張慧

在全球在建核電都逐步過渡到三代技術(shù)的同時，第四代核能系統(tǒng)已經(jīng)成為全球核能研究人員在未來多年內(nèi)重點研究的課題。

2014年4月中旬，在北京舉辦的第十三屆中國國際核工業(yè)展覽會上，中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司（以下簡稱“中國核建”）在其展臺展示的主角是60萬千瓦球床模塊式高溫氣冷堆商用核電站主題模型。

作為當(dāng)前中國核建重點推薦的堆型之一，高溫氣冷堆被稱為“具有第四代核能系統(tǒng)特征”的先進(jìn)堆型，在這個以“三代核電技術(shù)”為主流的展廳內(nèi)，引來不少參展觀眾對它的關(guān)注。

而與此同時，其示范工程——位于山東榮成的石島灣高溫氣冷堆項目正在抓緊時間建設(shè)中。2007年1月，中國核建和中國華能集團(tuán)公司、清華大學(xué)合作，各出資32.5%、47.5%、和20%組建了石島灣核電公司，負(fù)責(zé)示范工程的建設(shè)與運營管理。

此示范項目被冠以“世界首臺具備第四代核能系統(tǒng)安全特性的商用核電機組”的稱號。雖然裝機容量只有20萬千瓦， 中國核建、華能集團(tuán)、清華大學(xué)對此都寄予厚望，因為這決定了它的擴(kuò)大機組——60萬千瓦裝機容量的高溫氣冷堆項目能否向前推進(jìn)。

受2011年福島核事故的影響，核電的安全性成為發(fā)展核電國家最為重視的問題。在全球在建核電都逐步過渡到三代技術(shù)的同時，第四代核能系統(tǒng)已經(jīng)成為全球核能研究人員在未來多年內(nèi)重點研究的課題。在他們看來，第四代核能系統(tǒng)代表了先進(jìn)核能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和技術(shù)前沿。

反觀我國，除上述三家致力于高溫氣冷堆的企業(yè)、學(xué)校外，多家核能研究機構(gòu)都對第四代核能系統(tǒng)頗感興趣?！拔覈鴮τ诘谒拇四芟到y(tǒng)的研究，技術(shù)上不是最先進(jìn)的，但熱情度絕對是最高的。”中國原子能科學(xué)研究院一不愿具名的工程師對《能源》雜志記者笑稱。

多家技術(shù)并存

1999年，美國能源部（DOE）首次提出了第四代核電站的倡議，并于2000年1月，發(fā)起組織了巴西、加拿大、法國、日本等九個國家，就開發(fā)第四代核電的國際合作問題進(jìn)行了討論。6個月后，這九個國家成立了第四代核能系統(tǒng)國際論壇（簡稱GIF）并簽署了協(xié)議。

根據(jù)GIF的定義，所謂第四代核能系統(tǒng)，必須具有四個重要的特征：核能的可持續(xù)利用——通過對核燃料的有效利用，實現(xiàn)提供持續(xù)生產(chǎn)能源的手段、實現(xiàn)核廢物量的最少化；經(jīng)濟(jì)性——發(fā)電成本優(yōu)于其他能源，資金的風(fēng)險水平能與其他能源相比；安全與可靠性——大幅度降低堆芯損傷的概率及程度，并具有快速恢復(fù)反應(yīng)堆運行的能力，取消在廠址外采取應(yīng)急措施的必要性；防擴(kuò)散與實物保護(hù)——保證難以用于核武器或被盜竊。

此外，2002年9月在東京召開的GIF會議上，與會的十個國家（瑞士于2002年2月加入GIF），在94個概念堆的基礎(chǔ)上，確定了六種第四代核電站概念堆系統(tǒng)，即為：氣冷快堆系統(tǒng)；鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)；熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng)；液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)；超高溫氣冷堆系統(tǒng)；超臨界水冷堆系統(tǒng)。

2006年11月，我國科技部原部長徐冠華于代表中國政府簽署了GIF《憲章》。2007年11月楊潔篪外長簽署了《第四代核能系統(tǒng)研究和開發(fā)國際合作框架協(xié)定》加入書。因此，作為GIF的成員國之一，我國于2008年10月和2009年3月分別加入了超高溫氣冷堆和鈉冷快堆兩個系統(tǒng)安排。

“但實際上，除氣冷快堆外，其余5種系統(tǒng)堆型，我國都有相關(guān)的機構(gòu)在關(guān)注和研究。”在2014年3月4日舉辦的中國參與第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）工作研討會上，中國工程院院士葉奇蓁對記者表示。

