徐銤

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

加快核電發(fā)展，有效降低碳排放

徐銤

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

徐銤快堆專家，中國工程院院士。現為中國核工業(yè)集團公司快堆首席專家、中國原子能科學研究院快堆工程部總工程師、國家能源工程快堆工程研發(fā)（實驗）中心學術委員會副主任。中國快堆事業(yè)的開拓者和奠基人之一。

中國目前已成為世界最大的能源消費國，碳排放總量居世界第一；雖然一直積極倡導并踐行節(jié)能減排，但減排形勢仍然嚴峻。中國的碳排放量高，主要原因在于煤炭一直是主要能源，當前中國國內煤炭消耗量占全球1/2以上，2016年國內煤炭消耗量占一次能源消費比重的63%，而且用于發(fā)電的耗煤量占煤炭消費總量的1/2左右[1]。為了有效減少碳排放，中國需要大力發(fā)展清潔能源。在清潔能源中，核能的優(yōu)點是能量密度大，單位能量機械設備體積小，制造消費少，占地面積小，從整個生產鏈看，核能每度電碳排放量是最小的，見圖1。舉一例：法國2014年核電發(fā)電量為416.8×109kWh，占全國總發(fā)電量的77%，排放的碳當量低于所有經濟體國家，僅為中國碳排放量的3.4%[2]。而中國電力生產中核電所占比例較低，2015年僅占3.01%，因此需要大力加快核電的發(fā)展。

圖1 各種能源電力生產鏈產生的單位碳排放比較

早在1983年6月，國務院科技領導小組就提出中國核能發(fā)展三步走戰(zhàn)略：壓水堆—快堆—聚變堆（除了以上3種核能發(fā)電的不同堆型，實際上在核能發(fā)展中也需要發(fā)展其他堆型）。2010年中國工程院和國家能源局向國務院提出核電的發(fā)展規(guī)劃：2020年，實現核電裝機容量70 GWe；2030年，實現核電裝機容量200 GWe；2040年，實現核電裝機容量400 GWe以上。

1 GWe即100萬kW電功率，大約可供應一個擁有100萬人口城市的全部民用電。據《中國核電年鑒（2016）》有關數據顯示，2015年中國大陸有28臺商業(yè)運行核電機組，裝機容量為2642.7萬kW，另有在建機組26臺，裝機容量為2935.0萬kW，除了運行的兩座小的重水堆核電機組外，其余全是壓水堆核電機組，合在一起核電總容量55.78 GWe，實際上，今后中國還會有超高溫氣冷堆等堆型發(fā)展起來，增加核電總容量。壓水堆主要利用U-235作裂變燃料，但它只占天然鈾的0.7%，壓水堆需要3%的加濃U-235，在加濃過程中U-235有損耗，堆運行后，乏燃料中還有未裂變的U-235，在壓水堆中燃料是一次通過的，如此壓水堆對鈾資源的利用率約為0.45%。如果燃料無限次再循環(huán)，壓水堆對燃料利用率也只有1%左右。

裝機容量1 GWe的核電廠運行60年將消耗天然鈾1萬t，如果到2040年，核電站都是壓水堆，則全壽期需要400萬t天然鈾。世界核協會總干事麗欣2016年9月15日在世界核協會第41屆年會中提到：到2050年核工業(yè)界能夠達到1000 GWe核電裝機容量。如大部分利用壓水堆，將來也需要1000萬t天然鈾。但是2016年11月30日OECD/NEA與IAEA聯合發(fā)布新版鈾資源紅皮書（2015年），已查明鈾資源總量（即合理確定鈾資源量與推斷鈾資源量之和）僅有764.16萬t，開采成本低于260 S/kgU，而目前的商業(yè)鈾價只有20～40 S/kgU。

實際上，中國核能發(fā)展戰(zhàn)略的第二步——快堆，即將發(fā)展起來。20 MWe中國鈉冷實驗快堆已建成運行，600 MWe鈉冷示范快堆2017年底將開始建造，預計2023年建成。可以設想在2025—2035年，推廣4～5座示范快堆，之后建成一座1200 MWe大型鈉冷金屬燃料快堆，而后再進行推廣，快堆將迅速發(fā)展起來?？於训膬?yōu)點在于示范快堆和大型快堆的裂變燃料在運行時能夠增殖。金屬燃料的快堆增殖比能達到1.582，倍增時間能短到6.2年。真正消耗的是天然鈾中占99.2%以上的、不大能裂變的U-238。

快堆增殖比能達到1.582，倍增時間能短到6.2年。真正消耗的是天然鈾中占99.2%以上的、不大能裂變的U-238。

快堆燃料燃耗如果達到6%以上（目前快堆已達到7%以上），燃料循環(huán)中損失3%，則燃料利用率達到60%～70%。假如燃料利用率得到提高，則更貧的鈾礦值得開采，這樣世界開采鈾資源要提高1000倍?？於雅c閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)相匹配就能實現核能的可持續(xù)發(fā)展而無核資源匱乏之虞，亦無高放射性廢物長期貯存導致環(huán)境污染風險之憂，因此，核能可以更多地開發(fā)。

[1] 能源評論編輯部. 尋找新方位[J]. 能源評論, 2017, (1): 25.

[2] 晨曦. 法國: 核電大國的點子[J]. 能源評論, 2016, (8): 54-56.

—— 摘自《科技導報》2017年第13期