作者： 彭士祿（院士）

        2001年1月美國能源部倡議成立了第四代核能國際論壇（GIF），共同研究、開發(fā)第四代核能技術(shù)。目前共有10個國家包括美國、法國、日本、英國、加拿大、阿根廷、南非、巴西、韓國、瑞士，以及歐洲原子能共同體加入了該論壇。GIF經(jīng)過多次討論，明確第四代反應(yīng)堆應(yīng)在確保安全可靠的基礎(chǔ)上，力爭提高其經(jīng)濟(jì)性和核燃料的增值和節(jié)約，并在2002年5月的巴黎會上選定了6種堆型作為未來第四代反應(yīng)堆的發(fā)展方向。這6種堆型為
①氣冷快堆（GFR）；
②鉛冷快堆（LFR）；
③熔鹽反應(yīng)堆（MSR）；
④鈉冷快堆（SFR）；
⑤超臨界水堆（SCWR）；
⑥超高溫氣冷堆（VHTR）。

超臨界水堆（SCWR）有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

        1．在上述6種堆型中只有超臨界水堆采用水作為慢化劑和冷卻劑，水是便于取得和便宜的物質(zhì)，且其化學(xué)、物理性質(zhì)清楚。我國的核電站絕大多數(shù)采用壓水堆，其用水的經(jīng)驗均可借鑒。
        2．由于超臨界水堆在250大氣壓下工作，其出口溫度可達(dá)500℃以上，故可將目前壓水堆核電廠的凈熱效率從～33%提高到～44%以上。
        3．由于熱效率提高～11%，可節(jié)省核燃料～25%，亦即3個百萬級壓水堆的核裝料可裝4個百萬級超臨界水堆。
        4．將超臨界水堆SCWR的堆芯緊湊化布置，即可轉(zhuǎn)化為快中子堆，具有靈活性。
        5．具有固有安全性，無論發(fā)生什么故障都可以得到安全控制。
        6．一回路系統(tǒng)最為簡化，取消了壓水堆中的主蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主循環(huán)泵，由超臨界水經(jīng)過減壓后向主汽輪機(jī)直接供氣。如圖1、2所示。
        7．推芯設(shè)計將采用我國具有專利權(quán)的《套管燃料組件的超臨界水反應(yīng)堆》，以簡化堆芯設(shè)計工作，并節(jié)省堆結(jié)構(gòu)材料。
        8．超臨界水推的幾個輔助安全系統(tǒng)完全可以利用我國國核技已引進(jìn)的AP-1000核電廠的非能動技術(shù)。
        9．可以充分利用我國超臨界火電廠的技術(shù)，簡單說，將反應(yīng)堆替代超臨界鍋爐即為超臨界核電廠。
        自1980年以來，我國已引進(jìn)和國產(chǎn)化建成超臨界和超超臨界火電機(jī)組共38臺，單機(jī)容量分別為30萬Kw、50萬Kw、80萬Kw、90萬Kw、100萬Kw等共8種型號。這說明我國的超臨界技術(shù)已相當(dāng)成熟。
        10．具有強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)競爭性：據(jù)GIF估計，百萬千瓦級超臨界水堆核電站的造價（當(dāng)時價）約為900$/kW；毆共體估計為1000毆元/千瓦；我國2×90萬千瓦超臨界火電廠的比投資（建成價）為5900元/千瓦（含脫S、NOx）。由于一臺反應(yīng)堆的造價要比一臺鍋爐的造價貴，故2臺百萬千瓦級的超臨界核電站的比投資～9000元/千瓦。
        目前我國正在建設(shè)中的核電廠的比投資為：高溫氣冷堆為16000元/千瓦；方家山改進(jìn)型壓水堆2×100萬千瓦為13000元/千瓦w。
        由此可見，超臨界水核電廠比上述核電廠分別便宜～70%、～44%。3臺一百萬Kw級的造價可建造4臺百萬Kw級的超臨界水核電廠，達(dá)到3 = 4的目的。
        綜上所述，可見SCWR具有經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、節(jié)省鈾資源，有利于可持續(xù)發(fā)展。

        11．存在主要問題有：

        ① 反應(yīng)堆壓力容器制造。以百萬kW級的反應(yīng)堆為例，在250大氣壓下工作，其壓力容器的高度～13m，筒體段外徑4m，壁厚～35cm，目前只有俄羅斯、韓國、日本能制造，需考慮合作生產(chǎn)或外購。
        ② 需研制堆內(nèi)構(gòu)件熱絕緣材料。
        ③ 需研制設(shè)備密封材料，解決三漏（水、汽、油）問題。
        ④ 需進(jìn)行包覆顆粒燃料的制備試驗、耐腐蝕試驗、水力試驗、堆內(nèi)考驗、零功率試驗等。
        ⑤ 需開展安全性分析、穩(wěn)定性分析和控制等。
        綜上所述，從核裝料及造價上，3臺百萬Kw級壓水堆可建造4臺110萬級超臨界水堆，達(dá)到3 = 4。

圖一、從PWR到SCWR的系統(tǒng)簡化示意圖

圖二、超臨界水冷堆核電機(jī)組原理圖