1.堆型特点

SMART反应堆是一款由韩国原子能研究院（KAERI）开发的系统集成模块化压水堆（SMR）。其设计核心理念在于通过一体化、模块化、非能动安全以及多功能性，克服传统大型压水堆（PWR）在安全性、经济性和部署灵活性方面的挑战。

1.1 设计理念与工程细节

SMART的设计将蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵、堆芯和增压器等主要一次系统组件集成在单一压力容器内。这种紧凑的一体化布局显著减少了外部大口径管道的数量，从而从根本上消除了大破口失水事故（LBLOCA）的可能性，并简化了系统结构和潜在泄漏点。

•一体化压力容器:

￮尺寸：主体结构高约18.5米，内径约6.5米。

￮材料与制造：采用高强度钢材，并通过压力容器内变形及老化评估研究（如辐射脆性、腐蚀开裂）确保长期可靠性。设计采用模块化和工厂化制造策略，旨在缩短现场施工周期、提升建造质量和降低风险。韩国正积极推动材料国产化及先进材料开发。

•堆芯设计:

￮燃料组件：包含57个燃料组件。

￮燃料棒：采用标准化的17×17配列（或备选的12×12等），燃料棒外径约4-5mm，栅距与直径比（P/D）约1.326。

￮燃料类型：主要使用低浓铀（LEU），标准设计富集度低于5wt%。为提高经济性与安全性，最新研究正评估富集度8-10%的U3Si2-FeCrAl事故容错燃料（ATF）的应用潜力，目标燃耗深度可达60 GWd/tU，高于SMART标准设计的约40-50 GWd/tU目标燃耗。

￮堆芯尺寸：燃料活性区高度约2.0米

￮平均功率密度：相对传统大型PWR较低，提供了15%以上的堆芯热裕度，有助于提升安全性。

•冷却剂与热工水力参数:

￮冷却剂：使用轻水作为冷却剂和慢化剂。

￮公称运行压力：约15.5 MPa (150 bar)。

￮主冷却剂流量：公称运行总流量约2090 kg/s。

￮进出口温度：公称运行下，堆芯入口温度约296°C，出口温度约323°C。 在低功率工况下，设计具备通过自然对流运行的能力。

￮自然循环能力：设计强调在事故工况下依靠自然对流驱动非能动系统实现余热排出，无需交流电源或操作员干预。。

•关键部件创新设计:

￮蒸汽发生器：一体化压力容器内部采用螺旋盘管式单次通过蒸汽发生器，结构紧凑高效。

￮反应堆冷却剂泵：采用无密封的屏蔽式电机泵，进一步降低了一回路冷却剂泄漏的风险。

1.2 安全系统

SMART，尤其是升级后的SMART100型号，集成了完全非能动安全系统。。这些系统在事故发生时，依靠自然力（如重力、温差密度差、压差、凝结效应）冷却，无需外部电力或操作员的干预，即可实现反应堆安全停堆和长期冷却，显著提升了本质安全水平。

•核心非能动安全系统:

￮非能动余热排出系统 (Passive Residual Heat Removal System, PRHRS): 通过多个独立的回路，利用自然循环将堆芯余热从一回路传递至外部的非能动冷却水箱散发。SMART100设计要求PRHRS在失电等事故后至少72小时内无需外部干预持续工作，并具备更长时间的安全冷却能力。

￮非能动安全注入系统 (Passive Safety Injection System, PSIS): 包括高位设置的堆芯补水箱（Core Makeup Tanks, CMTs）和安全注入箱（Safety Injection Tanks, SITs）。当一回路压力下降时，依靠重力将硼酸化冷却水注入堆芯，补充冷却剂损失，防止堆芯裸露。

￮非能动安全壳压力及放射性抑制系统 (Passive Containment Pressure and Radioactivity Suppression System, CPRSS): 利用自然对流和内部构件的冷凝作用，降低安全壳内的压力和温度，并有效滞留事故释放的放射性物质。

￮自动卸压系统 (Automatic Depressurization System, ADS): 在需要快速降低一回路压力以启动低压安全注入时自动开启阀门，与PSIS等系统协同工作。

•安全壳设计:

