浅谈我国核电及发展新形势

2017-07-09贺承瑞葛丽云

科学与财富 2017年18期

贺承瑞+葛丽云

摘要：核能是一种高效且清洁的能源，是解决未来能源危机的重要手段之一。然而，核能为在造福我们的同时也给我们带来了棘手的问题，技术升级、核安全和核废处理等问题一直困扰着我们。本文在介绍了当下核电发展的现状的同时归纳出核电发展问题的处理技术，并指出要高度重视核电安全，制定科学合理的发展战略、加强核电技术标准化建设研究、开发核电站核废料处理的方向及未来核废料处理新技术的发展趋势。

关键词：能源；形势；核循环；核废处理；发展战略

0.绪论

核电作为一种重要的清洁能源，在保障能源供应、实现能源低碳清洁发展方面具有重要作用，已为世界各国广泛使用[1]。与风电、太阳能等可再生能源相比，核电具有经济性好、单位投资减排效益高等优点。随着核电技术的发展，核电的安全性与经济性不断提高，大规模发展核电已成为提高我国能源供应能力、推进能源消费清洁、低碳发展的重要举措之一。近年来，我国政府已制定了庞大的核电发展计划，我国已进入核电快速发展时期[2]。

另一方面，核电的基本特性决定了它在改变能源结构上有以下重要作用：（1）核电是不排放和清洁能源；（2）核电是高负荷因子大功率密集性的能源；（3）核电的安全可靠性正继续不断提高；（4）核电对煤电具有较强经济竞争力和替代能力；（5）核电的燃料运输量小，发展核电可以有效调整能源布局。因此，积极发展核电是中国能源发展的战略选择[1]。

1核电的发展形势及前景

1.1国际核电格局现状

核电发展的初期在上世纪五六十年代有过一次快速发展，但是由于两次石油危机及后来核电站不断发生的安全事故，世界核电的发展又随即遭遇了低潮。2000年以来，随着能源价格的再次快速上涨、核电安全性和经济性的提高以及应对气候变化、加强环境保护等方面的需要，发展核电再次为各国政府所重视。原有核电发展政策逐渐改变，各国建近年来纷纷制定了新的核电发展计划。美国的主导能力下降，相对地，日本逐渐枪抢占到了国际核电市场竞争的制高点，法国、俄罗斯等国也不甘落后。在核电复苏、需求强劲的刺激下，世界核电市场竞争的格局，发生了很大的变化。

据2016年6月15日《北极星电力会展网》报道，目前全球有445座商用核动力反应堆在31个国家运行，总装机容量达387 GW，另有64座在建。作为持续、可靠的低碳能源，核电己向全球提供超过11%的电能[3]。

但是核电发展的格局由于技术设备等方面上的差距等原因依然存在着不平衡性，目前，世界核电技术已发展到第3代，即先进的压水堆技术，而美、法等国已开展第4代核电的研究.作为主要发展中国家的中国、印度等国，出于经济发展及应对温室气体减排的需要，對未来核电装机的发展将会更加迫切。

1.2我国核电发展形势与展望

我国核电发展起步较之欧美发达国家显得落后不足，值得庆幸的是国家抓住好近几十年核电发展的机遇，开始有计划地实施，加快核电的建设与装机工作，与之逐渐配套了管理监察体系，并通过对外合作，引进了新一代先进的核电技术，在不断地探索、实践、引进、消化、吸收过程中，在消化吸收的基础上进行过优化改进，提高了核电的经济性和安全性，核电工程设计工作也逐渐走向成熟，形成自己的发展模式，核电的前景方兴未艾。

（1）从总量上看，随着我国城市化、工业化不断推进，社会电气化水平不断提高，我国电力需求总量在中长期内仍将会不断增加，发展核电的空间仍长期存在[4]。中国政府计划到2020年，核电装机容量将达到在运58 GW，在建30 GW。从2002年到2015年，中国己完成了28台新核电机组的建造及运营。目前，已有33台机组在运，22台机组在建，其中包括4台AP1000核电机组（全球首堆）和高温气冷堆示范电厂，更多机组还在计划建造中，可能将会在三年内开始。除此之外，中国对国产反应堆已经开始了设计，中国核反应堆技术的研究与发展同样是首屈一指[3]。所以说，未来我国核电发展的市场和空间非常广阔。

（2）从能源消费结构上看，也必须大力发展核电等清洁能源。我国提出到2020年实现非化石能源占比15%的目标，及2020年比2006年单位GDP二氧化碳排放强度下降40～45%目标，发展核电是必须选项。

（3）核电建设的总投资额巨大，拉动地方经济作用非常明显，并且巨额的装备制造业市场，有助于带动自主化装备制造业积极快速发展[1]。

中核集团旗下的中国核燃料有限公司在“十三五”规划中有过这样的描述：到2020年，建立军民深度融合的核燃料产业体系，在满足国内核电发展需要的同时，实现在国际市场上规模化经营，到2020年末，占国际市场份额10%，到2030年占国际市场份额20%[5]。

