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如何抢占核能的“四代”高地?

北极星电力网新闻中心  来源:中国核工业  作者:雷梅芳 李雪峰  2019/11/20 12:04:43  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 四代核电 高温气冷堆 核能

北极星核电网讯:第四代核反应堆是目前正在研发的、在反应堆设计和燃料循环方面有重大创新的下一代反应堆,其主要特征是安全可靠性高、燃料利用率高、废物产生量小、具有更好的经济性、具备多用途功能、有利于防止核扩散。近年来,以快堆、高温气冷堆等为代表的第四代核能系统受到国际核能界的高度关注。美国、法国、俄罗斯、日本、中国、韩国、欧盟等纷纷开展了第四代核能系统的研究开发,旨在掌握第四代核能系统的关键技术,抢占未来先进核能技术创新的制高点,进而占领国际市场。

(来源:微信公众号“中国核工业”  ID:cn_industry  作者:雷梅芳 李雪峰)

与美国、法国、俄罗斯等核能发达国家相比,我国在第四代核能系统关键核心技术研究开发方面还存在较大差距,尤其在当前国际形势风云变幻,美国调整对华核能政策、加大对我国在下一代先进核能系统技术交流与合作限制的情况下,亟需加强对第四代核能系统关键核心技术的自主研发,以破解核心技术研发设计、关键材料和装备制造技术受制于人的局面。

01加强顶层规划,研究制定中长期发展战略和技术路线图

我国自十多年前启动第四代核能反应堆技术的研究与开发以来,在“863”、“973”、核能开发、重大专项计划以及第四代核能系统国际合作框架等的支持下,先后开展了高温气冷堆、钠冷快堆、超临界水冷堆、铅冷快堆和熔盐堆五种堆型的研究开发,取得了一系列研究成果,为进一步深入研究打下了基础。

当前,应加强顶层规划,远近结合、内外兼顾,从国家层面上加强统筹规划,理顺国内自主研发、国际合作开发、工程建设和技术储备之间的关系,研究和发布国家核能中长期发展战略和规划,提高中长期先进核能技术储备保障能力。针对核能复杂性、系统性和长期性等特点及安全性的特殊要求,整合核能上下游科技资源,形成合力。政府主管部门牵头组织先进核能反应堆核燃料循环的评估机制,在现有研究开发工作的基础上,研究制定我国第四代核能系统发展技术路线图,适时聚焦我国第四代核能系统的研究方向,明确发展路径,2035~2040年实现第四代核反应堆首堆商业应用示范, 2050年全面实现第四代核能系统的目标要求,使四代核能在供热、制氢、冶金、化工、海水淡化等方面具备规模建设条件。

第四代核能系统发展技术路线图建议

02

开展技术成熟度评价,防范技术风险

技术成熟度(TR)又称技术就绪度,是指技术相对于项目或系统预期目标的成熟程度。技术成熟度作为一种系统的、规范的技术成熟程度的量化评价方法,一方面可以用于比较技术当前成熟状态与预期目标间的差距;另一方面可作为一种统一的标准,衡量不同技术、项目之间的成熟状态,使管理机构掌控项目进展情况、控制项目技术风险、协助工程转阶段把关和制定技术开发计划等。鉴于技术成熟度在技术研发和科研管理中发挥的显著作用,其已被美、英等国和国际标准化组织等多家机构认可和使用。

第四代核能系统的研究开发是一项十分复杂而又艰巨的系统工程,涉及核科学、机械制造、数字控制、运行维护、工程建设等多个重要技术领域,具有研发周期长、经费投入大、研制风险高等特点,建议在有关主管部门的指导下,根据国家能源局于2018年3月发布的《核电技术成熟度评价规范(NB/T 20511-2018)》,分别对目前我国第四代核能反应堆与燃料循环的研发、设计等进行技术成熟度评价。通过评价,识别出研发、设计和工程建设中的核心关键技术,确定关键技术清单,聚焦重点问题,及时修正和调整科研规划,明确各阶段研发目标,将有限的资源投入到需优先开发的关键技术上,防范技术风险。

03

建立国家重点实验室,加强核燃料循环与新型材料的基础研究

国家实验室是服务于国家发展重大战略、以提高国家自主创新能力为使命的国家综合科研基地。核领域国家实验室则是抢占科技创新制高点、促进协同创新攻关的重要载体。

在今年1月举行的国家科学技术奖励大会上,国务院总理李克强提出,要瞄准世界科技前沿,聚焦国家战略需求,调整优化重大科技项目,抓紧布局国家实验室,重组国家重点实验室体系,培育国家战略科技力量。“基础研究是科学体系的源头,加快科技创新,必须把基础研究摆在更加突出的位置。”