￮类型：采用筒仓式（Silo-type）双层安全壳设计。

￮特点：具备抗飞机撞击能力，为核设施提供额外的物理防护。其设计与内部非能动系统协同，在事故发生时维持放射性物质的有效包容。

•安全验证:

￮进行了广泛的确定性安全分析，覆盖设计基准事故（DBA）和超设计基准事故（BDBA）场景。分析表明，非能动安全系统能有效缓解事故后果，并在至少72小时内维持反应堆安全状态，符合国际通行的安全标准（如最小偏离泡核沸腾比MDNBR、燃料最大焓值、堆芯长期可冷却性、厂外剂量限制等）。

￮KAERI建造了VISTA-ITL和FESTA等大比例缩尺实验设施，对PRHRS、ADS、应急冷却水箱等关键非能动安全系统的热工水力性能进行了全面的实验验证。

￮概率安全评估（PSA）结果显示，SMART设计的核心熔毁频率（CDF）预测值非常低（例如，低于10⁻⁶/年），反映出较高的固有安全裕度。

1.3 经济性分析

SMART的经济性潜力主要体现在其模块化和一体化设计带来的建造成本降低和建造周期缩短，以及多功能应用带来的潜在附加值。然而，作为首堆，经济性仍面临挑战。

•建造成本:

￮预估的经常性资本成本（Overnight Capital Cost, OCC）在不同时期的估算有所波动，例如2014年估算为5,600美元/kWe，2019年转换为6,400美元/kWe。这使其位于当时大型PWR和SMR估算成本的中高区间。

￮模块化和工厂化制造有望通过减少现场施工、提高效率和通过批量建造实现学习效应，从而降低单位成本，但实际效益需在商业化部署中验证。

￮首个商业示范堆建设将面临典型的“首堆溢价”（First-Of-A-Kind, FOAK）挑战，实际成本控制是关键。

•运营维护（O&M）成本:

￮预估的运营维护成本相对较低，2014年估算为25美元/MWh，2019年转换为30美元/MWh。

￮一体化设计和简化的系统结构可能减少维护需求和所需操作人员数量，从而降低运维支出。

•燃料成本与乏燃料管理:

￮燃料：使用尺寸缩短的标准PWR燃料组件，设计有3年一次的换料周期。

￮乏燃料管理：SMART产生的乏燃料量相对较少。计划采用厂内水池存储或干式存储。韩国正在推进集中式中间存储设施建设，并研究多种乏燃料处理技术，但受国际协定限制，再处理受到制约，主要仍倾向于直接处置。SMART具体的乏燃料产生量预测和长期管理策略公开信息相对有限。

•退役成本: 公开资料未详细说明SMART的具体退役成本估算方法或与其他堆型的比较。一体化设计和模块化特点可能对其退役过程和成本产生影响。

•平准化发电成本（Levelized Cost of Electricity, LCOE）: LCOE受资本成本、运维成本、燃料成本、融资成本、发电量、退役费用等多种因素综合影响。2014年估算为105美元/MWh，2019年转换为123美元/MWh。不同来源的估算差异较大，实际LCOE需待商业运行后确定。

•多功能性带来的经济价值: SMART的多功能性，如提供电力、海水淡化、区域供暖和工业供热，可在具备协同需求的应用场景下提升项目的整体经济性。例如，对印度尼西亚耦合SMART与淡化厂的经济性研究显示出可行的内部收益率。

1.4 多功能性

SMART被设计为一款灵活的多用途反应堆，能够适应不同规模和类型的能源市场需求，尤其适用于能源和水资源短缺、或电网基础设施相对薄弱的地区。

•发电: 提供稳定的电力输出，SMART100的电功率约为110 MWe。

•海水淡化: 可将反应堆产生的热能用于海水淡化厂，例如与反渗透或多级闪蒸等技术耦合。单模块设计能力可支持约40,000 m³/天的淡化水生产。

•区域供暖: 提供热量用于城镇或工业园区的区域供暖系统。

•工业用热: 为工业过程提供所需的工艺热能。

•热电联产与集成: 具体的冷热联产技术接口、热量提取参数（如温度、压力）、不同应用间的能量传输效率、以及与外部淡化/供暖/工业装置的详细耦合方案等技术细节在公开资料中未全面详述，这通常会在具体项目实施阶段根据用户需求和现场条件进行定制设计和优化。

