核能综合利用研究现状与展望-北极星核电网

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核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支柱之一。核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等方面具有很大的优势，同时相较于水电、光电、风电具有无间歇性、受自然条件约束少等优点，是可以大规模替代化石能源的清洁能源。目前核能主要用于发电，只有少数反应堆应用于核能供热和海水淡化。随着技术的发展，尤其是第四代核能系统技术逐渐成熟和应用，核能有望超脱出仅仅提供电力的角色。

（来源：微信公众号“中国科学院院刊” ID：CASbulletin 作者：王建强戴志敏徐洪杰）

核能利用国内外现状及优势

核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支柱之一。全球发电总量中，核能发电比例为 10.4%，截至 2019 年 3 月，全球有 449 座商用核动力反应堆在 30 个国家运行，总装机容量达 396 GW，在建核电机组 55 座，在建核电机组装机容量 57 GW。此外，还有大约 240 座研究堆运行在 56 个国家，180 座动力堆为大约 140 艘舰船、潜艇提供着动力。

核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等方面具有很大的优势，同时相较于水电、光电、风电，具有无间歇性、受自然条件约束少等优点，是可以大规模替代化石能源的清洁能源。根据中国核能行业协会统计，截至 2018 年 12 月31日，我国投入商业运行的核电机组 44 台（不含我国台湾地区），总装机容量 44.6 GW，在建的核电机组 11 台，总装机容量 11 GW。

2018 年 1—12 月，我国核电机组累计发电量为 2 865.11 亿千瓦时，占总发电量的 4.22%。核电设备平均利用小时数为 7 499.22 小时，设备平均利用率为 85.61%。与燃煤发电相比，核能发电相当于减少燃烧标准煤 7 646.8 万吨，减少排放二氧化碳 20 034.6 万吨，减少排放二氧化硫 65.0 万吨，减少排放氮氧化物 56.6 万吨。

在确保安全的基础上高效发展核电，是当前我国能源建设的一项重要政策，对保障能源供应与安全、保护环境、实现可持续发展具有十分重要的意义。国家发展改革委、国家能源局在《能源发展“十三五”规划》中明确了“十三五”时期我国能源发展的路径和重点任务，提出努力构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。国家发展改革委、国家能源局《能源技术革命创新行动计划（2016—2030 年）》也明确提出我国将继续深入实施创新驱动发展战略，完善核能领域科技研发体系，支持小型模块化堆、第四代核能系统、核能制氢等领域的科研工作，使核能为建设“美丽中国”贡献更多力量。

核能利用的优势

从能源效率的观点来看，直接使用热能是更为理想的一种方式，发电只是核能利用的一种形式。随着技术的发展，尤其是第四代核能系统技术的逐渐成熟和应用，核能有望超脱出仅仅提供电力的角色，通过非电应用如核能制氢、高温工艺热、核能供暖、海水淡化等各种综合利用形式，在确保全球能源和水安全的可持续性发展方面发挥巨大的作用。

核能制氢与化石能源制氢相比具有许多优势，除了降低碳排放之外，由于第四代核反应堆可以提供更高的输出温度，生产氢气的电能消耗也更少。目前，工业生产中约 20% 的能源消耗用于工艺热应用，高温工艺热在冶金、稠油热采、煤液化等应用市场的开发将很大程度上影响核能发展。用核热取代化石燃料供暖，在保证能源安全、减少碳排放、价格稳定性等方面具有巨大的优势，也是一个重要的选项。

目前，全球饮用水需求日益增长，而核能用于海水淡化已被证明是满足该需求的一个可行选择，这为缺少淡水的地区提供了希望。核能海水淡化还可用于核电厂的有效水管理，提供运行和维护所有阶段的定期供水。

第四代先进核能系统的特点及国际研究现状

未来核能的发展趋势之一是小型模块化反应堆（SMR），其电功率通常为数十兆瓦到百兆瓦，建设周期短、布置灵活、适应性强、选址成本低。此外，SMR 还可以节约资金成本，并降低环境和金融风险。

第四代先进核能系统主要包括高温气冷堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和铅冷快堆，而颠覆传统设计的小型模块化第四代核反应堆，因其具备固有安全性高、核燃料可循环、物理防止核扩散和更优越的经济性等特点，成为核能研发和投资的热点。例如，美国和加拿大近年陆续成立了十几家新型核能公司，包括加拿大地球能源（Terrestrial Energy）、美国泰拉能源（TerraPower）等，并已经开始与电力公司和国立研究机构合作，推进小型模块化第四代核反应堆的示范应用。

第四代核能系统主要特征是经济性高、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。而核能制氢、高温工艺热利用、核能供暖、海水淡化等非电应用则是第四代核能系统的主要应用目标。

作为下一代先进核能系统，针对第四代核能技术的发展，第一届“第四代核能系统国际论坛（Generation IV International Forum，GIF）”于 2002 年提出了第四代核电的 6 种堆型和研究开发路线图。2012 年 11 月在圣地亚哥、2015 年 5 月在日本分别举办了第二、三届研讨会。第四届 GIF 研讨会于 2018 年 10 月16—17 日在法国巴黎举行，议题包括第四代核能系统发展的驱动因素、第四代核能系统演示和部署的创新和研发支持、从研究到项目示范、从示范到市场化 4 个方面。GIF 也与国际原子能机构（IAEA）保持着长期的合作关系。第 11 届 GIF-IAEA 创新型反应堆项目（INPRO）对接会议于 2017 年 2 月在奥地利维也纳举行，议题涵盖了核能经济、安全、物理保护、防止扩散评估方法、通用先进反应堆技术信息交换等方面的合作，预计未来将扩展到其他领域，如先进反应堆的特殊安全要求，先进反应堆的未来市场条件/要求（如与可再生能源的整合）等。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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