中国国际核电机系统论代高温气冷堆

中国国际核电机系统论代高温气冷堆

随着世界原子能工业的发展，第四代原子能系统逐渐转移到三项技术，而第四代能源系统是全球能源研究人员在未来几年中的中心研究主题。2014年4月中旬,在北京举办的第十三届中国国际核工业展览会上,中国核工业建设集团公司(以下简称“中国核建”)在其展台展示的主角是60万千瓦球床模块式高温气冷堆商用核电站主题模型。作为当前中国核建重点推荐的堆型之一,高温气冷堆被称为“具有第四代核能系统特征”的先进堆型,在这个以“三代核电技术”为主流的展厅内,引来不少参展观众对它的关注。而与此同时,其示范工程——位于山东荣成的石岛湾高温气冷堆项目正在抓紧时间建设中。2007年1月,中国核建和中国华能集团公司、清华大学合作,各出资32.5%、47.5%、和20%组建了石岛湾核电公司,负责示范工程的建设与运营管理。此示范项目被冠以“世界首台具备第四代核能系统安全特性的商用核电机组”的称号。虽然装机容量只有20万千瓦,中国核建、华能集团、清华大学对此都寄予厚望,因为这决定了它的扩大机组——60万千瓦装机容量的高温气冷堆项目能否向前推进。受2011年福岛核事故的影响,核电的安全性成为发展核电国家最为重视的问题。在全球在建核电都逐步过渡到三代技术的同时,第四代核能系统已经成为全球核能研究人员在未来多年内重点研究的课题。在他们看来,第四代核能系统代表了先进核能系统的发展趋势和技术前沿。反观我国,除上述三家致力于高温气冷堆的企业、学校外,多家核能研究机构都对第四代核能系统颇感兴趣。“我国对于第四代核能系统的研究,技术上不是最先进的,但热情度绝对是最高的。”中国原子能科学研究院一不愿具名的工程师对《能源》杂志记者笑称。我国第三代高能系统研究与研究发展概况1999年,美国能源部(DOE)首次提出了第四代核电站的倡议,并于2000年1月,发起组织了巴西、加拿大、法国、日本等九个国家,就开发第四代核电的国际合作问题进行了讨论。6个月后,这九个国家成立了第四代核能系统国际论坛(简称GIF)并签署了协议。根据GIF的定义,所谓第四代核能系统,必须具有四个重要的特征:核能的可持续利用——通过对核燃料的有效利用,实现提供持续生产能源的手段、实现核废物量的最少化;经济性——发电成本优于其他能源,资金的风险水平能与其他能源相比;安全与可靠性——大幅度降低堆芯损伤的概率及程度,并具有快速恢复反应堆运行的能力,取消在厂址外采取应急措施的必要性;防扩散与实物保护——保证难以用于核武器或被盗窃。此外,2002年9月在东京召开的GIF会议上,与会的十个国家(瑞士于2002年2月加入GIF),在94个概念堆的基础上,确定了六种第四代核电站概念堆系统,即为:气冷快堆系统;铅合金液态金属冷却快堆系统;熔盐反应堆系统;液态钠冷却快堆系统;超高温气冷堆系统;超临界水冷堆系统。2006年11月,我国科技部原部长徐冠华于代表中国政府签署了GIF《宪章》。2007年11月杨洁篪外长签署了《第四代核能系统研究和开发国际合作框架协定》加入书。因此,作为GIF的成员国之一,我国于2008年10月和2009年3月分别加入了超高温气冷堆和钠冷快堆两个系统安排。“但实际上,除气冷快堆外,其余5种系统堆型,我国都有相关的机构在关注和研究。”在2014年3月4日举办的中国参与第四代核能系统国际论坛(GIF)工作研讨会上,中国工程院院士叶奇蓁对记者表示。2014年3月5日,中国核能行业协会和中国科学院核能安全技术研究所联合举办了“铅基反应堆专题研讨会”。在此会上,中国科学院核能安全技术研究所所长吴宜灿介绍了中国铅基反应堆研究进展情况。其十分推崇铅基反应堆的发展前景,认为有望成为首个实现商业利用的第四代核能系统。“经济性好,适合作为高效增殖核燃料及嬗变核废料的快中子反应堆冷却剂;作为冷却剂能够使反应堆堆芯更紧凑,适合小型模块化及船用核动力的发展;化学稳定性好,在事故条件下能够依靠自然对流导出堆芯余热,使反应堆具有固有安全性。”吴宜灿表示。然而,在此之前,对于第四代核能系统,我国业界一直看好钠冷快堆系统。它是中国原子能科学研究院主攻的技术。2010年,中国实验快堆首次临界成功,标志了中国在第四代核电技术方面取得了重大突破,因此被国内业界认为最有可能实现商业化运行的第四代核能系统。至于另外两种系统——熔盐堆和超临界水冷堆的研究开发,我国也不甘落后。中科院上海应用物理研究所积极投入到了钍基熔盐堆项目研究。