2.发展历史

SMART项目承载着韩国发展自主SMR技术的雄心，其发展历程涵盖了持续的技术攻关、监管批准以及重要的国际合作。

•研发启动与早期阶段:

￮概念提出：韩国于1997年启动SMART概念设计研究。

￮早期研发：1999-2002年完成了初步设计和概率安全评估（PSA）。

￮技术验证：2009-2012年，KAERI进行了关键工程技术验证和主设备实证试验。

•首个标准设计批准书 (SDA):

￮2012年7月4日: 由KAERI主导开发的原始SMART设计，作为世界上首个集成化SMR设计，获得了韩国核安全与安保委员会（NSSC）的标准设计批准书。这标志着其基础设计在当时已满足韩国的核安全法规要求，为其后续发展奠定了监管基础。

•2012年SDA后项目调整及其原因:

￮尽管获得批准，原始SMART项目并未立即进入商业建造阶段。主要原因包括：

▪缺乏首个参考机组订单 (FOAK Order): 没有实际建造和运行的商业示范项目，使得潜在用户在技术可靠性和经济性方面存在疑虑，增加了融资难度。

▪商业性考量: 在缺乏批量建造的明确预期下，单个SMR的规模经济性劣势、较高的首堆溢价以及初期较高的运维成本摊销，使得其在当时的市场环境下与大型堆或其他能源形式相比，经济竞争力相对不足。

▪福岛事故后的安全标准提升: 2011年福岛核事故后，全球核安全标准大幅提高，对核电站（特别是SMR）的完全非能动安全系统的要求成为趋势。原始SMART设计中的混合主/被动安全系统需要进行重大升级以满足更严格的新要求。

•安全增强研发 (2012-2016):

￮为应对福岛事故后的安全挑战，KAERI于2012年启动了安全增强研发项目。

￮升级重点：将原始设计中的混合安全系统全面升级为完全非能动安全系统。主要改进包括将PRHRS的无干预持续时间从36小时延长至72小时，将主动安全注入泵和主动安全壳喷淋系统替换为非能动系统，取消安全级应急柴油发电机（EDGs）等。

￮成果：诞生了热功率365 MWt、电功率约110 MWe的SMART100设计，显著提升了安全性。

•沙特合作与项目重启:

￮2015年3月: 韩国与沙特阿拉伯签署谅解备忘录（MOU），正式启动SMART合作，目标是在沙特建设全球首个SMART商业示范堆。

￮2015年12月 - 2018年11月: 双方共同出资（沙特KA-CARE与韩国政府/KAERI/KHNP）开展了为期三年的**联合SMART预建设工程 (Pre-Project Engineering, PPE)**。PPE项目涵盖了SMART100设计细化、安全分析（准备沙特所需的SSAR）、厂址评估、可行性研究、商业模式探索以及技术转移和本地化方案制定等准备工作。

￮2019年: 签署了进一步推进合作的SMART建设预备协议（PPEA）。

•SMART100设计批准 (2024):

￮2024年9月26日: 经过全面评估，升级版SMART100设计正式获得韩国NSSC的标准设计批准。这一批准确认SMART100的最新设计完全符合韩国现行的更严格的核安全法规要求，为其商业化部署和国际出口清除了关键监管障碍。

•参与机构:

￮韩国原子能研究院 (KAERI): SMR技术的主导研发机构，负责设计、安全分析和技术验证。

￮韩国水力核电公司 (KHNP): 韩国唯一的核电站业主和运营商，在SMART项目中负责商业化、潜在运营、以及供应链组织和EPC整合。

￮韩国核安全与安保委员会 (NSSC): 韩国独立的核安全监管机构，负责设计和运营许可审批。

￮沙特阿卜杜拉国王原子能和可再生能源城 (KA-CARE): 韩国在SMART国际合作中的主要伙伴，共同参与PPE项目，并在沙特推动商业示范堆建设。

￮现代工程建设 (Hyundai Engineering & Construction): 2023年与KAERI签署MOU，计划在SMART项目开发、融资和EPC（设计、采购、施工）总承包方面进行深度合作。

