西门子能源开发SMR常规岛技术

西门子能源为小型模块化反应堆开发常规岛

当Rolls-Royce SMR开始开发其小型模块化反应堆(SMR)——采用独特的工厂化制造方法应用于成熟的压水堆(PWR)核技术时，西门子能源成功通过了Rolls-Royce的合作伙伴评估流程，为电站最关键组件之一：汽轮发电机组提供支持。根据协议，西门子能源将供应其SST-8000蒸汽轮机技术，该技术具有高效率特点，并针对SMR的模块化设计进行了优化。这一合作将Rolls-Royce SMR的核反应堆技术与西门子能源的常规岛专业能力相结合，创建了可重复、标准化的能量转换系统，为全球部署做好准备。这并不令人意外。

核能传承

一方面，核能正在复兴，同时聚焦于SMR。国际能源署(IEA)最新关于核能的报告《核能新时代之路》预测，在当前政策环境下，到2050年SMR装机容量将达到40 GW，有助于满足日益增长的电力需求并支持能源脱碳。然而，如果法规、政策和产业能够协调一致，IEA甚至认为120 GW也是可能的，届时将有超过一千台SMR在运行。

另一方面，特别是西门子能源的参与具有充分理由。凭借在核工业超过60年的经验，该公司始终致力于这一领域。其传承包括其自身的Kraftwerk Union(KWU)根基以及来自西屋电气和Parsons等先驱的技术遗产。

为额外10万户家庭供电

尽管西门子能源不再活跃于反应堆侧，但其悠久的历史塑造了其在核电站(NPPs，图1)常规岛方面的专注。即使在今天，全球约23%的核反应堆仍在使用西门子能源的仪表和控制(I&C)系统，其中许多与公司的汽轮发电机组相结合。作为核工业的长期服务合作伙伴，西门子能源持续确保常规岛设备的安全可靠运行，并在需要时进行升级和现代化改造，以适应反应堆整个生命周期内的升级需求。

[表：1. 压水堆(PWR)核电站示意图，显示核岛(反应堆和一回路系统)和常规岛(主蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器和给水箱)。来源：西门子能源]

例如，西门子能源将在伊利诺伊州的Constellation Braidwood和Byron清洁能源中心安装12台低压汽轮机(图2)，这将使整个电站的输出增加约135 MW——足够为额外10万户家庭供电。在密歇根州，公司通过检查、翻新和升级常规岛，为Holtec的Palisades核电站历史性重启做出贡献。该电站还计划在2030年代初部署两台SMR-300机组。这表明：技术发展永不停歇。

[表：2. 为核能半速现代化应用最终组装中的全叶片低压(LP)汽轮机转子。阻尼元件耦合叶片以减少振动并提高末级叶片的结构完整性。来源：西门子能源]

与多家SMR公司合作

西门子能源继续为核电站开发创新解决方案。因此，除了核聚变——西门子能源也在投资该领域——以及其持续参与大型核电站项目外，公司还专注于SMR的创新。

与Rolls-Royce SMR的合作是西门子能源在核能业务中的旗舰合作，然而，公司仍在与其他SMR开发商合作，提供产品和支持以协助其开发和部署。对于所有这些公司，西门子能源都将其数十年的常规岛专业能力带到谈判桌上，提供汽轮机、发电机、运行I&C系统以及其集成和电站专业知识。

占用空间少得多

但为何如今如此多的希望——和承诺——寄托于SMR？SMR是紧凑型核电站，常被称为“迷你核电站”。其模块可在工厂预制并运输至最终厂址准备安装。与传统的吉瓦级核电站相比，这种模块化方法旨在减少建设时间、成本和复杂性。

毫不意外的是，SMR可能只需要少得多的空间，有些仅约0.01平方公里(km²)，而大型反应堆需要1-2 km²，其功率输出通常可达300 MW，某些设计可达400-500 MW。

欧洲机组目标在2030年代中期

此类技术的优势显而易见：它们提供灵活的、基于需求的发电，采用在全球数百座常规核反应堆中安全运行的成熟核技术。紧凑的工厂化制造设计还允许它们在离网或偏远地区部署，用于工业应用，如为数据中心供电、制氢、区域供暖或工业供热。

如今，俄罗斯和中国已有运行实例。阿根廷等国家还有额外项目正在建设中，首个商业规模的欧洲机组目标在2030年代中期。因此，SMR正开始展示其作为清洁能源供应的多功能工具的潜力。这些发展不仅标志着对核能日益增长的兴趣，还面临着日益增长的电力需求和脱碳目标的艰巨任务。它们也基于核技术的持续创新，这使得SMR在今天显得可行。

SMR的肌肉与大脑

在SMR的反应堆侧，正在开发的技术范围从缩小的轻水反应堆到创新设计，如高温气冷堆、钠/铅冷快堆和熔盐堆，每种都针对不同的应用和燃料策略。在常规岛侧，模块化的推动也驱动着创新。这是西门子能源在联合循环电站中已成功应用的方法，通过标准化、预组装的撬块和即插即用辅助设备(如润滑、密封、冷却和控制)来缩短安装和调试时间。

这种积木式理念使SMR受益，因为它们也需要工厂化制造、可运输的组件。这些机组的汽轮机和发电机设计(图3)紧凑且针对SMR输出范围定制，同时确保核级可靠性。西门子能源可根据需要开发单吊装概念——例如，公司最近执行了一个120 MW的“单吊装汽轮机组”。

[表：3. 叶片正在插入低压汽轮机转子。三维叶片设计比传统设计效率提高达2%，而3DV技术(具有可变反动度的三维叶片)通过自动化计算优化再增加1%。来源：西门子能源]

最后，借鉴西门子能源广泛的核能专业知识，它们包括易于适应SMR的I&C应用。具体而言，西门子能源的Omnivise数字生态系统集成了电站监控、诊断和性能优化。它是电站的“大脑”，而汽轮机组提供“肌肉”。

面临的挑战

然而，尽管这些发展前景广阔，但很明显SMR仍然面临大型核电站熟悉的挑战：应对复杂法规、控制成本和管理乏燃料。对于后者，部分答案可能是SMR产生的核废料较少——而一些最新的反应堆设计，通常称为先进模块化反应堆(AMR)，旨在通过使用核废料作为燃料来实现闭式燃料循环。但除了这些技术问题外，根本挑战依然存在：日益增长的能源需求、脱碳需求，同时确保能源安全。

—Dagmar Thien是西门子能源常规岛核电站设备经理。