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先进技术迭代升级 保障核能安全出力

2023-05-24 10:54来源:中国能源报作者:林水静关键词:三代核电核电核能收藏点赞

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世界核电技术已基本完成向三代的转型升级,进入四代技术研发与部分堆型的工程示范验证阶段。先进小型模块化反应堆、第四代核能系统以及热核聚变堆成为全球先进核能技术研发焦点。

核能安全性不断提升,离不开先进技术的加速迭代和强有力支撑。

中国核能行业协会日前发布的《先进核能技术发展年度报告(2022)》(以下简称《报告》)显示,世界核电技术已基本完成向三代的转型升级,进入四代技术研发与部分堆型的工程示范验证阶段。先进小型模块化反应堆、第四代核能系统以及热核聚变堆成为全球先进核能技术研发焦点。

中国核能行业协会专家委员会主任、中国工程院院士叶奇蓁表示,在全球低碳能源转型大背景下,核能发展对保障能源安全、实现“双碳”目标具有重大意义。中国将坚持在确保安全的前提下积极有序发展核电的方针政策,不断加强核能科技创新,积极参与先进核能国际合作,持续推动核能安全和高质量发展。

■■三代核电持续优化改进

国家能源局、科技部2021年联合印发《“十四五”能源领域科技创新规划》,其中“安全高效核能技术”重点任务明确指出,围绕提升核电技术装备水平及项目经济性,开展三代核电关键技术优化研究,支撑建立标准化型号和型号谱系。

“中国要调整能源结构,批量化发展核电,必须发展先进核电。从短期看,三代先进压水堆仍然是未来几十年的主力机型,不可替代。”国家电投“国和一号”总设计师郑明光表示,先进三代核电在经济上更具竞争力,同时设置完整的严重事故预防与缓解能力,消除大规模放射性释放的可能性,排除了核电风险对环境与公众的放射性危害。

郑明光介绍,“国和一号”是三代核电自主化和国家科技重大专项的标志性成果,其采用世界上最严格的安全和环保标准,经济性优于同等级机组,是代表世界三代核电先进水平的技术型号。

在安全性方面,“国和一号”采用的非能动技术可大大提高机组安全性与经济性。“能动技术是指必须依靠能动设备(有源设备)的运行技术,而非能动技术是指可依靠重力等自然因素完成运行。先进非能动核电在事故工况下72小时无须人为干预,就能够保证反应堆安全,可取消场外应急。”郑明光介绍。

与此同时,下一代反应堆技术独特的安全性等优势在小堆领域具备独特应用价值。我国小堆技术近年发展迅速,高温气冷堆、钍基熔盐等小型堆领域走在世界前列。另外,国内核电企业、科研院所和高校等研发的10种小堆已收录于国际原子能机构小型模块化反应堆技术进展2022版手册中里,其中水冷型小堆7种,非水冷型小堆(高温气冷堆、熔盐堆)3种。

叶奇蓁表示,在供热领域,近期以发展小型压水堆为主,因其安全性较高,可设置在城市近郊,特别是可利用退役的燃煤热电站厂址建设模块化的热电联供小堆,使其经济性得到提高。“建议加快模块化小堆开发部署,实现低碳发电、供热和制氢成本效益。”

■■四代技术具备固有安全性

2001年成立的第四代核能系统国际论坛(GIF)提出“可持续性、经济性、安全与可靠性、废物最小化、防扩散和实体保护”六大领域的技术目标和相关评估指标。我国自2006年正式成为其成员国后,积极参与钠冷快堆、超高温气冷堆、铅冷快堆、超临界水堆、熔盐堆五种堆型的合作研发,其中钠冷快堆、超高温气冷堆已经开展工程示范。

郑明光认为,四代核电是拥有固有安全、高增值比、高热效率、防核扩散、废物最小化的特征性指标要求,需要具备三个以上的特征方能称为四代核电。

据清华大学高温气冷堆总设计师张作义介绍,位于山东荣成的我国第四代高温气冷堆核电项目——石岛湾球床模块式高温气冷堆核电站示范工程具备极致的固有安全(两不靠两不会),即反应性控制不靠紧急停堆系统、衰变热载出不靠应急冷却系统,还要具备放射性包容,即反应堆不会熔化、不会造成放射性大量释放。

“2023年以来,高温气冷堆示范工程已稳定运行超100天。”张作义透露,后续在调整部分控制参数后有望进入商运。

叶奇蓁认为,发展多模块高温气冷堆核电机组,要满足不同市场的需要。“特别是与压水堆核电机组相结合,利用高温气冷堆过热压水堆生产的蒸汽,为石化企业提供400摄氏度-500摄氏度的工业用汽,提高核能供汽的经济性。同时,要继续加大对氦气直接透平布雷顿循环的研究力度,提升高温气冷堆发电效率;推动高温气冷堆堆芯出口温度进一步提高,实现核能制氢。”

■■可靠产业链支撑安全

技术突破靠研发,更离不开安全可靠的产业链支撑。其中,国产化率超过85%是国家科技重大专项大型先进压水堆总体目标。

据了解,通过140多个方案的互动与迭代,国家电投基于设计分析能力、试验研究能力以及材料装备研制供应能力等,最终形成先进型号,并牵引产业实现二代向三代的跨越,形成完整产业链体系。

郑明光表示,建成三代核电装备产业链体系,在关键技术、关键设备、关键材料全面实现自主化、国产化,不存在任何卡脖子问题。同时,国产化产业链有效解决了疫情和国际形势下少量进口设备交付不及时风险,确保工程进展,同时促进国际合作与有序竞争,避免垄断且增加国际核电事业的发展能力与产能规模。

《中国能源报》记者还了解到,核反应堆技术更高经济性、安全性的代际演进伴随着对高性能核燃料和材料的持续追求。

叶奇蓁指出,我国需高度重视燃料和材料在核能技术发展中的驱动作用,进一步加强先进核燃料与材料科技创新、产业转化的长效发展和统筹协调机制建设。“例如,建立自主化先进燃料研制联合协同机制,充分利用各方优势资源,有序开展ATF燃料等先进燃料及材料自主化、国产化工作,集中力量打造具有国际竞争力的燃料品牌。”

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