世界核電技術(shù)已基本完成向三代的轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)入四代技術(shù)研發(fā)與部分堆型的工程示范驗(yàn)證階段。先進(jìn)小型模塊化反應(yīng)堆、第四代核能系統(tǒng)以及熱核聚變堆成為全球先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)焦點(diǎn)。

核能安全性不斷提升，離不開先進(jìn)技術(shù)的加速迭代和強(qiáng)有力支撐。

中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)日前發(fā)布的《先進(jìn)核能技術(shù)發(fā)展年度報(bào)告（2022）》（以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》）顯示，世界核電技術(shù)已基本完成向三代的轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)入四代技術(shù)研發(fā)與部分堆型的工程示范驗(yàn)證階段。先進(jìn)小型模塊化反應(yīng)堆、第四代核能系統(tǒng)以及熱核聚變堆成為全球先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)焦點(diǎn)。

中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士葉奇蓁表示，在全球低碳能源轉(zhuǎn)型大背景下，核能發(fā)展對(duì)保障能源安全、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重大意義。中國(guó)將堅(jiān)持在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電的方針政策，不斷加強(qiáng)核能科技創(chuàng)新，積極參與先進(jìn)核能國(guó)際合作，持續(xù)推動(dòng)核能安全和高質(zhì)量發(fā)展。

三代核電持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)

國(guó)家能源局、科技部2021年聯(lián)合印發(fā)《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，其中“安全高效核能技術(shù)”重點(diǎn)任務(wù)明確指出，圍繞提升核電技術(shù)裝備水平及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，開展三代核電關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化研究，支撐建立標(biāo)準(zhǔn)化型號(hào)和型號(hào)譜系。

“中國(guó)要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，批量化發(fā)展核電，必須發(fā)展先進(jìn)核電。從短期看，三代先進(jìn)壓水堆仍然是未來(lái)幾十年的主力機(jī)型，不可替代?！眹?guó)家電投“國(guó)和一號(hào)”總設(shè)計(jì)師鄭明光表示，先進(jìn)三代核電在經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)設(shè)置完整的嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解能力，消除大規(guī)模放射性釋放的可能性，排除了核電風(fēng)險(xiǎn)對(duì)環(huán)境與公眾的放射性危害。

鄭明光介紹，“國(guó)和一號(hào)”是三代核電自主化和國(guó)家科技重大專項(xiàng)的標(biāo)志性成果，其采用世界上最嚴(yán)格的安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于同等級(jí)機(jī)組，是代表世界三代核電先進(jìn)水平的技術(shù)型號(hào)。

在安全性方面，“國(guó)和一號(hào)”采用的非能動(dòng)技術(shù)可大大提高機(jī)組安全性與經(jīng)濟(jì)性?！澳軇?dòng)技術(shù)是指必須依靠能動(dòng)設(shè)備(有源設(shè)備)的運(yùn)行技術(shù)，而非能動(dòng)技術(shù)是指可依靠重力等自然因素完成運(yùn)行。先進(jìn)非能動(dòng)核電在事故工況下72小時(shí)無(wú)須人為干預(yù)，就能夠保證反應(yīng)堆安全，可取消場(chǎng)外應(yīng)急。”鄭明光介紹。

與此同時(shí)，下一代反應(yīng)堆技術(shù)獨(dú)特的安全性等優(yōu)勢(shì)在小堆領(lǐng)域具備獨(dú)特應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)小堆技術(shù)近年發(fā)展迅速，高溫氣冷堆、釷基熔鹽等小型堆領(lǐng)域走在世界前列。另外，國(guó)內(nèi)核電企業(yè)、科研院所和高校等研發(fā)的10種小堆已收錄于國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)小型模塊化反應(yīng)堆技術(shù)進(jìn)展2022版手冊(cè)中里，其中水冷型小堆7種，非水冷型小堆（高溫氣冷堆、熔鹽堆）3種。

葉奇蓁表示，在供熱領(lǐng)域，近期以發(fā)展小型壓水堆為主，因其安全性較高，可設(shè)置在城市近郊，特別是可利用退役的燃煤熱電站廠址建設(shè)模塊化的熱電聯(lián)供小堆，使其經(jīng)濟(jì)性得到提高?！敖ㄗh加快模塊化小堆開發(fā)部署，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)電、供熱和制氫成本效益?！?/p>

