按照我國核能發(fā)展熱堆(壓水堆)——快堆——聚變堆三步走戰(zhàn)略路線,目前進行商業(yè)運行的壓水堆可以稱為 “今天”的核電技術,而快堆則是“明日核能”,被稱為“人造太陽”的聚變堆,則是“后天”核能技術。
在“今日核能”發(fā)展落后于核電先行國家,“后天”核能實現(xiàn)突破無期的情況下,對于“明日核能”的研發(fā)工作就顯得尤為重要。而更為現(xiàn)實的意義在于,發(fā)展 “明日核能”——快堆核能系統(tǒng)可以充分利用鈾資源,并實現(xiàn)廢物最少化,從而確保核裂變能的可持續(xù)發(fā)展。
這可以很好地解決核能發(fā)展帶給大眾隱憂的兩個問題——乏燃料處理和鈾資源不足。
在全國兩會召開之際,本報邀請全國政協(xié)委員、中國原子能科學研究院院長萬鋼,對我國快堆發(fā)展現(xiàn)狀進行權威解讀。
實驗快堆將在年內(nèi)進行滿功率運行
記者:實驗快堆在實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電之后有新進展嗎?
萬鋼:2011年實驗快堆實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電時并不是滿功率運行,我們初步計劃在今年六、七月進行滿功率運行。
記者:是否會按照863計劃設計,完成實驗堆臨界后進行原型堆研發(fā),原型堆研發(fā)進度如何;還是直接進行商業(yè)堆研發(fā)?
萬鋼:實驗快堆是一個實驗設施,是國家863計劃安排的,目前已經(jīng)建成。按照世界快堆發(fā)展的經(jīng)驗,第二步應開發(fā)30萬千瓦左右的原型快堆。由于實驗快堆在參數(shù)選取上已接近商用快堆,也充分吸收了世界快堆發(fā)展的經(jīng)驗特別是與俄羅斯進行了充分合作,我們可以建造功率更大的原型快堆,或跳過原型堆而直接進入示范快堆階段。根據(jù)既定計劃安排,在實驗快堆建設完成后,要進行60萬千瓦工業(yè)規(guī)模的原型/示范快堆電站CFR600的研發(fā),以進行工業(yè)規(guī)模的示范,為商用推廣積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù),避免大的經(jīng)濟技術風險。
CFR600示范工程已經(jīng)列入多個國家相關規(guī)劃之中。為更好推動項目進展,中核集團公司在“龍騰2020科技創(chuàng)新計劃”中專門設立了“龍原工程”,籌集數(shù)億元專項資金進行前期研發(fā),國家有關部門也對快堆的關鍵技術研發(fā)、能力建設等進行了投入。目前,示范快堆已經(jīng)完成了方案設計,正在進行主工藝設計。
核裂變能可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇
記者:作為四代堆型的中子快堆相較于三代核電有哪些優(yōu)勢?
萬鋼:相較于三代核電,第四代核能追求更安全、經(jīng)濟和可持續(xù),快堆(快中子引發(fā)裂變的核反應堆)是第四代核能的主要堆型,其優(yōu)點主要有以下幾個方面:一是資源的高效利用。三代核電屬于熱中子核反應堆,主要是利用天然鈾中占0.7%的鈾235,而第四代的快堆還可以充分利用天然鈾中占99.3%的鈾238,使天然鈾的利用率能夠提高60倍以上,這一特性可以支持核能大規(guī)模使用數(shù)百年。所以,快堆可實現(xiàn)燃料的增殖,叫增殖堆。在核燃料產(chǎn)業(yè)鏈中,快堆既能將壓水堆乏燃料中分離出來的燃料再利用起來,也能將濃縮鈾(為壓水堆燃料提供)生產(chǎn)剩下的貧鈾(鈾235更少,鈾238更多)再利用起來,實現(xiàn)核燃料的閉式循環(huán),實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟??梢哉f,快堆和壓水堆匹配發(fā)展,可實現(xiàn)核能的大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展。
二是放射性廢物的最小化。無論什么反應堆,燃料燒過以后都成了不能再直接使用的乏燃料,儲存起來是一種辦法,但會受儲存空間的限制,必須對其進行處理和分離。壓水堆的乏燃料中存在一些長壽命的次量錒系元素(MA),而快堆可以將其燒掉(嬗變)掉,使放射性廢物對環(huán)境的影響時間縮短100倍,廢物量也同時會大大減少。一座快堆可以支持5-10座同功率壓水堆MA的嬗變。
三是安全性更高。由于快堆工作壓力接近常壓、冷卻劑熱工裕度大,本身的固有安全性高。同時,能夠很好地采用非能動事 故余熱排出系統(tǒng)等非能動技術,能夠?qū)⒎磻言O計得更安全,確保反應堆安全運行。
記者:我國的中子快堆研究目前在全球處于什么水平,我國的中子快堆優(yōu)勢在哪里?
萬鋼:作為快堆的后發(fā)國家,通過科技部和科工局支持的863計劃 “中國實驗快堆”項目的實施,并通過國際合作特別是與俄羅斯的緊密合作,我國的快堆技術得到了長足發(fā)展,目前已掌握絕大多數(shù)快堆核心技術,實驗快堆已經(jīng)實現(xiàn)了70%設備的國產(chǎn)化,在國內(nèi)形成了基本配套的產(chǎn)業(yè)鏈,成為世界上第8個有能力設計建造快堆的國家。
雖然我國的快堆技術總體上與俄、法等快堆先進國家有差距,但實驗快堆還是體現(xiàn)了當今世界的先進水平,在設計上也具有獨有的一些特點,如完全的非能動事故余熱排出系統(tǒng)、事故情況下冷卻劑泄露非能動虹吸破壞裝置、鈉火消防技術、雙層管技術等。今后,將在這個平臺上,進一步開展實驗研究,進一步加強國際合作,做出世界一流的快堆技術成果。
記者:在鈾資源有限的情況下,核燃料生產(chǎn)是否會成為中子快堆的重要戰(zhàn)略和商業(yè)價值?
萬鋼:與壓水堆電站相比,快堆電站的運行同時生產(chǎn)兩類產(chǎn)品:電和核燃料??於芽梢栽鲋?,可以設計成增殖比大于1,如CFR600的增殖比就設計為1.2,使得在消耗1公斤核燃料的同時,可以生產(chǎn)1.2公斤的新的核燃料??於训倪@種核燃料生產(chǎn)能力,一方面可以解除壓水堆的燃料后顧之憂,有效保護設計壽命達60年的壓水堆的投資安全,一方面使得核燃料的生產(chǎn)是可控和可預測的,避免燃料價格的大幅度波動,有利于整個核能行業(yè)的健康發(fā)展。