世界核能發(fā)展概述

      2008年，聯(lián)合國曾在一次氣候變化會議上，按合理利用、成熟性和經(jīng)濟(jì)競爭力，將替代碳基燃料的各種替代能源分為四個檔次，核能排在第一檔次的第一位。但世界核能發(fā)展的實際進(jìn)展不大。

      目前，各國的核電現(xiàn)狀大不相同，16個國家的核發(fā)電量在全國總發(fā)電量中的份額接近或超過25%，核發(fā)電量所占份額最高者為法國和立陶宛，超過70%。而我國僅為2.2%，在30個具有核電能力的國家中僅高于印度和巴基斯坦。

      國際原子能機(jī)構(gòu)2009年提出兩種世界核電裝機(jī)容量的預(yù)測：一種是低增長預(yù)測，即包括政府和電力公司宣布新建工程、延長壽期和退役的可靠計劃。預(yù)計2030年達(dá)到511吉瓦，占全部電力裝機(jī)的7.1%。高增長預(yù)測增加了各國政府和電力公司在長期規(guī)劃中擬建的核電機(jī)組。預(yù)計2030年核電裝機(jī)容量達(dá)到807吉瓦，占全部電力裝機(jī)的9.0%。但是，國際原子能機(jī)構(gòu)也提出，對于今后幾十年，即使按照高增長預(yù)測，核電仍將主要是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中大國的一種技術(shù)。

      中國能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

      以2009年4月拉西瓦水電站6號機(jī)組投產(chǎn)為標(biāo)志，我國的電力裝機(jī)已達(dá)到800吉瓦，電力供需暫時平衡，但是我國能源發(fā)展還面臨挑戰(zhàn)。

      一方面，是能源需求與人均能源資源不足的矛盾。我國的煤可采儲量占世界可采儲量的12%，但人均儲量僅為世界人均儲量的1/2，美國的1/10。石油和天然氣人均儲量更少。此外，我國能源和資源的地理分布極不均衡，全國鐵路運(yùn)量的1/2和水運(yùn)1/3都用于運(yùn)煤，仍無法滿足對能源的需求。另一方面，我國能源結(jié)構(gòu)不合理。目前，我國的電力供應(yīng)中，煤電占75.87%，水電占21.64%，核電裝機(jī)容量僅占1.13%。大量燃煤造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室氣體。而核電不排放二氧化硫，核電鏈排放溫室氣體的歸一化排放量僅等于煤電鏈的1%。

      世界發(fā)展核電的技術(shù)路線

      自主開發(fā)型。美國、前蘇聯(lián)是在軍用堆的基礎(chǔ)上開發(fā)試驗堆和原型堆，技術(shù)定型后形成商業(yè)堆的制造能力。英國和加拿大則分別開發(fā)了石墨氣冷堆和重水堆技術(shù)，并建成了商業(yè)堆。

      引進(jìn)消化技術(shù)型。法國、日本、德國、西班牙、韓國等把購買設(shè)備與引進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來，在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行消化吸收和改進(jìn)創(chuàng)新。

      設(shè)備進(jìn)口自主型。通過設(shè)備進(jìn)口，購買商業(yè)堆，實現(xiàn)建造和安全運(yùn)行自主化，如芬蘭和匈牙利等國以及我國臺灣省。

      從秦山一期核電廠到今天的AP1000基礎(chǔ)上自主開發(fā)的CAP1400，我國屬于“自主開發(fā)”加“引進(jìn)消化技術(shù)創(chuàng)新”型的路線。

      我國核能技術(shù)中長期戰(zhàn)略構(gòu)想

      1.三代核電技術(shù)

      經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國核電工業(yè)基礎(chǔ)已初步形成，加快核電發(fā)展的時機(jī)已成熟，條件已具備。但真正要做到核電的可持續(xù)發(fā)展，除安全有保障、不對環(huán)境產(chǎn)生影響外，還必須立足自主，即設(shè)計、建造、運(yùn)行自主化，設(shè)備本土化，在經(jīng)濟(jì)上能與其他能源進(jìn)行競爭；具備批量化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的能力。

