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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。
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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2月18日下午,市核电办组织召开了2022年第一次核电重点企业经济运行分析座谈会。市核电办主任陆海宾出席会议,市经信委财审处副处长郁世怡到会指导。来自中核浦原、上海核工院、华东电力设计院、中国核建、中广核上海科技公司、核电运行研究院、中核五公司、中核检修、国核运行、国核自仪、上海电气核
12月13日、17日,华能集团近期召开的两次会议都指出,以“三型”“三化”能源基地开发为主要路径,全力打造新能源、水电、核电三大支撑,大力推动火电转型发展。新能源、水电、核电,将是华能集团未来重点打造的三大支撑,这也足以看出华能集团对核电的重视。
9月12日,世界首座四代核电高温气冷堆,国家科技重大专项-华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆(以下简称示范工程)首次达到临界状态,机组正式开启带核功率运行。这是示范工程继今年完成双堆冷试、双堆热试、首次装料后取得的又一重大进展,向着年内并网发电目标再度迈进。
8月17日,美国西屋电气公司(Westinghouse)、英国国家核实验室(NNL)和美国陆地能源公司(TerrestrialEnergy)签署了一项核燃料开发和供应协议,以推进陆地能源公司一体化熔盐堆(IMSR)核燃料的工业规模和商业供应。
“开始装料!”随着主控室一声令下,第一个核燃料元件缓缓进入华能石岛湾高温气冷堆1号反应堆,系统显示运行正常。示范工程成功启动首堆首次装料,正式进入“带核运行”状态,中国华能向着年内发出“第一度核电”目标迈出了至关重要的一大步。
8月21日16时09分,我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首批核燃料成功装入1号反应堆,标志着世界首台球床模块式高温气冷堆正式进入“带核运行”状态,为今年并网发电奠定坚实基础。
落户山东荣成的世界首个高温气冷堆示范工程已完成装料准备阶段各项工作,即将进入带核试运行,向投产发电迈出关键一步。
2021年5月26日,捷克核研究所(UJVREZ)表示,该机构将启动氦冷小型堆(SMR)设计和开发项目。该类小型堆属于四代堆设计,主要面向供热和工业应用领域。
3月16日,华能高温堆技术研究中心在山东荣成正式启动运作,标志着集团公司高温堆产业技术创新迈上新台阶。集团公司党组成员、副总经理张涛出席启动会并讲话。此次华能高温堆技术研究中心的启动运作,是落实集团公司核电“双轮驱动”发展战略、加快高温堆技术创新发展的重要行动,是进一步强化核电技术
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今年两会期间,全国政协委员,中国华能集团有限公司党组书记、董事长温枢刚对《中国能源报》记者表示,3月5日,在现场聆听了政府工作报告,感到鼓舞干劲、催人奋进,特别是报告在回顾2023年工作时提到:关键核心技术攻关成果丰硕,第四代核电机组等高端装备研制取得长足进展。作为第四代核电机组——华
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作为清洁、稳定的能源,核能在过去半个世纪贡献了全球近一半的低碳电力,为维护世界能源安全、应对全球气候变化、促进世界经济增长作出了重要贡献。当前,核能也是我国优化能源结构、保障能源安全,实现“双碳”目标的重要力量。从“一堆一器”到“核能三步走”,中国核工业走过了艰苦卓绝、光辉灿烂的
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党的二十大报告指出,“积极安全有序发展核电”“稳妥推进碳达峰碳中和”,核电作为清洁能源的优势日益凸显。当前,电力市场化改革深入推进,经济性提升已成为核电企业适应市场化发展环境、充分发挥核电对“双碳”战略目标支撑作用的重要基础性前提。(来源:《中国电力》作者:郭娟娟,沈迪,童朴,闫琨,
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