我国核电经过20多年的发展，取得了显著成绩。核电设计、建设和运营水平明显提高，核电工业基础已初步形成。经过起步和小批量两个阶段的建设，目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地。不过从发展阶段看，我国的核电整体发展还处于自主技术成熟化和批量建设的准备阶段，而法国、美国等核电强国已经走过了批量建设的阶段，由于其技术先进成熟，现已处于技术输出阶段。我国在建及将要开工建设的核电机组中，既有国产第2代加技术的核电机组，也有法国EPR和美国AP1000第3代核电技术机组。不过，无论是EPR和 AP1000，或是我国自主开发的CAP1400[1]，以目前的科技来看都不能完全确保其绝对的安全发展，未来我国核电的大发展将仍面临较大的建设、运行管理和安全等方面的风险。

2.核电发展技术及问题

2.1核燃料循环

核能系统的核燃料循环指从铀矿开采到核废物最终处置的一系列工业生产过程。回收燃料在反应堆中的循环，称核燃料“闭式”循环；若对乏燃料不进行后处理而直接处置，则称为“一次通过”循环。

目前，国际上对于采用核燃料闭合循环还是“一次通过”循环尚无共识。尽管按照目前的铀价和估计的铀资源，“一次通过”循环的经济性略优于闭合循环，但从可持续发展的角度出发，为了充分利用铀资源和减少核废物体积及其毒性，核燃料闭合循环（或循环经济）是必由之路[6][7]。先进核燃料闭合循环体系概念如图1所示。

图1 先进核燃料闭合循环体系概念示意图

2.1.1加快对快堆的发展

众所周知，热堆核燃料“一次通过”循环的铀资源利用率低于1%；热堆核燃料闭合循环可使铀资源的利用率提高0.2～0.3倍；快堆核燃料闭合循环可使铀资源的利用率提50～60倍甚至更多[6]。在未来的发展中，快堆核燃料闭合循环是核能可持续发展的根本出路。

在快堆中引起裂变链式反应中，中子平均速度比热中子堆的中子快上千倍。快堆运行发电时，一方面消耗易裂变燃料，另一方面又产生新的易裂变燃料，而且产生的易裂变燃料多于消耗的易裂变燃料，这就使易裂变燃料得到了增殖，所以快堆又称为“快中子增殖堆”[8]。所以，鉴于地球铀资源有限性，如果不走快堆增殖燃料之路，地球上已探明的常规燃料资源将无法满足今后世界核能发展的需要。

2.1.2积极发展超临界水堆和超高温气冷堆

超临界水堆在很大程度上可认为是现代商用水冷堆和超临界火力发电机组的结合。与常规水冷堆相比，超临界水堆的机组具有热效率高、系统简化、燃料利用率高等优点。

超高温气冷堆可以满足未来对核能制氢和高温工艺热的需求，具有固有安全性好，发电效率高，单一堆功率规模较小，在厂址选择上及电网要求上有灵活性等特点，超高温气冷堆核电站可以作为大型压水堆核电站的补充[9]。

2.2核废料处理

2.2.1减少核废物产生量

利用快中子堆可以将核电厂乏燃料中的高放射性长寿命锕系元素烧掉，即裂变成较短寿命的裂变产物。由于锕系元素能吸收能量高于0.1-1.0MeV阈值的快中子而裂变，若将它们以适当比例掺入MOX燃料，装入快堆中烧掉，将会成为处置这类核素的最佳方案。在理论上可把需要与世隔离数万年的放射性危害转变为仅需隔离几百或上千年的放射性危害[9]。

此外，超临界水堆由于其中子能谱较高，所以具有嬗变长寿命高放射性核废物（如锕系元素）的潜力[9]。

2.2.2核废料的处理技术

由于受到技术、环境和舆论的压力对于核废料的处理，各国有着不同的研究方向。

深海床、冰冻以及废矿井等处理方法由于其不可避免的不彻底性，常常遭到舆论的攻击，是当今世界饱受争议的处理方式。相对比较安全的深度钻孔方式或者送入太空，后两种想法比较受到追崇，然而也并不是说没有缺点，深度钻孔方式在钚回收环节始终处于瓶颈，而送入太空的方式成本则太高，技术性要求也太高[10]。

当然，基于当今世界对于核电发展的需求，不乏出现许多新的想法。有人提出在核废料周围建造一个类似三维壕沟的水笼，地下水便被赋予一条替代路径，不会渗入放射性物质，这样的装置可以做到防止核泄漏。或者对核废料进行岩石熔融处置，经冷却后成为岩石固化体，从而达到永久隔离高放废物的目的，但目前这还只是一种设想[10]。

