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快堆是世界上第四代先进核能系统的主力堆型,代表了核能的发展方向。它与其它装置组成的核燃料闭式循环系统,可使铀资源利用率由现在1%左右提高到60%以上;还可使长衰变周期核废料产生量得到最大程度的降低,实现放射性废物最小化,造福子孙后代。快堆有这么多明显的优势,为什么问世者寥寥无几?原因有多方面。有大家对快堆优劣势的认识差异,有对其技术难度的评估差异以及其所带来的安全、经济上的考量,关键还有对其迫切性的估量。统观上述问题,对中国来说,现在应该是快堆核电启动的一个大好机会,核能发展计划中应该有快堆发展的一席之地。快堆核电应该有所作为了。
“成熟”的新兵
用“起大早赶晚集”来形容快堆是很贴切的,快堆被公认为四代堆的主力堆型之一,但与其它几个四代堆型很明显不一样的地方是其悠久的历史。早在1946年世界首个快堆就诞生在美国,在这之后世界各国陆续有22个堆投入运行,共积累了300多堆年的运行经验。更值得一提的是这些反应堆不仅仅是实验堆,中间还不乏一些“大块头”。其中1985年投入运行的法国“超凤凰”,1200MWe的容量即使在今天也不算小;而俄罗斯的BN600原型快堆核电站已稳定运行了34年,平均负荷因子超过了70%,积累了丰富的快堆运行经验,为快堆树了一个最好的样板。在此基础上优化和完善的BN800商用示范快堆目前已完成物理启动,预计年底并网发电,俄罗斯在快堆研发方面确实是走在了世界前列。法国、日本在快堆发展过程所碰到的问题,对世界快堆在技术难题的攻克方面也起到了极大的正面意义。有经验支撑,比一些还在概念阶段的四代技术在底气上就足了很多,走上示范或商业推广道路就会简单很多。世界第四代反应堆堆型发展情况如表1所示。
“一席之地”有支撑
1.核燃料经济性开采有时间期限
核燃料在自然界的贮量是有限的。目前,全球已探明铀资源(开采成本低于130美元/kgU)总量为532.72万tU,2010年全球核电装机容量375GW,年度核电铀消耗量6.3875万tU。
随着核电的发展,铀资源越来越紧缺,铀资源稳定供应将是一个可能的制约因素,因此在一定时候增加一些快堆份额,是降低这种风险最佳的选择。
2.快堆及其闭式燃料循环技术
为了解决铀资源利用瓶颈问题,国际原子能机构于2000年发起“创新型反应堆和燃料循环国际计划(INPRO)”,旨在通过研发新型反应堆,建立核燃料循环体系来充分利用核能资源,并实现核废物的最少化,使核能可持续发展。我国为其成员国之一。快堆及其闭式燃料循环技术是指从压水堆中卸出的乏燃料经过后处理厂处理,回收燃料Pu和U,经过MOX燃料厂制成快堆的燃料再循环利用,同时快堆的乏燃料(包括增殖产生的Pu)经过后处理厂处理后,由MOX燃料厂制成压水堆的燃料再循环利用。快堆与压水堆匹配发展,会大大提高铀资源的利用率,无核燃料匮乏之虞。快堆及其闭式燃料循环技术如图1所示。
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