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萬鋼:權威解讀我國快堆發展現狀

來源:中國電力報 發布日期:2014-03-14

      按照我國核能發展熱堆(壓水堆)——快堆——聚變堆三步走戰略路線,目前進行商業運行的壓水堆可以稱為 “今天”的核電技術,而快堆則是“明日核能”,被稱為“人造太陽”的聚變堆,則是“后天”核能技術。

  在“今日核能”發展落后于核電先行國家,“后天”核能實現突破無期的情況下,對于“明日核能”的研發工作就顯得尤為重要。而更為現實的意義在于,發展 “明日核能”——快堆核能系統可以充分利用鈾資源,并實現廢物最少化,從而確保核裂變能的可持續發展。

  這可以很好地解決核能發展帶給大眾隱憂的兩個問題——乏燃料處理和鈾資源不足。

  在全國兩會召開之際,本報邀請全國政協委員、中國原子能科學研究院院長萬鋼,對我國快堆發展現狀進行權威解讀。

  實驗快堆將在年內進行滿功率運行

  記者:實驗快堆在實現并網發電之后有新進展嗎?

  萬鋼:2011年實驗快堆實現并網發電時并不是滿功率運行,我們初步計劃在今年六、七月進行滿功率運行。

  記者:是否會按照863計劃設計,完成實驗堆臨界后進行原型堆研發,原型堆研發進度如何;還是直接進行商業堆研發?

  萬鋼:實驗快堆是一個實驗設施,是國家863計劃安排的,目前已經建成。按照世界快堆發展的經驗,第二步應開發30萬千瓦左右的原型快堆。由于實驗快堆在參數選取上已接近商用快堆,也充分吸收了世界快堆發展的經驗特別是與俄羅斯進行了充分合作,我們可以建造功率更大的原型快堆,或跳過原型堆而直接進入示范快堆階段。根據既定計劃安排,在實驗快堆建設完成后,要進行60萬千瓦工業規模的原型/示范快堆電站CFR600的研發,以進行工業規模的示范,為商用推廣積累經驗和數據,避免大的經濟技術風險。

  CFR600示范工程已經列入多個國家相關規劃之中。為更好推動項目進展,中核集團公司在“龍騰2020科技創新計劃”中專門設立了“龍原工程”,籌集數億元專項資金進行前期研發,國家有關部門也對快堆的關鍵技術研發、能力建設等進行了投入。目前,示范快堆已經完成了方案設計,正在進行主工藝設計。

  核裂變能可持續發展的戰略選擇

  記者:作為四代堆型的中子快堆相較于三代核電有哪些優勢?

  萬鋼:相較于三代核電,第四代核能追求更安全、經濟和可持續,快堆(快中子引發裂變的核反應堆)是第四代核能的主要堆型,其優點主要有以下幾個方面:一是資源的高效利用。三代核電屬于熱中子核反應堆,主要是利用天然鈾中占0.7%的鈾235,而第四代的快堆還可以充分利用天然鈾中占99.3%的鈾238,使天然鈾的利用率能夠提高60倍以上,這一特性可以支持核能大規模使用數百年。所以,快堆可實現燃料的增殖,叫增殖堆。在核燃料產業鏈中,快堆既能將壓水堆乏燃料中分離出來的燃料再利用起來,也能將濃縮鈾(為壓水堆燃料提供)生產剩下的貧鈾(鈾235更少,鈾238更多)再利用起來,實現核燃料的閉式循環,實現循環經濟。可以說,快堆和壓水堆匹配發展,可實現核能的大規模、可持續發展。

  二是放射性廢物的最小化。無論什么反應堆,燃料燒過以后都成了不能再直接使用的乏燃料,儲存起來是一種辦法,但會受儲存空間的限制,必須對其進行處理和分離。壓水堆的乏燃料中存在一些長壽命的次量錒系元素(MA),而快堆可以將其燒掉(嬗變)掉,使放射性廢物對環境的影響時間縮短100倍,廢物量也同時會大大減少。一座快堆可以支持5-10座同功率壓水堆MA的嬗變。

  三是安全性更高。由于快堆工作壓力接近常壓、冷卻劑熱工裕度大,本身的固有安全性高。同時,能夠很好地采用非能動事 故余熱排出系統等非能動技術,能夠將反應堆設計得更安全,確保反應堆安全運行。

  記者:我國的中子快堆研究目前在全球處于什么水平,我國的中子快堆優勢在哪里?

  萬鋼:作為快堆的后發國家,通過科技部和科工局支持的863計劃 “中國實驗快堆”項目的實施,并通過國際合作特別是與俄羅斯的緊密合作,我國的快堆技術得到了長足發展,目前已掌握絕大多數快堆核心技術,實驗快堆已經實現了70%設備的國產化,在國內形成了基本配套的產業鏈,成為世界上第8個有能力設計建造快堆的國家。

  雖然我國的快堆技術總體上與俄、法等快堆先進國家有差距,但實驗快堆還是體現了當今世界的先進水平,在設計上也具有獨有的一些特點,如完全的非能動事故余熱排出系統、事故情況下冷卻劑泄露非能動虹吸破壞裝置、鈉火消防技術、雙層管技術等。今后,將在這個平臺上,進一步開展實驗研究,進一步加強國際合作,做出世界一流的快堆技術成果。

  記者:在鈾資源有限的情況下,核燃料生產是否會成為中子快堆的重要戰略和商業價值?

  萬鋼:與壓水堆電站相比,快堆電站的運行同時生產兩類產品:電和核燃料。快堆可以增殖,可以設計成增殖比大于1,如CFR600的增殖比就設計為1.2,使得在消耗1公斤核燃料的同時,可以生產1.2公斤的新的核燃料。快堆的這種核燃料生產能力,一方面可以解除壓水堆的燃料后顧之憂,有效保護設計壽命達60年的壓水堆的投資安全,一方面使得核燃料的生產是可控和可預測的,避免燃料價格的大幅度波動,有利于整個核能行業的健康發展。

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