随着科技的进步核电站废物的处理也在不断地改进中，韩国开发了一种玻璃固化技术，它是指将放射性废物和熔融状态的玻璃混合后高温加热、缩小体积而制造出稳定的玻璃固体的技术。被玻璃化的放射性物质在极度恶劣的环境中也不会出现泄漏，因此，该技术可降低放射性泄漏危险[11]。

目前，我国对核电厂放射性固体废物实行分类管理，根据放射性废物的特性及其对人体健康和环境的潜在危害程度，将核电厂的放射性废物分为高水平放射性废物、中水平放射性废物和低水平放射性废物。低、中水平放射性固体废物在符合国家规定的区域实行近地表或地下处置。高水平放射性固体废物实行集中的深地质处置[5]。

3.世界核电发展的主要经验教训及对我国的启示

（1）加强配套条件与基础设施建设

核能技术的研发除先进的反应堆技术外，还需要相关的配套条件和设施，如设备制造、先进燃料组件制造、后处理以及开展先进反应堆关键技术研究所需的试验平台等。从现在开始，应逐步建立起满足核能可持续发展需要的相关基础核设施，如发展快堆和闭式燃料循环，进行快中子堆燃料和材料的开发所需的快中子谱辐照设施，后处理示范设备，先进燃料元件制造示范设备，以及快堆燃料元件制造车间等[12]。

除此之外，鉴于世界发生过的核电安全事故，在核电站的设计上，包括抗洪抗震、预防应急等方面需有严格的要求，在加强核电技术的标准化方面上也需要更加严谨细致[2]。

（2）培养先进的理念与管理经验

在结合自身的能源结构及未来走向后，我国需选择出适合自己的特色道路。核能技术是先进、复杂的技术，需要国家的统筹调度，过程中既要确保核电发展的进度，又要发展的质量。同时基于自身国情，我们需要积极开展国际交流与合作，在一些技術难度大、国内技术基础薄弱的技术上考虑引进技术、中外合作的方式[9]。

相对比目前我国对的现状，我国在核废料监管过程中的一些特有角度立法还是一纸空文，如缺少综合性的原子能法律、核废料监管过程中法律责任主体不明、核废料运输缺乏专门的立法监督、群众参与途径单一等问题[14]。

因此，制定科学的、适应我国国情的核电发展战略，对实现我国核电工业的强大及可持续发展具有重要意义。

（3）完善法律法规，明确法律责任

我国在在核电监管方面的法律制度由法律、行政法规、部门规章与国家标准组成，形成了比较完整的法律体系，已出台了《中华人民共和国环境保护法》、《放射性污染防治法》和《放射性废物安全管理条例》等法律法规。但现有的这些法律法规的内容主要强调技术层面的规范和监督，而缺乏核工程社会稳定风险评估与管理的条款规定，存在着基本法缺失、内容陈旧等问题，不能对我国的核废料处理活动在资金、人才及制度上进行保障。所以，在现有法律体系的基础上，仍待进一步的完善工作[13]。

借鉴国外先进的核管理模式，组织因素重要性亦不可忽视。核废料处置部门的职责是否明确、监管是否有力等直接关系着管理的成败。我们要在相关的法律规范下，各政府监管机构各司其职，分工明确。特别是核燃料和废料管理公司的组建，直接承担核废料的处置职责，出色地完成了核废料安全处置的任务。

此外，完整的法律体系中，还需要政企适度分开，必须明确政府是监管者，核电企业是被监管者。两者唯有分开，政府才能保持中立的裁判者的立场，否则公众会质疑政府和企业的所有计划、政策和行动[13]。

4.结语

当前，我国正处于经济快速发展的黄金时期，我们需要抓住核电发展的契机，加大投入，完备相应的体系。对比国内外核电发展的异同，总结借鉴先进核电国家的发展经验与教训。同时，我们也有许多需要高度重视和深刻思考的问题，在未来我国核电的大规模快速发展中，需要高度重视核电安全，制定科学合理的核电发展战略，加强核电技术标准化建设。

参考文献

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[2]张栋. 世界核电发展及对我国的启示[J]. 能源技术经济，2010，12：5-10.

[3]当今世界各国核电发展情况介绍[J]. 热力透平，2016，02：173.

[4]肖新建. 2011年中国核电发展状况、未来趋势及政策建议[J]. 中国能源，2012，02：18-23+47.

[5]谢玮. 安全高效发展核电，核燃料、核废料怎么办？[J]. 中国经济周刊，2016，23：25-26.

[6]顾忠茂. 核能与先进核燃料循环技术发展动向[J]. 现代电力，2006，05：89-94.

[7]詹文龙，徐瑚珊. 未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 中国科学院院刊，2012，03：375-381.

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[10]郝卿，刘长良，杜子冰. 核废料处理方法及管理策略研究[J]. 科技信息，2012，32：159-160.

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