20世紀90年代的時候，美國電力研究院出臺了《先進輕水堆用戶要求》，歐洲緊隨其後出臺了《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》。這兩份文件確定了下一代核電站的安全和技術要求，確定了防範與緩解嚴重事故，提高核電站安全性和可靠性等方面的方向。通常上，我們將滿足這兩份文件之一的核電站稱之為第三代核電站。目前，典型的三代核電站典型代表有美國的AP1000，韓國的APR1400，歐洲的EPR1700，俄羅斯的最新VVER系列以及中國的HPR1000（又稱“華龍一號”）。無論從安全性還是從經濟性來看，第三代核電站各項指標均優於二代核電站。從核電站建造的趨勢來看，三代核電站正在逐步取代二代及二代改核電站，三代核電站是未來一段時間內核電建設的絕對主流。
我國引進的三代核電技術為美國西屋的AP1000以及法國阿海琺的EPR1700兩種堆型，廣東臺山的ERP1700機組和浙江三門以及山東海陽的AP1000機組相繼併網發電，對世界三代核電站的建設具有典型的標杆引領和示範作用。我國堅持的核電技術堅持的路線是：引進，消化吸收，再創新，即通過引進國內外相關先進核電，在逐漸掌握核電核心技術的基礎上進行技術改造和自主研發，形成具有自主知識產權，功率更大，經濟性更高的大型非能動先進壓水堆。CAP1400核電站就是我國在引進消化吸收AP1000核心技術後發展的具有完全自主知識產權的重要標杆三代核電。CAP1400以AP1000為參考，因此也繼承了AP1000的模塊化建造理念和非能動技術。華龍一號是中核集團和中廣核集團在M310基礎上採用非能動和能動技術理念發展的另一種具備完全自主知識產權的三代核電站。下面將對國際幾種主流的三代核電技術進行分別介紹，以便大家能比較全面的瞭解三代核電。
歐洲EPR系列反應堆（European Pressurised Reactor ）
圖1 EPR反應堆渲染圖
EPR是第三代壓水反應堆設計。它主要由法國的法國電力公司和德國的西門子公司設計和開發。在歐洲，這種反應堆的設計被稱為歐洲加壓反應堆，簡稱為EPR。首個可運行的EPR裝置是中國的台山1號，於2018年12月開始運行。台山2號於2019年9月開始運營。在芬蘭的奧爾基洛託和法國的弗拉曼維爾，第一批開工建設的兩個EPR核電機組都面臨著成本高昂的延期(預計分別2021年和2023年完工)。英國欣克利角的兩個機組於2016年9月獲得最終批准，預計將於2026年左右完工。
圖2 EPR反應堆燃料組件佈置示意圖
第三代EPR核電站的主要設計目標是提高安全性，同時通過改進以前的壓水式反應堆設計產生更高的經濟效益，該反應堆設計的電功率輸出約為1650兆瓦(淨)，熱功率為4500兆瓦。反應堆可以使用5%的濃縮鈾氧化物燃料、再加工鈾燃料或100%混合鈾-鈈氧化物燃料。EPR通過改良設計比老的第二代反應堆更有效地使用鈾，比早期的二代反應堆技術每單位發電量使用大約少17%的鈾。1995年，科學家們擔心每兆瓦的成本過高，於是在2007年的設計中，發電量增加到1800兆瓦，但在最終認證設計中，發電量又減少到1650兆瓦。
EPR設計中採用了非能動和能動的措施來應對核事故：
- 四個獨立的應急冷卻系統。
每個系統都可以提供衰變熱所需的冷卻，在反應堆關閉後持續帶走衰變熱3年(即300%冗餘設計)；
- 增加額外的安全措施。
反應堆壓力容器外部設置的堆芯捕集器能保證發生堆芯熔化的嚴重事故時，放射性衰變物質不會洩露到外部環境，保證工作人員和公眾的安全。
- 總厚度為2.6 m的雙層混凝土牆。
該設計使得反應堆可以承受大飛機撞擊和內部過壓。
韓國APR系列反應堆（Advanced of Power Reactor）
圖3 APR1400反應堆渲染圖
