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图1 GIF组织对于核能系统的代际划分
为此,吴宜灿等提出第五代核能系统“核5G”概念。“核5G”是基于“从源头确保核安全”的基本理念,具备亲近性、灵活性、智能性等技术特征,可满足未来能源多元共生应用需求的第五代核能系统。
图2 “核5G”的广阔应用领域
“核5G”在多元共生能源结构中将发挥重要作用
传统化石能源为基础的能源系统以电网为中心,间接将能源传输和转化到用户;为更好保障能源安全,提升多元能源需求的供给能力,降低能源传输的损耗,需要构建包含下一代核能在内的多元共生的能源系统构架和分配体系,该体系中核能与其他低碳能源共生,提供直接面向用户的能源。
图3 传统核能单一孤立
图4 “核5G”参与多元直接供给
“核5G”所需发展的关键技术
文章指出多元共生下的先进核能应摆脱基于纵深防御的传统安全观,为此提出“从源头确保核安全”的理念及核安全“四项革新”,即在目标、技术、方法和措施四方面进行革新。“核5G”正是基于“从源头确保核安全”的理念,可满足未来能源多元共生应用需求的第五代核能系统,其具备下述技术特征。
(1)亲近性。物理亲近:对于公众和环境而言,未来反应堆应能贴近用户运行。心理亲近:“核5G”直接服务于用户,公众能否在心理上接受至关重要,因此科普和教育成为核能发展所必需的工作。核安全问题不仅是技术问题,历来也是社会问题。
(2)灵活性。运行灵活:实现堆跟机运行以及输出随着负载的快速变化,可使用更多样的燃料设计、燃料结构材料和燃料组合物运行;支持孤岛模式运行;极大提高燃料利用率,延长一次装料运行时间的同时改善经济性。部署灵活:功率扩展、制造的灵活性,降低现场建造周期和费用,并提升资金灵活性。产品灵活:除去电力供应外,还可提供更多高品质或更多量的工艺热,还可以提供氢气、化工产品、放射性同位素等。
(3)智能性。综合处理多元化、分布式或多节点能源网络的系统关联性,并在各个环节摆脱对人员、技能的依赖,减少人因失误。智能性体现贯穿在核能系统从设计、制造、运维等全周期环节。
“核电宝”是“核5G”概念的初步实践。
近年已出现在此方面的探索和实践,比如具有超安全、超小型、超长效的技术特点、采用特种液态金属(铅/铋/锂等)作为冷却工质的超小型可移动式先进核能系统“核电宝”,已被世界核协会(WNA)收录。期待未来有更多具备上述技术特征的新型反应堆出现。
原文参见:“吴宜灿,李亚洲,金鸣,等.第五代核能系统概念及其特征[J].核科学与工程,2021,41(02):201-210.”
编辑部语
2020年8月,中国科协在第二十二届中国科协年会闭幕式上发布了10个对科学发展具有导向作用的科学问题和10个对技术和产业具有关键作用的工程难题。作为能源领域唯一入选的重大前沿课题——“第五代核能系统会是什么样子?”,引发社会各界广泛讨论和思考。
为此,我刊特邀中国科学院院士、国际核能院院士吴宜灿撰写关于《第五代核能系统概念及其特征》的专题文章。此文已正式刊登于期刊2021年02期,欢迎读者朋友订购《核科学与工程》期刊,跟随院士一起探索核能发展之路。
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