2014年3月5日，中國核能行業(yè)協(xié)會和中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所聯(lián)合舉辦了“鉛基反應(yīng)堆專題研討會”。在此會上，中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所所長吳宜燦介紹了中國鉛基反應(yīng)堆研究進(jìn)展情況。

其十分推崇鉛基反應(yīng)堆的發(fā)展前景，認(rèn)為有望成為首個實現(xiàn)商業(yè)利用的第四代核能系統(tǒng)。

“經(jīng)濟(jì)性好，適合作為高效增殖核燃料及嬗變核廢料的快中子反應(yīng)堆冷卻劑；作為冷卻劑能夠使反應(yīng)堆堆芯更緊湊，適合小型模塊化及船用核動力的發(fā)展；化學(xué)穩(wěn)定性好，在事故條件下能夠依靠自然對流導(dǎo)出堆芯余熱，使反應(yīng)堆具有固有安全性?！眳且藸N表示。

然而，在此之前，對于第四代核能系統(tǒng)，我國業(yè)界一直看好鈉冷快堆系統(tǒng)。它是中國原子能科學(xué)研究院主攻的技術(shù)。2010年，中國實驗快堆首次臨界成功，標(biāo)志了中國在第四代核電技術(shù)方面取得了重大突破，因此被國內(nèi)業(yè)界認(rèn)為最有可能實現(xiàn)商業(yè)化運行的第四代核能系統(tǒng)。

至于另外兩種系統(tǒng)——熔鹽堆和超臨界水冷堆的研究開發(fā)，我國也不甘落后。中科院上海應(yīng)用物理研究所積極投入到了釷基熔鹽堆項目研究。而超臨界水冷堆技術(shù)，則吸引了中國核動力研究設(shè)計院、中廣核旗下的中科華核電技術(shù)研究院以及上海交通大學(xué)等多家研究單位的關(guān)注。2013年年底，中國核動力研究設(shè)計院承擔(dān)的“超臨界水冷堆技術(shù)研發(fā)（第一階段）”項目已通過了國防科工局的驗收，項目提出了超臨界水冷堆的總體技術(shù)路線。

一時間，我國多種第四代核電技術(shù)并存，即使是業(yè)內(nèi)人士，亦有不能準(zhǔn)確說出哪種系統(tǒng)更具有發(fā)展前景的。

對于此種局面，部分業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，按照目前GIF對第四代核電的發(fā)展計劃，第四代核能系統(tǒng)將在2025年建成示范電站，2030年實現(xiàn)商用并廣泛推廣。因此，6種核能系統(tǒng)均處在研究發(fā)展當(dāng)中，多線路的研究和關(guān)注是十分必要的。

但也有憂慮的聲音?！皩τ诘谒拇四芟到y(tǒng)，我國處于一個比較混亂、沒人管理的局面，國家層面并沒有好好的組織。只要有興趣、能向國家申請到資金，核能研究單位就可以去研究?！鄙鲜霾辉妇呙闹袊幽芸茖W(xué)研究院工程師對記者說，“這種局面帶來的不好之處在于研究力量分散，錢花不到刀刃上?！?/p>

據(jù)了解，其余國外國家，目前雖然也都關(guān)注第四代核能系統(tǒng)，但一般集中于一兩種技術(shù)，大多也是學(xué)校機構(gòu)做一些科研項目，真正大規(guī)模投資要建設(shè)示范項目的并不多。

一直關(guān)注核電發(fā)展的大唐國際發(fā)電股份有限公司賈小波曾撰文指出：“我國應(yīng)明確研發(fā)目標(biāo)，集中力量摸索出中國自己的第四代道路。選定兩種適合中國國情的第四代堆型，考慮中國的核燃料資源狀況，考慮國內(nèi)研發(fā)基礎(chǔ)、技術(shù)成熟度和堆型本身的優(yōu)缺點?！?/p>

國防科工局一不愿具名的人士建議，在國家還沒有一個專門針對第四代核能系統(tǒng)有管理組織的情況下，應(yīng)該聯(lián)合各家單位組建第四代核能系統(tǒng)辦公室或者召開一年一度的論壇?！艾F(xiàn)在政府頂層交流很少，大家都在各干各的，如果都在用國家的投資，會重復(fù)投資，浪費資金?！?/p>

