賀承瑞+葛麗云

摘要：核能是一種高效且清潔的能源，是解決未來能源危機的重要手段之一。然而，核能為在造福我們的同時也給我們帶來了棘手的問題，技術(shù)升級、核安全和核廢處理等問題一直困擾著我們。本文在介紹了當下核電發(fā)展的現(xiàn)狀的同時歸納出核電發(fā)展問題的處理技術(shù)，并指出要高度重視核電安全，制定科學合理的發(fā)展戰(zhàn)略、加強核電技術(shù)標準化建設(shè)研究、開發(fā)核電站核廢料處理的方向及未來核廢料處理新技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：能源；形勢；核循環(huán)；核廢處理；發(fā)展戰(zhàn)略

0.緒論

核電作為一種重要的清潔能源，在保障能源供應、實現(xiàn)能源低碳清潔發(fā)展方面具有重要作用，已為世界各國廣泛使用[1]。與風電、太陽能等可再生能源相比，核電具有經(jīng)濟性好、單位投資減排效益高等優(yōu)點。隨著核電技術(shù)的發(fā)展，核電的安全性與經(jīng)濟性不斷提高，大規(guī)模發(fā)展核電已成為提高我國能源供應能力、推進能源消費清潔、低碳發(fā)展的重要舉措之一。近年來，我國政府已制定了龐大的核電發(fā)展計劃，我國已進入核電快速發(fā)展時期[2]。

另一方面，核電的基本特性決定了它在改變能源結(jié)構(gòu)上有以下重要作用：（1）核電是不排放和清潔能源；（2）核電是高負荷因子大功率密集性的能源；（3）核電的安全可靠性正繼續(xù)不斷提高；（4）核電對煤電具有較強經(jīng)濟競爭力和替代能力；（5）核電的燃料運輸量小，發(fā)展核電可以有效調(diào)整能源布局。因此，積極發(fā)展核電是中國能源發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[1]。

1核電的發(fā)展形勢及前景

1.1國際核電格局現(xiàn)狀

核電發(fā)展的初期在上世紀五六十年代有過一次快速發(fā)展，但是由于兩次石油危機及后來核電站不斷發(fā)生的安全事故，世界核電的發(fā)展又隨即遭遇了低潮。2000年以來，隨著能源價格的再次快速上漲、核電安全性和經(jīng)濟性的提高以及應對氣候變化、加強環(huán)境保護等方面的需要，發(fā)展核電再次為各國政府所重視。原有核電發(fā)展政策逐漸改變，各國建近年來紛紛制定了新的核電發(fā)展計劃。美國的主導能力下降，相對地，日本逐漸槍搶占到了國際核電市場競爭的制高點，法國、俄羅斯等國也不甘落后。在核電復蘇、需求強勁的刺激下，世界核電市場競爭的格局，發(fā)生了很大的變化。

據(jù)2016年6月15日《北極星電力會展網(wǎng)》報道，目前全球有445座商用核動力反應堆在31個國家運行，總裝機容量達387 GW，另有64座在建。作為持續(xù)、可靠的低碳能源，核電己向全球提供超過11%的電能[3]。

但是核電發(fā)展的格局由于技術(shù)設(shè)備等方面上的差距等原因依然存在著不平衡性，目前，世界核電技術(shù)已發(fā)展到第3代，即先進的壓水堆技術(shù)，而美、法等國已開展第4代核電的研究.作為主要發(fā)展中國家的中國、印度等國，出于經(jīng)濟發(fā)展及應對溫室氣體減排的需要，對未來核電裝機的發(fā)展將會更加迫切。

1.2我國核電發(fā)展形勢與展望

我國核電發(fā)展起步較之歐美發(fā)達國家顯得落后不足，值得慶幸的是國家抓住好近幾十年核電發(fā)展的機遇，開始有計劃地實施，加快核電的建設(shè)與裝機工作，與之逐漸配套了管理監(jiān)察體系，并通過對外合作，引進了新一代先進的核電技術(shù)，在不斷地探索、實踐、引進、消化、吸收過程中，在消化吸收的基礎(chǔ)上進行過優(yōu)化改進，提高了核電的經(jīng)濟性和安全性，核電工程設(shè)計工作也逐漸走向成熟，形成自己的發(fā)展模式，核電的前景方興未艾。

