中国四代核电亮剑
中国项目可行性研究中心 2018-01-04 浏览:
1月2日，国电投、中核集团高层换将给了核电界一份开年礼。不过，回看核电2017年的成绩单，多少有些遗憾。2017年2月的核电年度审批开工和建设完工目标没有全部完成，三门核电1号、海阳核电1号、台山1号并没有如预期并网发电，年内计划开工的8台机组也几乎全部失约。
不过，两个项目双双赶在年关前完成计划。2017年12月30日晚间，中国核电投资控股的田湾核电站3号机组首次并网成功，为2017年的完工清单添上一笔。
虽然并不在此前业内预计的8台机组范围内，原计划在2017年年底投入建设的中核集团福建霞浦示范快堆工程土建也踩点开工，成为2017年首个开工机组，计划2023年建成投产。如果一切顺利，霞浦示范快堆项目将成为中国首个快堆核电示范工程项目。
从实验到示范
我国核能发展战略“三步走”分为热中子反应堆、快中子增殖堆、受控核聚变堆三个阶段。
霞浦示范快堆项目作为国家批准的重大专项，是中国核能“三步走”发展战略的第二步，对于推进核燃料闭式循环、促进我国核能可持续发展和地方经济建设具有重要意义。
快堆，即“快中子反应堆”，是世界上第四代先进核能系统的首选堆型，代表了第四代核能系统的发展方向，其可使铀资源利用率提高至60%以上，也可使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。
近几年，有关部门和专家针对我国快堆工程技术发展提出了分三步走的战略：第一步，2011年建成中国实验快堆；第二步，2022年建成中国示范快堆；第三步，2025年左右，快堆实现商用推广。从目前的时间节点看，比计划时间稍慢。
1月3日，中国“快堆之父”的中国工程院院士徐?预计，我国有望最快在2028年就能推广示范快堆，比如5到6座。本世纪30年代就能建成高增殖快堆，如120万千瓦级电功率，每隔6.2年，高增殖快堆可能实现快堆的核燃料翻一番，燃料增殖，高增殖就能促成快堆的更快的发展，大量替代排放二氧化碳的燃煤电站。
中国的快堆研究始于1965年，经历了基础研究、应用基础研究，以及设计实验验证阶段。
2011年7月，中核集团自主设计、建造的中国实验快堆成功并网发电，2012年5月通过国家科技部验收。2014年10月，示范快堆工程项目总体规划方案获得国家批准，2015年7月31日，该工程施工启动，项目功率为60万千瓦。
不过，示范堆的建设只能算刚迈出了快堆发展的第二步，需要对所有的工程问题、经济性问题进行验证，才能过渡到商用快堆，最终实现大规模地投入运行。
1月3日，一位中国科学院近代物理研究所专家向媒体指出，快堆的突出特点是增殖能力强，从而提高铀资源利用率。但存在两个问题，第一，废料的嬗变能力相对弱，堆型设计上就是用作增殖，不是处理核废料。第二，快堆的核燃料制备是精细化的过程，需要把杂质去掉，使用的MOX燃料是基于法国的闭式循环，成本太高。
厦门大学能源学院院长李宁也指出，快堆商业化需要解决的问题除了快堆技术本身，快堆的燃料也是比较大的问题。
据了解，因为MOX燃料制备以及进口困难，所以在实验快堆中不得不暂时使用高富集度的二氧化铀为燃料。而为了实现核燃料增殖，还需要在示范快堆中进一步研制MOX燃料。快堆所使用的MOX燃料是二氧化铀和二氧化钚的混合氧化物，李宁指出，该制备工艺，至少在工业化层面上中国还没有掌握，“相关设备还在研制过程中，未具备自主规模化制备燃料的能力，中间有很多关键设备、设计方面还没有完全自主化掌握，所以商业化运用还有相当长的距离。”
不过，因为机组规模相对较大，霞浦快堆示范工程最终也会走向并网供电。“可以参考秦山一期30万千瓦机组的路径，当时也是工程示范性质的机组，但运行过后，因为逐步解决了商用问题，也成为了商业机组。所以霞浦示范机组未来不排除演变为商用机组。”李宁说。
四代核电待发
除霞浦快堆示范工程外，在与霞浦相隔不远的福建三明，也初步规划了快堆机组。福建三明核电厂厂址规模为四台百万千瓦级核电机组，一次规划，分期建设，其中一期工程将以“中外合作、以我为主”模式建设，规划建设1 1200兆瓦级钠冷快中子反应堆核电机组。目前正积极与俄罗斯合作开展BN-1200快堆项目。
笔者致电三明核电厂了解到，目前三明核电站依然在前期准备阶段，通过众多专题进行论证，因为福建电力消纳和公众接受度等问题，尚未审批建设。
“最早的时候，霞浦快堆示范机组选址在三明，但是因为统筹安排，在霞浦做较为集中的核电布局，加上三明处于内陆等原因，才将快堆项目选址在霞浦，并且较快通过了审批，但是三明就滞后一些。”一位三明核电人士表示，虽然时间安排延后，但与霞浦快堆示范机组相比，三明的快堆机组规模更大。随着示范机组的发展，三明的快堆技术也将越成熟。
除了钠冷快堆外，气冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和超高温堆均属于四代核电机组的范畴，我国的四代核电技术路线多点开花，已经有不少四代核电的规划、研究及在建项目。
其中，世界首座高温气冷堆核电站——华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在2017年底也进入了关键工程节点。2017年12月27日，该核电示范工程2#反应堆核心设备部件基本安装完成，工程已全面进入调试阶段，预计在2018年至2019年间实现并网发电。这一工程已实现90％以上的国产化率。
笔者注意到，同样作为示范机组，华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程被提及时直接使用了“商用机组”这样的表述。
“因为该项目从清华实验室阶段到示范工程阶段的扩容不大，技术没有很大的变化，高温气冷堆技术已经可以作为商业示范。”李宁指出，高温气冷堆始于当时的国家863计划，清华大学在科技部支持下设计建造了10兆瓦高温气冷实验堆，开始研究、开发。而且清华大学是从德国获得了全套技术，经过了20多年的研发已经比较成熟。
另外，与快堆相比，中国高温气冷堆燃料元件制造实现了从实验室原型生产线到工业规模生产线的直接转化，其他的设备工艺体系基本国产，已经形成较完整的生产链条。
据了解，利用清华大学中试生产线的技术成果，在中国核工业集团建成了高温气冷堆核燃料元件厂，年产能力为30万个燃料球。截至2017年11月底，生产线已累计生产36万个球形燃料元件。
另外，随着2017年9月25日，中核河北核电有限公司的成立，TWR-300行波堆示范项目落地有了主推的业主公司，为行波堆技术的发展提供试验与验证服务。世界首台行波快堆核电机组或将诞生在中国。
中国项目可行性研究中心相关研究成果《核电项目可行性研究报告》