￮其他韩国公司：包括可能的设备制造商（如斗山）、工程公司（如大宇）以及曾在2015年为推动出口成立的SMART Power Company（SPC，其后续作用和当前状态公开信息不明确），这些公司可能在供应链或项目建设中发挥作用。

•技术挑战与解决方案:

￮挑战：作为首堆技术，缺乏实际商业运行经验数据，潜在用户可能对性能和可靠性有疑虑。

￮应对：通过大量的数值模拟、全尺寸和缩尺实验验证（如KAERI的VISTA-ITL, FESTA设施）来积累技术信心。 与沙特等国的合作旨在建设首个商业示范堆，以获取宝贵的实际运行经验和数据。

￮挑战：如何在批量建造实现前，确保单个机组的经济性与大型堆或可再生能源竞争。

￮应对：通过一体化和模块化设计降低建造成本潜力。强调多功能应用带来的经济附加值。积极研发和推广SMART-C和i-SMR等后续优化型号，进一步提升经济性和技术水平。

3.推广规划

韩国政府将SMART定位为重要的核能出口产品，并将其纳入国家战略，积极推动其在全球市场，特别是对SMR有潜在需求的新兴市场的应用。

3.1 目标市场与推广策略

•重点目标市场:

￮沙特阿拉伯: 这是当前最核心的目标市场，双方通过联合PPE项目建立了深厚的合作基础，旨在沙特建设全球首个SMART商业示范堆。

￮中东地区: 沙特周边的海湾合作委员会（GCC）国家普遍面临能源和淡水短缺问题，且其电网规模相对较小，SMART的功率和多功能性非常契合这些市场的需求。

￮东南亚: 部分国家经济增长迅速，能源需求快速增加，同时面临水资源挑战。其电网基础设施可能不足以容纳大型反应堆，为SMR提供了机会。

￮其他发展中国家: 具有中小型能源需求、水资源问题或偏远地区分布式供能需求的国家，SMART较小的初期投资、灵活的部署和简化的维护是其显著优势。公开资料显示，韩国已与捷克、埃及、约旦、越南、波兰、乌兹别克斯坦、加拿大等国就SMART或SMR合作进行过潜在接触或讨论。

•针对性推广策略:

￮联合开发与示范项目: 通过与沙特等国的联合工程设计和建设首个示范堆，向全球市场展示SMART技术的成熟度和可靠性。

￮技术许可与本地化: 根据用户国家的具体需求和产业基础，提供SMART技术许可，并支持用户国家发展本地制造和供应链能力。

￮能力建设与技术转移: 帮助用户国家建立健全的核安全监管体系、培养运营和维护人才，提供必要的技术转移和培训。

￮政府支持: 韩国政府将核电出口上升到国家战略层面，提出“到2030年出口10座核电厂”的目标，并为SMART等核电出口项目提供出口信贷、保险担保、外交协调等全方位支持。

￮EPC总承包/合资运营: 与潜在用户探讨多种灵活的商业合作模式，包括由韩国企业承担设计、采购、施工（EPC）总承包，或与当地伙伴建立合资公司共同负责反应堆的运营管理。

3.2 与沙特阿拉伯的合作细节

韩国与沙特的合作是SMART商业化进程中迄今为止最实质性的部分，旨在共同推进首个商业示范堆的落地。

•合作历程: 始于2015年的MOU，通过2015-2018年的联合PPE项目深化合作，并在2019年签署PPEA协议，进一步明确了商业化推进的框架。

•PPE协议主要内容 (基于现有信息推断):

￮合作范围：聚焦于为SMART100在沙特的建设进行全面的准备工作，包括详细工程设计、满足沙特监管要求的安全分析报告（SSAR）、厂址详细评估、项目的商业可行性研究、经济性分析、技术转移方案制定、以及本地化计划等。

￮双方投入：沙特KA-CARE与韩国政府机构（如科技部）、KAERI和KHNP等共同为PPE项目提供资金和技术资源。

￮目标成果：产出支持向沙特监管机构提交建造许可申请所需的技术文件（类似于初步安全分析报告PSAR/SSAR）、建立项目的初步商业模式设想、规划供应链组织方式等。

￮项目股权结构设想：未来的商业示范堆项目可能会涉及韩方（包括KHNP、KAERI及其他韩国参与企业）和沙方（如沙特的核能开发机构或指定实体）的股权分配，形成合资或联合体模式。