圖4 阿聯酋巴卡拉的APR1400
APR-1400是由韓國電力公司(KEPCO)設計的先進壓水堆，最初被稱為韓國下一代反應堆(KNGR)，該反應堆是根據早期的OPR-1000設計開發的。目前有三個機組在運行(新光3號和4號，新光1號)，五個機組處於建設中，四個在阿聯酋的巴拉卡，一個在韓國的新光。另外兩個機組計劃在新古裡開工建設。
APR-1400設計始於1992年，並於2002年5月獲得韓國核安全研究所的認證。設計認證申請於2014年12月提交給美國核管理委員會(NRC)，並於2015年3月接受技術審查，以確定反應堆設計是否符合美國基本安全要求。截至2018年9月，核管理委員會發布了其最終安全評估報告和標準設計批准認定該設計在技術上可接受並在15年內有效。2019年4月，核管理委員會批准了一項認證APR-1400標準設計的規則。 2017年10月，歐洲公用事業要求(EUR)組織批准了對APR-1400緊急冷卻設計的變更，允許該設計在歐洲以外的國家建造並獲得EUR認證。在韓國的條件下，該反應堆可以產生1455兆瓦的電功率，熱功率容量為3983兆瓦(額定4000兆瓦)。
EPR反應堆的主要發展方向是容量提升、壽命延長和安全性增強。設計改進還注重滿足經濟指標和許可要求。與早期的OPR-1000相比，其主要特點是:
- 淨電功率:1400兆瓦(增加40%)
- 設計壽命:60年(增加50%)
- 抗震設計基礎:0.3g(增加50%)
- 堆芯損壞頻率:小於10^-5/年(減少10倍)
- 核心燃料組件:241(增加36%)
APR-1400反應堆堆芯由241個燃料組件、93個控制元件組件和61個堆芯內儀表組件組成。每個燃料組件有236個燃料棒，呈16×16陣列(一些空間被控制元件的導管佔據)，其中含有二氧化鈾(平均濃縮度為2.6 w/o)，能夠產生100.9 W/cm^3.的平均體積功率密度，堆芯只需稍加改動也可以裝載混合氧化物燃料。同OPR-1000設計一樣，APR-1400有兩個反應堆冷卻劑迴路。在每個迴路中，加熱的一次冷卻劑通過一個熱管段離開反應堆壓力容器，通過一個蒸汽發生器和兩個冷管段返回到反應堆壓力容器，每個冷管段配有一個反應堆冷卻劑泵。在二回路中，熱管段上方有一個穩壓器(PZR)。因為蒸汽發生器相對於反應堆壓力容器是升高的，在反應堆壓力容器發生故障的情況下，反應堆冷卻劑通過自然對流效應循環。穩壓器配有先導式安全閥，不僅可以防止反應堆冷卻劑系統過壓，還可以在給水完全損失的情況下進行手動降壓。每個蒸汽發生器有13102個鎳合金管，這種材料提高了抗應力腐蝕開裂的能力。蒸汽發生器設計包含一個整體給水加熱器，在給水引入蒸汽發生器之前對其進行預熱。與OPR-1000設計相比，蒸汽發生器具有更大的二次給水存量，這為人工干預提供了更多時間。設計管堵塞裕度為10%，這意味著蒸汽管堵塞高達10%時，反應堆仍可以在最大功率下運行。蒸汽發生器的兩條主蒸汽管線各包含五個安全閥、一個主蒸汽安全閥和一個隔離閥。
APR-1400已經進一步發展為APR+設計，經過七年的發展，於2014年8月14日獲得正式認證。該反應堆的設計特點是顯著提高了安全性，並且“堆芯損壞頻率比其替代的APR1400設計計算的頻率低整整一個數量級”。APR+堆芯使用257個燃料組件(比APR-1400多16個)，將總髮電量提高到1550兆瓦。某些安全功能，如備用發電機，已經從兩個增加到四個。
美國AP系列反應堆（Advanced Passive PWR）
圖5 AP1000反應堆渲染圖
AP1000是由西屋電氣公司設計和銷售的核電廠。該核電廠是一座壓水式反應堆，採用了非能動核安全的理念，並具有許多設計特點，旨在降低投資成本和提高經濟效益。最開始的堆型是AP600，輸出功率較小大約600到700兆瓦。後來，為了進一步提高經濟性而擴大尺寸，設計出了AP1000堆型。
