四代核电加速度

2010年8月6日下午4时，位于北京房山区新镇的中核集团中国原子能研究院内，一切如故，除了几名工人在门口进行道路施工之外，这里与往常没有太多变化，73岁的徐銤开完会，匆匆回到自己的二楼办公室，他面前三台正在运行的电脑屏幕上，显示着密密麻麻的数据。而就在几天前，这里发生了一件大事——中国实验快堆首次临界成功，这标志着中国在第四代核电技术方面取得了重大突破，我国也因此成为世界上第八个掌握这一技术的国家。

徐銤是中国实验快堆总工程师，1961年清华大学毕业之后，就走进了中国原子能研究院，在这个岗位上一干就是半个世纪。提起试验快堆的首次临界，这位温和谦虚的老人娓娓道来，脸上始终挂着灿烂的笑容。在他看来，快堆技术的运用和第四代核电技术的成熟，为未来中国能源发展找到了一劳永逸的解决方案。

为了缓解经济发展与能源消耗的矛盾，减少二氧化碳排放对环境的压力，近年来，作为清洁能源的核电获得了井喷式的发展。尽管中国目前运行的核电机组总功率仅为910万千瓦，但在建的机组却多达23台、总装机2540万千瓦，占世界57台机组的40%，我国也因此成为了全球核电在建规模最大的国家。

核电项目的快速上马，推动着国家不断调整核电发展的规划目标。2006年国务院通过的《核电中长期发展规划》目标是，到2020年中国核电装机总量达到4000万千瓦。但核电发展的现状远远高于预期，2010年7月，国家能源局宣布，预计到2015年，中国核电装机将达到3900万千瓦，到2020年则达到7000万千瓦。

核电潜力的快速释放也带来了很多麻烦，天然铀短缺、核废料的处理等困扰核电可持续发展的问题都会随着核电的爆发式增长而逐一显现。但是，以快堆为代表的第四代核电技术的成熟与完善，为从根本上破解这些难题提供了可能。

快堆技术突破

2010年7月21日9时50分，中国试验快堆主控室内所有的人都屏住了呼吸，眼前大屏幕上的数据在不停地闪烁，当源量程周期稳定在100秒达到了两分钟时，中核集团副总经理杨长利大声宣布：“中国试验快堆达到首次临界，”顿时，室内一片欢腾，热烈的掌声经久不息。

核反应堆临界相当于常规火电站锅炉的点火，是机组具备发电能力的必要条件，临界之后，再经过试验和不断提高功率，机组便可以发电和满负荷运行了。

“对于正在提速核电发展的中国而言，实验快堆临界成功将极大地加快我国核电建设步伐，作为在建核电规模最大的国家，中国正在以自己的速度，追赶乃至引领世界核电步伐。”杨长利激动地表示。

作为国家863计划重大项目，中国实验快堆是中核集团第四代核能技术研发的重点，该堆采用已在美、法、俄、日等国家有多堆运行经验的钠冷快堆技术，其热功率为65兆瓦，电功率20兆瓦。

快堆是快中子增殖反应堆的简称，是第四代核技术的六种堆型之一，由于其消耗燃料的同时，能够使燃料增殖，而且其技术在全球范围内相对较为成熟，因此被看作是第四代核技术中，最有可能商业化的堆型。

建造实验快堆是我国快堆发展的第一步，随后将进行示范快堆和商业快堆的建设。据中国试验快堆总工程师徐銤透露，2013年，我国将在福建三明市开工建设两座80万千瓦的示范快堆项目，计划2020年建成。

“快堆要想商业化，必须具备经济性和技术上成熟，目前快堆技术整体上还处于试验阶段，全球预期2025年—2035年进入商用阶段。”中国工程院院士、核电专家叶奇蓁对《能源》杂志记者表示。

随着快堆技术的不断发展，目前在经济性上已经具备了竞争力。徐銤向《能源》杂志记者介绍说，“在上个世纪70年代，利用快堆技术建造核电站，其成本是压水堆的2.5倍，随着这一技术的不断成熟，到2000年，其成本与压水堆已基本持平。”

目前全球运行的400多座核电站中，绝大部分采用的是二代和二代改进技术，以美国西屋公司AP1000和法国阿海珐公司EPR为代表的三代技术目前正在进行商业化推广，建设中的浙江三门和广东台山核电站分别采用了上述两种技术。

但不管是二代还是三代，均属于热堆技术，其堆型绝大多数为压水堆，热堆裂变使用的燃料主要是铀235，但是这种资源只占自然界铀储量的0.66%，而以快堆为代表的四代核技术则不使用铀235，而是使用钚239，配合占自然界储量99.2%的铀238做燃料，使得自然界的天然铀的利用得到了大大提高。

“三代技术与二代相比，没有实质性的差别，只是在安全性提高了一些，技术上更先进一些，但是四代核技术与二代、三代有本质性区别，它是一种燃料增殖技术，大大提高了现有资源的使用率。”叶奇蓁表示。

国际上快堆技术起步于上世纪40年代，截至目前，世界上共建成了各种类型的快堆21座。中国尽管从上世纪60年代就开始了快堆的研究，但由于各种因素，快堆的发展一度陷入停滞。1995年12月，中国试验快堆正式获国家批准立项，经过十多年的努力，终于实现了成功临界。

值得关注的是，在整个快堆技术的研发过程中，我国全部以自主设计、自主建造、自主安装和自主调试的方式进行的。整个项目建设中的上万个设备，其中70%是国产的，实现了70%的自主化率。“这并不代表剩下的30%我们都不会建造，而是因为核电的安全要求非常高，我们自己生产的这些设备还没有经过足够长时间的验证，因此选用的国外的设备。”

“四代核技术成熟之后，我国将不再进口国外的技术，核电发展将结束购买技术的历史。”徐銤说。

破解铀资源难题

核电尽管清洁、高效，但是其主要燃料——铀资源的短缺已经成为制约核电持续发展的主要瓶颈之一。随着第四代核电技术的发展与成熟，这一难题有望从根本上得到解决。

目前，在核电站中广泛应用的压水堆(如我国的秦山、大亚湾核电站堆型)对天然铀资源的利用率只有约1%，“而在快堆状态下，铀资源利用率理论上可达到100%，扣除损耗也能有60%—70%，也就是说，快堆的铀资源使用率比热堆可以提高至少60倍。”徐銤说。

由于压水堆只烧掉了其燃料的1%，最后有大量的核废料产出，“而在快堆状态下，大部分废料可以作为快堆的燃料使用，因此大幅度提高了天然铀的使用率。”叶奇蓁表示。

按照现有的压水堆技术，一座100万千瓦的核电站，60年消耗1万吨天然铀。以我国910万千瓦的装机容量计算，目前我国每年消耗天然铀在1500吨左右。

而近期报道称，目前我国的铀矿年产能为1040吨，产量只有750吨，而按照国内核电站投资建设增长趋势，预计2015年我国产需缺口将超过1万吨，到2030年更将高达近3万吨。

从世界范围内来看，铀资源的前景也不太乐观。据徐銤透露，目前全球130美元/公斤之下能够开采的铀资源仅为530万吨，这也就意味着，这些天然铀仅仅能够供应530座100万千瓦的核电站使用60年，而目前全球正在运行的100万千瓦的核电站为372座。解决全球范围内的铀资源短缺问题已迫在眉睫。