￮知识产权：PPE阶段产生的设计改进和技术成果知识产权可能由韩沙双方共享。

•SMR预建设项目的当前实际进展和未来预期时间表:

￮重要里程碑：已完成联合PPE项目（2018年底）和SMART100设计获得韩国NSSC批准（2024年）。

￮当前阶段：项目目前处于详细设计、EPC（设计、采购、施工）总承包招标准备、环境影响评估（EIA）、沙特本地监管审批、融资结构最终确定、以及潜在项目合资公司组建等关键阶段。

￮实际进展：首个商业示范堆尚未开始实际的现场建造工作。尽管在PPE阶段曾有关于项目成本（例如2018年估算首个单元成本约10亿美元）和建设时间表（例如曾计划2018年开工）的讨论，但这些时间表未能实现。自2020年代初以来，合作重心转向KHNP牵头的设计优化和商业模式细化。

￮未来预期：如果融资谈判、沙特本地监管审批以及EPC合同签署等前期工作顺利完成，首个商业示范堆的现场建设有可能在2020年代后半期启动。SMART100的建设周期预计相对较短，可能在36个月以内，但这取决于项目管理、供应链效率和现场条件等多种因素。具体的建设启动时间表尚存在不确定性，并取决于沙特核能计划的整体优先级和市场条件。

•首个商业示范堆具体选址、投资规模:

￮选址：沙特境内已根据技术和环境标准进行了潜在厂址评估，西海岸的Yanbu地区曾是讨论中的选项之一。最终厂址需经详细评估和监管批准。

￮投资规模：首个单元的投资在2018年估算约为10亿美元。考虑到后续机组的学习效应和潜在的淡化厂耦合（例如6个SMART模块联合淡化厂的项目研究显示出可行性），总投资规模将取决于最终确定的项目规模（建造单元数）、本地化比例、融资结构及市场情况。

3.3 商业化进程中面临的关键挑战与应对

•经济性:

￮挑战：作为首堆面临较高的“首堆溢价”；在实现批量生产前，单位成本可能高于传统大型核电；需与化石燃料和日益成熟的可再生能源在平准化发电成本（LCOE）方面竞争；SMR特定供应链的初期建设成本。

￮应对：通过与用户国家（如沙特）联合开发和投资，分摊首堆的初期成本；专注于具有高附加值和协同效应的多功能应用场景（如联合海水淡化）提升整体项目经济性；积极研发和推广成本更优、性能更高的SMART-C/i-SMR等后续型号；争取韩国政府的出口信贷、担保和保险等金融支持。

•公众接受度:

￮挑战：核能固有的安全担忧和潜在事故影响；乏燃料的长期处置问题。

￮应对：突出强调SMART先进的完全非能动安全系统和显著提升的本质安全特性，以此建立公众信任；提高项目信息透明度，与潜在用户国家社区进行充分沟通；展示项目带来的当地福祉，如创造就业、提供清洁能源和淡化水。

•供应链构建:

￮挑战：SMART高度集成和模块化的设计对现有核电设备供应链提出新的要求；需要在用户国家实现一定比例的本地化制造和采购；在缺乏足够批量订单前，难以建立稳定、高效且成本有竞争力的SMR专用供应链。

￮应对：与韩国大型且经验丰富的EPC公司（如现代工程建设）合作，利用其在EPC和供应链管理方面的能力；与潜在用户国家详细讨论本地化比例和方式，提供技术转移和本地供应商培训；通过政府间协议，为供应链合作和本地化争取有利条件。

•缺乏运行经验:

￮挑战：尚未有SMART商业运行的参考机组，潜在用户可能对其长期运行的可靠性和性能存在疑虑。

￮应对：依靠全面的设计验证、大量的缩尺实验和数值模拟结果来证明设计的可靠性；与沙特的合作旨在建设全球首个SMART商业示范堆，以此积累实际运行数据和宝贵经验；利用韩国在APR1400等大型压水堆上积累的丰富设计、建造和运营经验（KHNP）提供支持。