圖 6 浙江三門AP1000反應堆
目前，共有六個AP1000機組正在運行或建造中。其中，四個在中國建造，兩個位於浙江三門核電站，兩個位於山東海陽核電站。美國有兩個機組正在建設中。截至2019年，所有位於中國的機組都已完成建設，併成功併網發電。美國的核電站建設項目經歷了多次延誤，最快預計將於2021年完工。美國項目的成本超支和延誤直接導致西屋公司在2017年破產。中國在AP1000基礎上研發的CAP1400具備完全自主知識產權，並將開始在山東榮成核電基地開始建設。
AP1000為單堆佈置兩環路機組，電功率1250MWe，設計壽命60年，主要安全系統採用非能動設計，佈置在安全殼內，安全殼為雙層結構，外層為預應力混凝土，內層為鋼板結構。AP1000主要的設計特點包括：
- 非能動設計提高完全性和經濟性；
- 模塊化建造技術有利於標準化和提高效率；
- 基於標準的西屋壓水反應堆 (PWR)技術，該技術已實現了超過 2,500 反應堆年次的成功的運營。
俄羅斯VVER系列反應堆（Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor）
VVER是音譯過來的，該反應堆又稱WWER（Water Water Power Reactor）。VVER反應堆最初是20世紀70年代前在前蘇聯時期設計開發的，並且一直在不斷更新換代。因此，VVER這個名字包含了第一代到第三代的所有反應堆，電功率輸出範圍從70到1300兆瓦不等，最新設計中的功率高達1700兆瓦。
最早的VVER建於1970年之前。VVER-440 V230型是最常見的設計，提供440兆瓦的電力。V230採用六個主冷卻劑迴路，每個迴路都帶有一個水平蒸汽發生器。VVER-440的改進型V213是蘇聯設計者採用的第一個核安全標準的產物，該反應堆包括增加了應急堆芯冷卻和輔助給水系統以及升級的事故定位系統。VVER-1200是目前最新的版本，是基於VVER-1000的改進型，功率輸出增加到約1200兆瓦(總功率)，並採用了額外的非能動安全設計。
圖 7 VVER1000燃料組件佈置示意圖
圖 8 VVER六角形燃料組件與西屋典型壓水堆燃料組件佈置對比圖
圖9 VVER1000主控室
俄羅斯縮寫VVER代表“水-水高能反應堆”，該設計是一種壓水式反應堆。VVER與其他壓水堆相比的主要特點是:
- 臥式蒸汽發生器
- 六角形燃料組件
- 壓力容器中沒有底部貫穿件
- 提供大量反應堆冷卻劑的大容量容器
VVER反應堆有四層防止放射性物質洩漏的分層安全屏障:
- 燃料芯塊:放射性元素維持在燃料芯塊的晶體結構中。
- 燃料棒:鋯合金管提供了進一步的耐熱高壓屏障。
- 反應堆外殼:一個巨大的鋼殼將整個燃料組件密封起來。
- 反應堆廠房:一個包圍整個第一回路的混凝土安全殼廠房足夠堅固，可以抵抗第一回路中的破口事故可能造成的壓力波動。
與切爾諾貝利災難中涉及的RBMK反應堆相比，VVER採用了一種本質上更安全的設計。它沒有采用石墨作為慢化劑，沒有發生電力瞬變或臨界事故的風險。此外，由於成本以及相對容易再加燃料的原因，RBMK發電站沒有建造密封結構。
中國HPR系列反應堆（Hua-long Pressurize Reactor）
圖10 華龍一號渲染圖
華龍一號，也稱為HPR1000(中文:華龍一號，字面意思是“中國龍1號”），是中國特有的壓水堆設計。華龍一號是由中國廣核集團（CGN）和中國核工業集團公司(CNNC)在ACPR1000和ACP1000設計的基礎上開發的，兩者都採用三環設計，和法國M310設計相同。華龍一號也是中國常見的在建反應堆設計，是主流三代核電技術。
