核反应堆何时“投入运行”?美国核监管委员会(NRC)须重新审视这一状态的定义,以确保其适用于微型反应堆技术——如Hadron能源公司设计的额定功率低至2-3兆瓦的核电站。这类电站体积小至可在工厂完成制造,并能通过重型卡车整体运输至现场,实现远程操控运行,并在寿命终结时整体移走。
燃料装载与投入运行充分体现了微型反应堆的可移动性为核工业带来的根本性变革。现行核能模式依托少量固定的反应堆和燃料循环设施场地,偶尔进行新燃料或乏燃料的厂际运输。相比之下,微型反应堆体系可能包含大量小型反应堆单元,这些单元具备可移动性,在启运和退役阶段可能经历多次转运。
集装箱式反应堆可能在一个或多个工厂完成制造。其燃料装载方式不再局限于最终运行场地,而是呈现多种选择:反应堆可在制造工厂直接装载燃料,这对工厂及燃料运输过程提出了辐射防护新要求;也可运至燃料循环设施进行装载;抑或由企业将燃料制造厂与反应堆组装厂集中布局,为其他微型反应堆供应商提供燃料服务。这种多元化商业模式的出现,标志着核工业正在经历重大变革。
在其微型反应堆标准化设计的预申请监管讨论中,Hadron能源公司已确定需要与NRC提前沟通的关键领域包括:工厂化制造与测试、运输可行性、灵活选址方法及远程运营等方面的监管影响。该公司希望通过与监管机构前期接触,能够识别出现行监管流程中哪些环节的现代化改进有助于未来项目申请。
NRC一直在制定支撑微型反应堆产业发展的政策框架。近期在有关“工厂预制微型反应堆政策”的决策过程中,NRC正式审议了如何界定反应堆“处于运行状态”这一关键问题。
NRC决定,配备防临界装置的工厂化制造微型反应堆在完成燃料装载后,若其内置功能可阻止链式反应,则不应被认定为“投入运行”;此类反应堆的实际运行起始时间应以解除这些防护功能为准。在另一项独立决议中,委员会明确表示,若持有NRC颁发的燃料持有许可,配备防临界装置的微型反应堆可在制造工厂内完成燃料装载。第三项决议允许NRC工作人员参照非动力堆法规,授权微型反应堆在运抵运行场地前于工厂内进行测试。
除上述决议外,委员会要求工作人员在制定关于防临界装置应用的技术指导规范时,需持续向委员会汇报进展,并确保与其他监管条例不存在冲突。委员会特别指出:“在制定防临界装置相关指导方针和政策建议时,工作人员必须考虑至少需采取物理防护措施来防止运输模块的临界风险,特别是针对已在工厂完成预运行测试的模块。”工作人员应确保反应堆运行许可明确禁止在下列情况下进行动力运行:当反应堆为运输需要安装防临界装置时,或在完成运行测试后以及运行周期结束时。
微型反应堆监管框架构建
NRC在为微型反应堆制定监管框架时,旨在加速并简化审批流程,确保监管负担适度,并尽可能采取主动前瞻的策略。
2024年《ADVANCE法案》要求NRC“制定风险指引、基于性能的策略与指南,用于许可和监管微型反应堆的风险分析方法,包括概率风险评估的替代方案相关的策略与指南”。例如,这包括利用美国国家海洋与大气管理局、国家气象局或设施附近的现有气象和天气数据,以支持许可证申请的分析和设计基准。
开发商期待NRC工作人员能积极主动地为微型反应器制造商制定监管和许可方案,将微型反应堆申请方的多项活动(工厂制造、运行测试、燃料装载和运输)整合到单一许可证中。这可以通过许可证条件或技术规范来解决特殊的技术考量,例如上述提到的需要设置防止微型反应堆在运输过程中发生临界的装置。
如果NRC遵循其对微型反应堆“主动前瞻”的指导方针,也可能会对其他类型反应堆的许可产生影响。NRC工作人员必须考虑,当前或未来为微型反应堆提出的许可和监督策略,是否适用于其他类型的核反应堆,包括更大型的动力堆、研究堆和试验设施。此外,工作人员还必须分析可以对《原子能法案》做出哪些可能或必要的修改,以更好地适应目前正在考虑的生产和部署理念,并将其研究结果作为提交给委员会的政策或监管问题文件的一部分。