•融资难度:

￮挑战：SMR项目作为大型基础设施，融资过程复杂且周期长；银行和投资者可能因缺乏首堆经验和对特定SMR技术不熟悉而持谨慎态度。

￮应对：积极争取韩国政府的国家出口信贷机构（如K-EXIM, K-SURE）提供的出口信贷、担保和保险支持；与资金实力雄厚的伙伴国家（如沙特）共同出资；探索项目融资或公私合营（PPP）等创新融资模式。

•监管审批:

￮挑战：潜在用户国家可能需要建立或调整其核安全监管体系以适应SMR的审批要求；在用户国家获得建造和运营许可需要投入大量时间和资源进行监管评审。

￮应对：利用SMART已获得的韩国NSSC标准设计批准书作为强有力的基础，向用户国家监管机构提供全面的安全分析报告和技术资料；与用户国家分享韩国的监管经验和技术能力，协助其建立或完善SMR监管体系。

3.4 后续型号开发与整体出口战略

•SMART-C和i-SMR:

￮SMART-C：可能是基于SMART进一步优化、更侧重于纯发电并提升经济性的型号.

￮i-SMR (innovative SMR)：韩国正在研发的下一代创新型SMR，目标电功率约170 MWe，计划具备优异的负荷跟踪能力，以更好地适应现代电网需求。 i-SMR可能融合部分第四代反应堆的先进理念，进一步提升非能动安全性、模块化程度和运行效率。

￮研发计划与时间表：i-SMR的研发进展顺利，计划在2028年前获得韩国监管机构的标准设计批准。

￮商业化目标：这些后续型号旨在通过技术和经济性优化，进一步增强韩国SMR在国际市场的竞争力，满足更广泛的市场需求，并成为韩国未来核电出口组合的关键组成部分。

•SMART在韩国整体核电出口战略中的地位:

￮韩国政府设定了宏大的核电出口目标，“到2030年出口10座核电厂”。这一目标涵盖了大型反应堆（如APR1400）和SMR。

￮SMART作为韩国自主研发并获得监管批准的SMR，是实现这一国家战略目标的重要载体之一。

￮SMR因其固有的灵活性、相对较低的初期投资和增强的安全性，能够进入大型堆不适合或无法进入的市场（例如电网规模小、水源限制或偏远地区），从而帮助韩国拓展全球核能市场份额，分散出口风险。

￮韩国政府将SMART的商业化与整体核能产业链的发展紧密结合，希望通过SMART的出口带动韩国在核电设计、制造、工程建设（EPC）、燃料供应、运营维护、甚至退役等全产业链的技术和服务的出口。

结论

韩国SMART反应堆是一款基于一体化压力容器和完全非能动安全系统设计的创新型SMR。其核心特点包括模块化、多功能性、高安全性以及通过工厂化制造实现相对较低单位建设成本的潜力。经过持续的技术研发和重大设计升级（至SMART100），SMART已于2024年成功获得了韩国核安全监管机构的标准设计批准书，为其商业化和国际推广奠定了坚实的监管基础。

尽管SMART项目在早期曾因缺乏首个商业订单和市场不确定性而面临挑战，但通过升级设计以满足后福岛时代更高的安全标准（SMART100）以及与沙特阿拉伯等国的紧密国际合作，韩国政府和核能产业界展现了将SMART推向国际市场的坚定决心。

目前，与沙特的合作为SMART的商业化提供了最具体的落地载体，联合预建设工程为未来的商业示范堆建设进行了充分准备。然而，首个商业示范堆的实际建设启动仍取决于包括融资落实、沙特本地监管审批、EPC总承包合同谈判等多方面因素的最终确定和顺利推进。

SMART能否在全球市场取得成功，将关键取决于其在首个商业示范堆运行中验证其设计所声称的经济性、可靠性和安全性，以及韩国政府和企业在应对商业化进程中面临的挑战（如融资难度、供应链构建、公众接受度）方面的策略有效性。作为韩国“2030年出口10座核电厂”国家战略的重要组成部分，SMART及其正在开发的后续型号有望在全球能源结构转型、应对气候变化以及满足新兴市场多样化能源需求方面发挥日益重要的作用。

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