而超临界水冷堆技术,则吸引了中国核动力研究设计院、中广核旗下的中科华核电技术研究院以及上海交通大学等多家研究单位的关注。2013年年底,中国核动力研究设计院承担的“超临界水冷堆技术研发(第一阶段)”项目已通过了国防科工局的验收,项目提出了超临界水冷堆的总体技术路线。一时间,我国多种第四代核电技术并存,即使是业内人士,亦有不能准确说出哪种系统更具有发展前景的。对于此种局面,部分业内人士认为,按照目前GIF对第四代核电的发展计划,第四代核能系统将在2025年建成示范电站,2030年实现商用并广泛推广。因此,6种核能系统均处在研究发展当中,多线路的研究和关注是十分必要的。但也有忧虑的声音。“对于第四代核能系统,我国处于一个比较混乱、没人管理的局面,国家层面并没有好好的组织。只要有兴趣、能向国家申请到资金,核能研究单位就可以去研究。”上述不愿具名的中国原子能科学研究院工程师对记者说,“这种局面带来的不好之处在于研究力量分散,钱花不到刀刃上。”据了解,其余国外国家,目前虽然也都关注第四代核能系统,但一般集中于一两种技术,大多也是学校机构做一些科研项目,真正大规模投资要建设示范项目的并不多。一直关注核电发展的大唐国际发电股份有限公司贾小波曾撰文指出:“我国应明确研发目标,集中力量摸索出中国自己的第四代道路。选定两种适合中国国情的第四代堆型,考虑中国的核燃料资源状况,考虑国内研发基础、技术成熟度和堆型本身的优缺点。”国防科工局一不愿具名的人士建议,在国家还没有一个专门针对第四代核能系统有管理组织的情况下,应该联合各家单位组建第四代核能系统办公室或者召开一年一度的论坛。“现在政府顶层交流很少,大家都在各干各的,如果都在用国家的投资,会重复投资,浪费资金。”第三代规范将商业化推进虽然GIF对第四代核电的发展目标聚焦在2030年前后,但事实上,多家研究第四代核能系统的企业、机构已经有些迫不及待,希望能够尽快建立示范项目。而在记者的采访中发现,2017年是个关键年份。因为多种第四代核能技术主导方都希望在这一年实现自己技术的突破发展。据介绍,中国原子能科学研究院下的实验钠冷快堆已经在2012年通过了国家科技部的验收,目前正在接受国防科工局的8项验收。该实验快堆已经获得了国家核安全局的同意,目前正在积极做各方面调试,争取在今年年底做到100%功率运行,为示范电站做准备。按照中国原子能科学研究院的规划,如一切顺利,将在2017年准备开工建设我国第一台钠冷快堆示范电站。而其第一候选厂址为福建的三明市。对于石岛湾的高温气冷堆项目来说,2017年则是其原计划建成发电投产的年份。而铅基反应堆之所以被中国科学院核能安全技术研究所认为有望成为首个实现商业利用的第四代核能系统,是因为俄罗斯代表明确表示计划于2017年建成国际上首个液态铅铋冷却示范反应堆。此外,在此次第十三届中国国际核工业展览会上,美国泰拉能源公司(以下简称“泰拉能源”)的展位虽小,却也吸引了不少关注。泰拉能源由比尔·盖茨投资成立,其主推的行波堆技术,虽然不在GIF确定的6大第四代核能系统之中,但也属于快堆技术,具有第四代核能系统特征。泰拉能源高级副总裁、中国首席代表王定南向《能源》记者表示,泰拉能源已经与中核集团达成初步合作意向,计划将行波堆首个示范堆建在中国,如合作顺利,最早将于2017年开始开工建设。据了解,泰拉能源的行波堆项目在美国难以落地,所以,其寄希望于中国。在泰拉能源看来,中国市场能为其行波堆技术成功推向商业化运行提供很好的条件。“只有中国才能使比尔·盖茨的核电梦成真。中国需要核能的现实使核能的发展获得政府的支持。”王定南说。各家第四代核能技术似乎都在力推示范项目以及实现商业化的进程。事实上,对于这几种技术本身,目前都存在需要克服的瓶颈。被认为最有可能商业化的钠冷快堆,安全性问题一直备受担忧,因为存在发生钠水反应事故的隐患。行波堆由于其目标在于30—40年不更换燃料,所以关键设备和材料的质量和寿命期限是需要解决的问题。对于高温气冷堆,经济性问题则十分突出。原计划投资30亿的石岛湾项目,目前看还需再投入30多亿。“建设成本能够达到3—4万元/千瓦时,”某业内人士表示,“示范项目是可以承受,要达到商业化推广,成本太高。”此外,在叶奇蓁看来,其最担心的问题是第四代核能系统的产业链在未来会存在短板。“目前的资源都集中在研究核能系统上,但到了实际的工程建设上,会发现还有差距。如果系统可以商业化了,但是所需设备、燃料跟不上,还是