NRC工作人员须参与能源部和国防部在其场址上或作为关键国家安全基础设施一部分建造和运行微型反应堆的工作。这种参与“应包括识别并实施许可流程优化……以简化微型反应堆技术向商业领域的过渡”。在这些商业选项中包括海事应用,NRC工作人员计划关注商业海事应用的相关进展,并评估未来是否需要委员会就商业海事反应堆的部署问题提供指导并与其他联邦机构进行协调。
许可程序中一个存在变数的环节是《原子能法案》要求针对新建核电站举行“争议听证”的规定。工作人员虽已具备处理争议听证的既定程序和要求,但这可能与快速部署理念产生冲突。后续行动方案将就潜在推进路径做进一步讨论后再行确定。
随着技术发展和部署模式演变,NRC工作人员将持续评估对微型反应堆监管框架的潜在优化方案,继续听取利益相关方及其他各界微型反应堆许可与部署的反馈意见。
NRC监管动态
NRC工作人员已制定了《综合微型反应堆活动计划》,旨在全面审视微型反应堆的许可与监管议题。该计划包含一系列行动措施,旨在增强监管框架的灵活性,以支持业界正在考虑的各种技术路线和部署模式。
此项计划与《ADVANCE法案》第208条的要求保持一致。该条款指示NRC在八个领域制定并实施用于微型反应堆许可和监管的风险指引、基于性能的策略与指南。这八个领域包括:人员配备与运营、监督与检查、安保与保障、应急准备、风险分析方法、退役资金保证、已装载燃料微型反应堆的运输,以及选址。NRC工作人员还创建了一个动态数据看板以直观展示有关进展状态。
自2024年初起,该计划已开始产出具体成果,例如为可运输微型反应堆在申请10 CFR Part 71(联邦法规第10编第71部分)许可时,开发用于构建安全基础的风险指引方法。
NRC表示,利益相关方已指出,为了推进标准设计微型反应堆的大规模部署模式,近期内需要监管部门提供更清晰的指引。根据计划,动态数据看板中多个领域的一系列活动预计于2025年完成。
许可
工作人员的后续工作将包括发布一份关于“同型复建机组”(NOAK)微型反应堆许可与部署的政策文件,其中将为委员会审议和批准设计阶段标准化运行方案提供备选方案。此外,将针对微型反应堆发布飞机撞击评估备选方案文件,包括豁免此类评估的标准。NRC工作人员最终计划开发微型反应堆许可在线门户,使申请人能提交同型机组的电子申请,同时便于工作人员进行评审并颁发许可文件。该门户计划于2027年启动建设。
选址
NRC工作人员正在酝酿关于移动式微型反应堆许可选址策略的白皮书,计划于2025年完成。该文件还将涵盖环境评估替代方案、最大化设计标准化、场地特征分级评估、安保、应急准备、许可申请简化流程及施工检查等内容。同时将发布专门针对微型反应堆的同型机组许可文件,重点阐述环境评估的替代方法,并另文发布与人口密度相关的选址标准。
监督
微型反应堆开发商已表示可能在未来几年内提交许可申请,而运行方案的相关信息将影响其部署模式的制定。为此,NRC工作人员将着手制定监督检查手册(预计2026年完成)及运行阶段检查框架(预计2027年完成)。后续新的法规标准制定将聚焦安保领域,提出更适合微型反应堆设计的实体保卫替代方案。
运行
微型反应堆通常采用远程运行模式。为评审拟议的远程与自主运行方案,NRC工作人员计划近期借鉴10 CFR Part 53拟议规则中的“自主缓解设施”筛选方法,制定指导草案。这将为未来几年可能提交的许可申请评审提供支撑。工作人员还将持续推进已在进行的远程与自主运行研究,以制定长期战略。
制造
NRC已于2024年1月向委员会提交文件,其中包含在工厂进行燃料装载的许可备选方案。目前工作人员正等待委员会指示,随后将评估制定相关指导文件的必要性。制造商将成为许可证持有者,考虑到制造商可能使用承包商,因此NRC工作人员计划就制造商在部署模式中使用承包商的方案与利益相关方进行磋商。
退役