四代技術(shù)具備固有安全性

2001年成立的第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇（GIF）提出“可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性、安全與可靠性、廢物最小化、防擴(kuò)散和實(shí)體保護(hù)”六大領(lǐng)域的技術(shù)目標(biāo)和相關(guān)評(píng)估指標(biāo)。我國(guó)自2006年正式成為其成員國(guó)后，積極參與鈉冷快堆、超高溫氣冷堆、鉛冷快堆、超臨界水堆、熔鹽堆五種堆型的合作研發(fā)，其中鈉冷快堆、超高溫氣冷堆已經(jīng)開展工程示范。

鄭明光認(rèn)為，四代核電是擁有固有安全、高增值比、高熱效率、防核擴(kuò)散、廢物最小化的特征性指標(biāo)要求，需要具備三個(gè)以上的特征方能稱為四代核電。

據(jù)清華大學(xué)高溫氣冷堆總設(shè)計(jì)師張作義介紹，位于山東榮成的我國(guó)第四代高溫氣冷堆核電項(xiàng)目——石島灣球床模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程具備極致的固有安全（兩不靠?jī)刹粫?huì)），即反應(yīng)性控制不靠緊急停堆系統(tǒng)、衰變熱載出不靠應(yīng)急冷卻系統(tǒng)，還要具備放射性包容，即反應(yīng)堆不會(huì)熔化、不會(huì)造成放射性大量釋放。

“2023年以來(lái)，高溫氣冷堆示范工程已穩(wěn)定運(yùn)行超100天?！睆堊髁x透露，后續(xù)在調(diào)整部分控制參數(shù)后有望進(jìn)入商運(yùn)。

葉奇蓁認(rèn)為，發(fā)展多模塊高溫氣冷堆核電機(jī)組，要滿足不同市場(chǎng)的需要?！疤貏e是與壓水堆核電機(jī)組相結(jié)合，利用高溫氣冷堆過熱壓水堆生產(chǎn)的蒸汽，為石化企業(yè)提供400攝氏度-500攝氏度的工業(yè)用汽，提高核能供汽的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，要繼續(xù)加大對(duì)氦氣直接透平布雷頓循環(huán)的研究力度，提升高溫氣冷堆發(fā)電效率；推動(dòng)高溫氣冷堆堆芯出口溫度進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)核能制氫。”

可靠產(chǎn)業(yè)鏈支撐安全

技術(shù)突破靠研發(fā)，更離不開安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈支撐。其中，國(guó)產(chǎn)化率超過85%是國(guó)家科技重大專項(xiàng)大型先進(jìn)壓水堆總體目標(biāo)。

據(jù)了解，通過140多個(gè)方案的互動(dòng)與迭代，國(guó)家電投基于設(shè)計(jì)分析能力、試驗(yàn)研究能力以及材料裝備研制供應(yīng)能力等，最終形成先進(jìn)型號(hào)，并牽引產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)二代向三代的跨越，形成完整產(chǎn)業(yè)鏈體系。

鄭明光表示，建成三代核電裝備產(chǎn)業(yè)鏈體系，在關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵材料全面實(shí)現(xiàn)自主化、國(guó)產(chǎn)化，不存在任何卡脖子問題。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈有效解決了疫情和國(guó)際形勢(shì)下少量進(jìn)口設(shè)備交付不及時(shí)風(fēng)險(xiǎn)，確保工程進(jìn)展，同時(shí)促進(jìn)國(guó)際合作與有序競(jìng)爭(zhēng)，避免壟斷且增加國(guó)際核電事業(yè)的發(fā)展能力與產(chǎn)能規(guī)模。

《中國(guó)能源報(bào)》記者還了解到，核反應(yīng)堆技術(shù)更高經(jīng)濟(jì)性、安全性的代際演進(jìn)伴隨著對(duì)高性能核燃料和材料的持續(xù)追求。

葉奇蓁指出，我國(guó)需高度重視燃料和材料在核能技術(shù)發(fā)展中的驅(qū)動(dòng)作用，進(jìn)一步加強(qiáng)先進(jìn)核燃料與材料科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的長(zhǎng)效發(fā)展和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制建設(shè)?！袄?，建立自主化先進(jìn)燃料研制聯(lián)合協(xié)同機(jī)制，充分利用各方優(yōu)勢(shì)資源，有序開展ATF燃料等先進(jìn)燃料及材料自主化、國(guó)產(chǎn)化工作，集中力量打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的燃料品牌。”