核科学技术是高新尖技术,涉及学科范围广,学科交叉多、综合集成度高,是高科技领域的代表。通过建立核领域国家实验室,可以加大核科技创新资源统筹力度,促进创新要素集聚,瞄准“卡脖子”问题,大力开展关键核心技术攻关,加快突破行业发展瓶颈,抢占世界核科技创新制高点,引领我国科技整体快速进步。

在当前以及未来几十年,核能仍将为我国保障能源供应、调整能源结构、应对气候变化发挥关键作用,先进核能技术也是促进我国核电“走出去”战略实施,促进装备业“走出去”的关键基础,保障国防安全和能源安全的重要手段。

以快堆和先进后处理(湿法或干法)为代表的第四代核能系统,既能大大提高铀资源的利用率,又能实现核废物的最少化。世界核能的未来与闭合核燃料循环密不可分,在可预见的未来,核能将成为真正的可再生能源。

在第四代核能系统内,反应堆内服役环境极其恶劣,核燃料及相关设备、部件长期处于高温、高腐蚀的服役条件,经受强中子辐照和冷却剂腐蚀后,材料性能会急剧下降。依托国家核领域重点实验室,集中优势资源开展基础性、前沿性研究与科技创新,研究开发耐高温、耐腐蚀,具有良好辐照性能的反应堆用结构新材料;开发性能优于耐事故燃料(ATF)的新型核燃料;开发使乏燃料中的铀、钚及次锕系元素等返回使用的先进后处理工艺技术并使其工程化,是我国核能领域当前亟需突破的重大问题。同时,其基础研究成果也可应用于进一步改善当前二代反应堆、三代反应堆的安全性与经济性,补齐我国在先进核燃料与包壳材料、先进结构材料、后处理方面的短板。

在第四代核能系统的研究开发过程中,应顺应世界能源数字化、清洁化的趋势,加大人工智能、大数据、物联网等技术与核能技术及其全产业链的融合,提升研发效率,引领能源革命。

04

建立第四代核能技术的标准体系

国务院办公室在2018年8月印发的《关于加强核电标准化工作的指导意见》中指出:安全高效发展核电是我国能源战略的重要组成部分。核电标准化是支撑我国核电安全和可持续发展的重要保障,是促进核电“走出去”的重要抓手,对推动我国由核电大国向核电强国迈进具有重要意义。核电行业的快速发展,核电标准化工作也迎来了重要机遇期和关键窗口期。

在国家有关政府部门的大力支持下,我国在钠冷快堆、高温气冷堆设计标准的制定方面已经取得了重要话语权,参加了第四代核反应堆部分国际安全标准的起草和制定工作。然而,第四代核能系统的标准研制还未完全纳入到我国的标准体系中,进展明显滞后于科研开发,更缺少自主化、系统性考虑,在多个系统存在科学技术短板,标准制定总体上仍然处于“跟跑”状态。

核能要发展、标准需先行。只有制定与我国现有工业体系与技术水平相适应的、与国际接轨的自主技术标准,建立衔接配套、易于复制和推广的技术产业化发展机制,才能实现真正意义上的核电自主化,才能更好地支撑核电“走出去”。更为重要的是,只有建立具有国际先进水平的自主核电标准体系,才能掌握核电标准话语权,我国才能真正成为世界一流的核电强国。

建立第四代核能技术的自主标准体系,建议考虑以下几个方面:

  • 在时间安排上应尽早启动,力争标准与规范研制与第四代核能技术的研究开发、工程示范同步安排部署。要充分发挥标准的规范、引领和支撑作用,推动核电技术和装备进步,促进我国核电安全和可持续发展。

  • 要立足第四代核能技术研发的创新成果,并根据其特点,通过实验验证、示范工程等实践,利用标准和规范将技术创新内容加以固化,开发建立适合四代核能系统的标准。

  • 在建立和完善标准、规范的过程中,要加强各系统堆型技术和标准的对比,借鉴国际先进技术和经验,保证自主标准的通用性和适用性。

  • 要做好第四代核能技术与第三代核电标准的衔接,在关注不同堆型特殊性的同时,扩大标准的兼容性。

  • 要加强标准的基础研究,积累基础研究数据资料,同时利用现代化数字手段和智能技术,开展标准、规范的应用结果评价,最终建立一套“自主、统一、协调、先进”、与我国核电未来发展水平相适应的核能标准体系。

  • 05

多渠道资金支持,提升技术创新能力

核能开发周期长,基础研究投入高、回报慢且不易量化,但却决定了其在国家战略中的核心地位和长远竞争力。在基础研发阶段,应更多利用财政的资金投入,支持新材料、新技术、新工艺等共性技术的科技攻关,开展基础性、战略性、前瞻性的科技创新活动,提升科技创新能力,引领国家核科技进步,并对全产业链能力加以保障,为核能技术创新可持续发展提供基础研发能力支持。

(雷梅芳系中核集团退休职工,研究员级高级工程师;李雪峰来自中国核能行业协会)

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