（1）從總量上看，隨著我國城市化、工業(yè)化不斷推進，社會電氣化水平不斷提高，我國電力需求總量在中長期內(nèi)仍將會不斷增加，發(fā)展核電的空間仍長期存在[4]。中國政府計劃到2020年，核電裝機容量將達到在運58 GW，在建30 GW。從2002年到2015年，中國己完成了28臺新核電機組的建造及運營。目前，已有33臺機組在運，22臺機組在建，其中包括4臺AP1000核電機組（全球首堆）和高溫氣冷堆示范電廠，更多機組還在計劃建造中，可能將會在三年內(nèi)開始。除此之外，中國對國產(chǎn)反應堆已經(jīng)開始了設(shè)計，中國核反應堆技術(shù)的研究與發(fā)展同樣是首屈一指[3]。所以說，未來我國核電發(fā)展的市場和空間非常廣闊。

（2）從能源消費結(jié)構(gòu)上看，也必須大力發(fā)展核電等清潔能源。我國提出到2020年實現(xiàn)非化石能源占比15%的目標，及2020年比2006年單位GDP二氧化碳排放強度下降40～45%目標，發(fā)展核電是必須選項。

（3）核電建設(shè)的總投資額巨大，拉動地方經(jīng)濟作用非常明顯，并且巨額的裝備制造業(yè)市場，有助于帶動自主化裝備制造業(yè)積極快速發(fā)展[1]。

中核集團旗下的中國核燃料有限公司在“十三五”規(guī)劃中有過這樣的描述：到2020年，建立軍民深度融合的核燃料產(chǎn)業(yè)體系，在滿足國內(nèi)核電發(fā)展需要的同時，實現(xiàn)在國際市場上規(guī)模化經(jīng)營，到2020年末，占國際市場份額10%，到2030年占國際市場份額20%[5]。

我國核電經(jīng)過20多年的發(fā)展，取得了顯著成績。核電設(shè)計、建設(shè)和運營水平明顯提高，核電工業(yè)基礎(chǔ)已初步形成。經(jīng)過起步和小批量兩個階段的建設(shè)，目前形成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣三個核電基地。不過從發(fā)展階段看，我國的核電整體發(fā)展還處于自主技術(shù)成熟化和批量建設(shè)的準備階段，而法國、美國等核電強國已經(jīng)走過了批量建設(shè)的階段，由于其技術(shù)先進成熟，現(xiàn)已處于技術(shù)輸出階段。我國在建及將要開工建設(shè)的核電機組中，既有國產(chǎn)第2代加技術(shù)的核電機組，也有法國EPR和美國AP1000第3代核電技術(shù)機組。不過，無論是EPR和 AP1000，或是我國自主開發(fā)的CAP1400[1]，以目前的科技來看都不能完全確保其絕對的安全發(fā)展，未來我國核電的大發(fā)展將仍面臨較大的建設(shè)、運行管理和安全等方面的風險。

2.核電發(fā)展技術(shù)及問題

2.1核燃料循環(huán)

核能系統(tǒng)的核燃料循環(huán)指從鈾礦開采到核廢物最終處置的一系列工業(yè)生產(chǎn)過程?；厥杖剂显诜磻阎械难h(huán)，稱核燃料“閉式”循環(huán)；若對乏燃料不進行后處理而直接處置，則稱為“一次通過”循環(huán)。

目前，國際上對于采用核燃料閉合循環(huán)還是“一次通過”循環(huán)尚無共識。盡管按照目前的鈾價和估計的鈾資源，“一次通過”循環(huán)的經(jīng)濟性略優(yōu)于閉合循環(huán)，但從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，為了充分利用鈾資源和減少核廢物體積及其毒性，核燃料閉合循環(huán)（或循環(huán)經(jīng)濟）是必由之路[6][7]。先進核燃料閉合循環(huán)體系概念如圖1所示。

圖1 先進核燃料閉合循環(huán)體系概念示意圖

2.1.1加快對快堆的發(fā)展

眾所周知，熱堆核燃料“一次通過”循環(huán)的鈾資源利用率低于1%；熱堆核燃料閉合循環(huán)可使鈾資源的利用率提高0.2～0.3倍；快堆核燃料閉合循環(huán)可使鈾資源的利用率提50～60倍甚至更多[6]。在未來的發(fā)展中，快堆核燃料閉合循環(huán)是核能可持續(xù)發(fā)展的根本出路。

