆后在反应堆厂区水池冷却约 5–10 年（衰减热与放射性降低）。

（2）高放废液经玻璃固化成固体块，再装入不锈钢桶。

（3）选取地质稳定、渗透性低、无地下水活动的岩层（花岗岩、盐岩、粘土岩等）。埋深一般 400–1000 米，分多重屏障封存。

智能电网

我们选择的nuscale模块只开启195天/年，所以我们采用智能电网来平衡输入输出端的功率、电压。

我们选择以 ADMS/DERMS + VPP 编排为中枢，配套网格成形（grid-forming）BESS 与电力电子无功/不平衡补偿（STATCOM/DVR/有源滤波器/逆变器负序注入），并用 PMU-级的 WAMS + MPC/AI 预测调度做实时/次分钟级协调

2.简短架构

(1)现场层（物理资产）：NuScale 模块（发电机 / PCC） + 并列的BESS（大容量电池，带 Grid-forming 控制），并在关键节点布置**STATCOM / DVR / 有源滤波器（APF）**用于快响应无功与不平衡补偿。cdn.misoenergy.org+2科学直通车+2

(2)配电自动化层：智能断路器、分段重构、遥控分合闸装置（支持 FLISR），并接入 IEC-61850 通信栈以实现子站互操作。cdn.selinc.com

(3)控制/决策层：ADMS（含 Volt-VAR / VVO）、DERMS 与 VPP 编排：统一做电压优化、负荷预测、储能调度、需求响应与市场出清。使用 Model-Predictive Control（MPC）+ AI 进行 5–60 分钟到天级调度。Default+2ResearchGate+2

(4)监测层（高速）：在关键节点布设 PMU（同步相量），并把高频同步数据送入 WAMS / CPMS，实现毫秒–秒级的动态稳定监视与快速保护/切换。NIST+1

(5)接口与合规：遵循 IEEE 1547（DER 接入/智能逆变器功能）、IEC-61850（通信/互操作）与区域电网代码（关于电能质量、电压不平衡限值等）。IEEE Standards Association+1

工业合理性计算与数据来源

经表格计算，如下