受期盼的2017年

雖然GIF對第四代核電的發(fā)展目標(biāo)聚焦在2030年前后，但事實上，多家研究第四代核能系統(tǒng)的企業(yè)、機構(gòu)已經(jīng)有些迫不及待，希望能夠盡快建立示范項目。而在記者的采訪中發(fā)現(xiàn)，2017年是個關(guān)鍵年份。因為多種第四代核能技術(shù)主導(dǎo)方都希望在這一年實現(xiàn)自己技術(shù)的突破發(fā)展。

據(jù)介紹，中國原子能科學(xué)研究院下的實驗鈉冷快堆已經(jīng)在2012年通過了國家科技部的驗收，目前正在接受國防科工局的8項驗收。

該實驗快堆已經(jīng)獲得了國家核安全局的同意，目前正在積極做各方面調(diào)試，爭取在今年年底做到100%功率運行，為示范電站做準(zhǔn)備。

按照中國原子能科學(xué)研究院的規(guī)劃，如一切順利，將在2017年準(zhǔn)備開工建設(shè)我國第一臺鈉冷快堆示范電站。而其第一候選廠址為福建的三明市。

對于石島灣的高溫氣冷堆項目來說，2017年則是其原計劃建成發(fā)電投產(chǎn)的年份。而鉛基反應(yīng)堆之所以被中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所認(rèn)為有望成為首個實現(xiàn)商業(yè)利用的第四代核能系統(tǒng)，是因為俄羅斯代表明確表示計劃于2017年建成國際上首個液態(tài)鉛鉍冷卻示范反應(yīng)堆。

此外，在此次第十三屆中國國際核工業(yè)展覽會上，美國泰拉能源公司（以下簡稱“泰拉能源”）的展位雖小，卻也吸引了不少關(guān)注。泰拉能源由比爾·蓋茨投資成立，其主推的行波堆技術(shù)，雖然不在GIF確定的6大第四代核能系統(tǒng)之中，但也屬于快堆技術(shù)，具有第四代核能系統(tǒng)特征。

泰拉能源高級副總裁、中國首席代表王定南向《能源》記者表示，泰拉能源已經(jīng)與中核集團(tuán)達(dá)成初步合作意向，計劃將行波堆首個示范堆建在中國，如合作順利，最早將于2017年開始開工建設(shè)。

據(jù)了解，泰拉能源的行波堆項目在美國難以落地，所以，其寄希望于中國。在泰拉能源看來，中國市場能為其行波堆技術(shù)成功推向商業(yè)化運行提供很好的條件。“只有中國才能使比爾·蓋茨的核電夢成真。中國需要核能的現(xiàn)實使核能的發(fā)展獲得政府的支持?！蓖醵险f。

各家第四代核能技術(shù)似乎都在力推示范項目以及實現(xiàn)商業(yè)化的進(jìn)程。事實上，對于這幾種技術(shù)本身，目前都存在需要克服的瓶頸。

被認(rèn)為最有可能商業(yè)化的鈉冷快堆，安全性問題一直備受擔(dān)憂，因為存在發(fā)生鈉水反應(yīng)事故的隱患。行波堆由于其目標(biāo)在于30—40年不更換燃料，所以關(guān)鍵設(shè)備和材料的質(zhì)量和壽命期限是需要解決的問題。

對于高溫氣冷堆，經(jīng)濟(jì)性問題則十分突出。原計劃投資30億的石島灣項目，目前看還需再投入30多億?！敖ㄔO(shè)成本能夠達(dá)到3—4萬元/千瓦時，”某業(yè)內(nèi)人士表示，“示范項目是可以承受，要達(dá)到商業(yè)化推廣，成本太高?！?/p>

此外，在葉奇蓁看來，其最擔(dān)心的問題是第四代核能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈在未來會存在短板。“目前的資源都集中在研究核能系統(tǒng)上，但到了實際的工程建設(shè)上，會發(fā)現(xiàn)還有差距。如果系統(tǒng)可以商業(yè)化了，但是所需設(shè)備、燃料跟不上，還是沒辦法運行?！?/p>

多位業(yè)內(nèi)人士向記者指出，當(dāng)前第四代核能研究與實現(xiàn)商業(yè)化的研發(fā)過程不能形成有效的產(chǎn)業(yè)化鏈，如何把研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用企業(yè)連接起來是關(guān)鍵，否則將容易出現(xiàn)規(guī)模放大的工程可實現(xiàn)性、設(shè)備制造等問題，帶來前期投入“打水漂”的風(fēng)險。