在快堆中引起裂變鏈式反應中，中子平均速度比熱中子堆的中子快上千倍?？於堰\行發(fā)電時，一方面消耗易裂變?nèi)剂希硪环矫嬗之a(chǎn)生新的易裂變?nèi)剂?，而且產(chǎn)生的易裂變?nèi)剂隙嘤谙牡囊琢炎內(nèi)剂希@就使易裂變?nèi)剂系玫搅嗽鲋?，所以快堆又稱為“快中子增殖堆”[8]。所以，鑒于地球鈾資源有限性，如果不走快堆增殖燃料之路，地球上已探明的常規(guī)燃料資源將無法滿足今后世界核能發(fā)展的需要。

2.1.2積極發(fā)展超臨界水堆和超高溫氣冷堆

超臨界水堆在很大程度上可認為是現(xiàn)代商用水冷堆和超臨界火力發(fā)電機組的結(jié)合。與常規(guī)水冷堆相比，超臨界水堆的機組具有熱效率高、系統(tǒng)簡化、燃料利用率高等優(yōu)點。

超高溫氣冷堆可以滿足未來對核能制氫和高溫工藝熱的需求，具有固有安全性好，發(fā)電效率高，單一堆功率規(guī)模較小，在廠址選擇上及電網(wǎng)要求上有靈活性等特點，超高溫氣冷堆核電站可以作為大型壓水堆核電站的補充[9]。

2.2核廢料處理

2.2.1減少核廢物產(chǎn)生量

利用快中子堆可以將核電廠乏燃料中的高放射性長壽命錒系元素燒掉，即裂變成較短壽命的裂變產(chǎn)物。由于錒系元素能吸收能量高于0.1-1.0MeV閾值的快中子而裂變，若將它們以適當比例摻入MOX燃料，裝入快堆中燒掉，將會成為處置這類核素的最佳方案。在理論上可把需要與世隔離數(shù)萬年的放射性危害轉(zhuǎn)變?yōu)閮H需隔離幾百或上千年的放射性危害[9]。

此外，超臨界水堆由于其中子能譜較高，所以具有嬗變長壽命高放射性核廢物（如錒系元素）的潛力[9]。

2.2.2核廢料的處理技術(shù)

由于受到技術(shù)、環(huán)境和輿論的壓力對于核廢料的處理，各國有著不同的研究方向。

深海床、冰凍以及廢礦井等處理方法由于其不可避免的不徹底性，常常遭到輿論的攻擊，是當今世界飽受爭議的處理方式。相對比較安全的深度鉆孔方式或者送入太空，后兩種想法比較受到追崇，然而也并不是說沒有缺點，深度鉆孔方式在钚回收環(huán)節(jié)始終處于瓶頸，而送入太空的方式成本則太高，技術(shù)性要求也太高[10]。

當然，基于當今世界對于核電發(fā)展的需求，不乏出現(xiàn)許多新的想法。有人提出在核廢料周圍建造一個類似三維壕溝的水籠，地下水便被賦予一條替代路徑，不會滲入放射性物質(zhì)，這樣的裝置可以做到防止核泄漏?；蛘邔藦U料進行巖石熔融處置，經(jīng)冷卻后成為巖石固化體，從而達到永久隔離高放廢物的目的，但目前這還只是一種設(shè)想[10]。

隨著科技的進步核電站廢物的處理也在不斷地改進中，韓國開發(fā)了一種玻璃固化技術(shù)，它是指將放射性廢物和熔融狀態(tài)的玻璃混合后高溫加熱、縮小體積而制造出穩(wěn)定的玻璃固體的技術(shù)。被玻璃化的放射性物質(zhì)在極度惡劣的環(huán)境中也不會出現(xiàn)泄漏，因此，該技術(shù)可降低放射性泄漏危險[11]。

目前，我國對核電廠放射性固體廢物實行分類管理，根據(jù)放射性廢物的特性及其對人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，將核電廠的放射性廢物分為高水平放射性廢物、中水平放射性廢物和低水平放射性廢物。低、中水平放射性固體廢物在符合國家規(guī)定的區(qū)域?qū)嵭薪乇砘虻叵绿幹?。高水平放射性固體廢物實行集中的深地質(zhì)處置[5]。