      2008年2月15日，國務(wù)院第209次常務(wù)會議正式批準(zhǔn)“大型先進(jìn)壓水堆重大專項總體實施方案”。通過實施重大專項，在引進(jìn)、消化和吸收世界最先進(jìn)的第三代核電技術(shù)（AP1000）基礎(chǔ)上再創(chuàng)新，設(shè)計并建成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆核電站示范工程，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)基礎(chǔ)研發(fā)，提升型號開發(fā)的綜合實力，逐步走向世界核電前沿，這是我國核電可持續(xù)發(fā)展的需要，也是我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的需要。

      通過三門和海陽兩個依托項目消化吸收的實施，我們要達(dá)到全面掌握以非能動技術(shù)為標(biāo)志的第三代核電技術(shù)的目的，加快我國核電技術(shù)水平與安全要求的提升。目前，這兩個依托項目進(jìn)展順利，后續(xù)自主化的AP1000項目已完成初步設(shè)計，并將逐步成為CAP1400；同時，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAP1400的技術(shù)研發(fā)工作，也正在有條不紊地進(jìn)行，并初步定于2013年在山東石島灣開始示范工程的建設(shè)。在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)， AP1000、CAP1000、CAP1400及其后續(xù)的CAP1700作為大型先進(jìn)壓水堆，將是我國的主要機(jī)型。

      2.四代核電技術(shù)

      2001年7月，美、英、日、法等10國簽署協(xié)議，成立“第四代核能系統(tǒng)國際論壇”，決定聯(lián)合開發(fā)新一代核能系統(tǒng)，以滿足今后更長時期的能源需求。第四代核能系統(tǒng)的指標(biāo)先進(jìn)，特別是循環(huán)效率、經(jīng)濟(jì)性、廢物量最小化和防核擴(kuò)散能力大大提高，預(yù)計在2050年前后可達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。

      在眾多第四代核電技術(shù)概念當(dāng)中，超臨界水冷堆是唯一的水冷反應(yīng)堆，有希望成為大型先進(jìn)壓水堆的接替堆型。我國現(xiàn)有核電設(shè)計技術(shù)和工程經(jīng)驗主要集中于水冷堆，核電工業(yè)界的制造體系、生產(chǎn)能力、以往業(yè)績，也主要集中于水冷堆。因此，開發(fā)這一堆型在我國具有堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

      第四代的另一種堆型——超高溫氣冷堆在我國也有良好基礎(chǔ)，我國高溫氣冷實驗電站已建成運(yùn)行；20兆瓦的模塊式高溫氣冷堆示范電站建設(shè)已列入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。

      第四代堆型中的快堆電站能大大提高鈾資源利用率、嬗變長壽命高放廢物，大大減少需處置的核廢料量。如在已有基礎(chǔ)上加強(qiáng)投入，我國的快堆電站有希望在2035年左右進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。

      目前，微軟創(chuàng)始人比爾—蓋茨投資的美國泰拉能源公司推出的行波堆是集增殖、焚燒快堆和燃料循環(huán)于一體的先進(jìn)核能系統(tǒng)。從概念設(shè)計上，行波堆略高于第四代反應(yīng)堆，屬于四代改進(jìn)型，但是目前還有很多難題需要克服。

      核能發(fā)展的終極目標(biāo)是聚變堆。聚變堆距離商業(yè)應(yīng)用更遠(yuǎn)，將最終解決核能的永久利用，且無須處置核廢物。中國參加的多國合作建設(shè)的ITER（國際熱核試驗堆）表明人類掌握聚變能技術(shù)的歷史將進(jìn)入新的一頁。

      （作者系國核上海核工程研究設(shè)計院院長）