NRC工作人员计划与利益相关方就微型反应堆的退役、改造和换料事宜进行磋商,以更好理解微型反应堆部署模式的运行后阶段,并致力于为各种潜在退役策略提供灵活性。但目前动态数据看板显示,开发商尚未提供足够的运行后阶段信息,使工作人员难以制定新指南。
预申请
NRC已与Hadron能源公司就未来的标准设计审批(SDA)申请、制造及燃料装载许可申请开展预申请交流互动。
Hadron能源公司正在研发一款2兆瓦电功率的标准化微型反应堆,旨在通过商业许可并投入部署。这款工厂制造的微型反应堆具备可运输特性,采用低浓铀燃料及轻水冷却与慢化技术。其设计尺寸符合标准ISO运输集装箱规格,便于通过常规公路、铁路、航空或海运进行运输。该公司表示,可通过集群部署多个单元组成模块化电站,满足50兆瓦电功率或更高的综合能源需求。
该反应堆将部署在常规电网供电不可用、不可靠或物流不便的地区,具体应用场景包括:
— 替代偏远社区、灾区及离网工业运营中的柴油发电机
— 为需要安全、移动及独立能源的军事或科研基地供电
— 在局部高需求区域(如数据中心)承担电网调峰、可再生能源稳定输出或备用电源等功能
Hadron能源公司成立于2024年,是一家私人控股的特拉华州企业,专注于微型反应堆的设计、制造、许可及部署。其技术基于成熟轻水堆技术,公司表示:“依托成熟的轻水堆原理进行设计,可最大限度降低堆芯核心技术风险,并使监管审查能高效聚焦于我们实施方案的创新层面。”
该公司旨在通过工厂化生产和测试充分发挥标准化优势,以提升安全性、质量及监管效率。燃料将在经认证的制造设施内装入堆芯,随后反应堆模块将被密封、测试,并以整装形式运输。该项目将利用现有低浓铀供应链。在运行寿命结束时(10-30年,具体取决于燃料富集度和燃耗分析),整个反应堆单元(包括乏燃料)将被运回持证设施进行卸料、检测、潜在改造或退役,尽管详细计划仍有待制定和讨论。在此期间,现场部署阶段不进行换料操作。
Hadron能源公司指出:“我们方法的创新性——特别是工厂燃料装载、整堆运输能力、灵活部署模式及计划中的远程操作——对证明符合现有监管框架提出了特殊考量。需要提前沟通的关键领域包括:确立装载燃料微型反应堆的运输许可依据;制定适用于不同部署场景的灵活和/或边界场址参数范围;证明符合远程监控设施的运行要求(包括人员配备)。”
该公司的监管路径规划包括:依据10 CFR Part 52 Subpart E申请标准设计审批(SDA),随后依据10 CFR Part 52 Subpart F提交制造许可证申请,同时参照已获批SDA依据10 CFR Part 70申请燃料装载许可。工厂燃料装载需遵循《特殊核材料国内许可》的Part 70条款,因其允许在制造设施内持有、使用和转移特殊核材料,并进行必要测试活动(包括可能的零功率临界试验)。公司表示:“我们计划通过特定白皮书、专题报告及概念设计评估等机制寻求NRC的早期反馈。”
Hadron能源公司的首要任务是为其制造设施选址(需获得制造许可证)。现阶段尚不需要基于部署场址的早期场址许可(ESP)。在该模式中,Hadron并非联合许可证的主要申请方,其策略为获取SDA、制造许可证及Part 70许可(如上所述)。在获得SDA和制造许可证后,Hadron预计其客户或合作伙伴将成为具体部署场址联合许可证的申请主体。
预申请已于五月提交NRC。Hadron能源公司表示,计划在一年内向NRC提交初步安全信息文件并申请正式概念设计评估。此后将每六个月重新评估时间表,但公司目标在2028年5月前获得SDA,2028年6-7月获得10 CFR Part 70许可,2028年10-12月获得制造许可证。同时希望客户或合作伙伴在2028年12月前提交该微型反应堆首个场址的联合许可证申请,并于2029年2月前获得NRC受理。
监管机构、制造商及潜在客户共同推动的这项雄心勃勃的工作计划能否按时完成,尚待时间验证。但目前,所有参与方都在全力加速推进。