3.世界核電發(fā)展的主要經(jīng)驗教訓及對我國的啟示

（1）加強配套條件與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

核能技術(shù)的研發(fā)除先進的反應堆技術(shù)外，還需要相關(guān)的配套條件和設(shè)施，如設(shè)備制造、先進燃料組件制造、后處理以及開展先進反應堆關(guān)鍵技術(shù)研究所需的試驗平臺等。從現(xiàn)在開始，應逐步建立起滿足核能可持續(xù)發(fā)展需要的相關(guān)基礎(chǔ)核設(shè)施，如發(fā)展快堆和閉式燃料循環(huán)，進行快中子堆燃料和材料的開發(fā)所需的快中子譜輻照設(shè)施，后處理示范設(shè)備，先進燃料元件制造示范設(shè)備，以及快堆燃料元件制造車間等[12]。

除此之外，鑒于世界發(fā)生過的核電安全事故，在核電站的設(shè)計上，包括抗洪抗震、預防應急等方面需有嚴格的要求，在加強核電技術(shù)的標準化方面上也需要更加嚴謹細致[2]。

（2）培養(yǎng)先進的理念與管理經(jīng)驗

在結(jié)合自身的能源結(jié)構(gòu)及未來走向后，我國需選擇出適合自己的特色道路。核能技術(shù)是先進、復雜的技術(shù)，需要國家的統(tǒng)籌調(diào)度，過程中既要確保核電發(fā)展的進度，又要發(fā)展的質(zhì)量。同時基于自身國情，我們需要積極開展國際交流與合作，在一些技術(shù)難度大、國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的技術(shù)上考慮引進技術(shù)、中外合作的方式[9]。

相對比目前我國對的現(xiàn)狀，我國在核廢料監(jiān)管過程中的一些特有角度立法還是一紙空文，如缺少綜合性的原子能法律、核廢料監(jiān)管過程中法律責任主體不明、核廢料運輸缺乏專門的立法監(jiān)督、群眾參與途徑單一等問題[14]。

因此，制定科學的、適應我國國情的核電發(fā)展戰(zhàn)略，對實現(xiàn)我國核電工業(yè)的強大及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

（3）完善法律法規(guī)，明確法律責任

我國在在核電監(jiān)管方面的法律制度由法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章與國家標準組成，形成了比較完整的法律體系，已出臺了《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《放射性污染防治法》和《放射性廢物安全管理條例》等法律法規(guī)。但現(xiàn)有的這些法律法規(guī)的內(nèi)容主要強調(diào)技術(shù)層面的規(guī)范和監(jiān)督，而缺乏核工程社會穩(wěn)定風險評估與管理的條款規(guī)定，存在著基本法缺失、內(nèi)容陳舊等問題，不能對我國的核廢料處理活動在資金、人才及制度上進行保障。所以，在現(xiàn)有法律體系的基礎(chǔ)上，仍待進一步的完善工作[13]。

借鑒國外先進的核管理模式，組織因素重要性亦不可忽視。核廢料處置部門的職責是否明確、監(jiān)管是否有力等直接關(guān)系著管理的成敗。我們要在相關(guān)的法律規(guī)范下，各政府監(jiān)管機構(gòu)各司其職，分工明確。特別是核燃料和廢料管理公司的組建，直接承擔核廢料的處置職責，出色地完成了核廢料安全處置的任務。

此外，完整的法律體系中，還需要政企適度分開，必須明確政府是監(jiān)管者，核電企業(yè)是被監(jiān)管者。兩者唯有分開，政府才能保持中立的裁判者的立場，否則公眾會質(zhì)疑政府和企業(yè)的所有計劃、政策和行動[13]。

4.結(jié)語

當前，我國正處于經(jīng)濟快速發(fā)展的黃金時期，我們需要抓住核電發(fā)展的契機，加大投入，完備相應的體系。對比國內(nèi)外核電發(fā)展的異同，總結(jié)借鑒先進核電國家的發(fā)展經(jīng)驗與教訓。同時，我們也有許多需要高度重視和深刻思考的問題，在未來我國核電的大規(guī)?？焖侔l(fā)展中，需要高度重視核電安全，制定科學合理的核電發(fā)展戰(zhàn)略，加強核電技術(shù)標準化建設(shè)。

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