核能的发展前景

核能的发展前景摘要：在能源日益贫乏的当今社会，发展新能源和绿色能源是解决能源危机的关键。其中，核能具有更大的发展潜力和发展优势。中国必须要从自身实际出发，大力发展核电产业，在二代核电的基础上，不断研发，发展三代核电。争取让核电在未来30年至50年成为我国电力供应的重要组成部分。关键字：新能源，核电产业，二代核电，三代核电，环境效应，经济效应，反应堆系统、核聚变，发展趋势能源是国民经济的命脉，在社会可持续发展中起着举足轻重的作用。从20世纪70年代以来，能源就与人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五大问题。世界经济的现代化，得益于化石能源的广泛应用。因为它是建筑在化石能源基础上的一种经济。然而，这一经济的资源载体却将在21世纪上半叶迅速的接近枯竭。例如，石油储量将在40年内宣告枯竭，天然气储量将在未来57~~65年内宣告枯竭，煤炭储量将在未来160年内枯竭。世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。世界能源面临的另一问题是，随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。而我国的能源问题主要反映在以下几个方面：1、人均能源资源相对不足，资源质量较差、探明程度低2、能源生产消费以煤炭为主3、能源工业技术水平低，劳动生产效率低4、能源资源分布不均，交通运力不足，制约了能源工业的发展5、能源供应形势紧张6、能耗水平高，能源利用率低7、农村能源问题日趋突出，影响越来越大8、能源环境问题日趋严重，制约了经济社会的发展所以，大力发展绿色能源和新能源已成为刻不容缓的艰巨任务。纵观改革开放30年来，我国在绿色能源和新能源发展上已经取得了巨大的成就。1、水电装机容量跃居世界前列。2008年水电装机总容量1.7亿kW，是1980年的8.5倍。以三峡、小湾和龙滩水电站建成投标为标志，中国水电工程设计技术、设备制造、电站建设和运营管理水平全面跨入世界先进行列。2、核电产业从无到有，正在进入快速发展阶段。中国正在建设的核电站装机容量达到1892万kW，占全球核电建设总规模的1/3以上。3、风能发展方兴未艾。目前中国风电装机已达1600万kW。风电产业的规模化发展，不仅节约了化石能源，减少了温室气体排放，也为中国能源的可持续发展做出了积极的贡献。4、燃煤电站高效清洁化水平不断提高。目前中国30万kW及以上大型火电机组比重已达59%，60万kW及以上清洁高效机组已成为新建项目的主力机型。循环流化床、高效脱硫、脱硝等技术广泛应用。CO2不活技术的研发和示范工程建设也取得了明显进展。【1】2与此同时，潮汐能、地热能、太阳能等新能源的发展也取得了巨大的进步。但是，就我个人的观点而言，我相信无论在国内还是国际上，未来100年核电将成为世界能源产业的支柱。世界普遍认为，核电是唯一证实的、能以基本负荷方式大量提供电力的技术，既可靠而又没有空气污染，或者说不发射温室气体。水电、风电、太阳能发电也很环保，但不能保证带基荷长期连续运行。中国是个人口大国，同样也是个耗能大国。未来中国需要多少电力？需要多少核电？有人估计，2020年中国电力装机总量或有可能达到15亿千瓦。那么，2030年和2050年是多少？据估计，即使不考虑履行《京都议定书》的减排目标，“8.9亿装机容量对于中国的火电来说已到峰值”。“大力发展水电”，积极扶持新能源，剩下的“发电能力都需要核电来补充”【2】。如果2020年中国核电达到4000万千瓦（0.4亿千瓦），占国家电力装机总量的3％，那么2030年就有可能达到1亿千瓦，而且2050年还可再翻一番，届时使核电占国家电力装机总量的14％以上。以这样的速度发展，到2050年中国核电在电力配置中的份额，与世界核大国相比仍然偏低，不值得“核电人”沾沾自喜。中国核电应当有更远大的奋斗目标。纵观当代的核电产业，已然成为一项完善的能源产业。无论是从原料的市场化还是反应堆的发展，无论是核安全措施的完善还是核产业管理的成功运营，都昭示了大力发展核电的成熟性。现在分析一下我国核电产业发展的趋势因素：1、核电原料丰富。去年6月，中国核工业地质局总工程师张金带在“2008年中国核能行业协会年会暨中国核能可持续发展论坛”表示，我国正在做新一轮铀资源潜力预测，资源量或超200万吨[3]。连闻所未闻的近邻蒙古国也发生了“铀”革命[4]，据估计铀矿有130万吨，预示我国“内蒙古鄂尔多斯盆地、二连盆地砂岩型铀矿”有很大的潜力。2、核电技术的成熟。我国现有的核电站如秦山、大亚湾等的成功运营和我国核电技术的不断发展都说明了我国已经能够有了大力发展核电产业的能力。在现有的成熟的二代反应堆的基础上，不断改进技术、加强研发，积极向三代核电发展。相信在不久的未来，先进的三代核电产业将成为我国核电产业的主力。3、核安全意识的加强和安全规范的完善。国务院和核电总局已经颁布多款和安全准则和法令，核电厂建设时的安全防范越加完善和规范。在核电近50奶奶的发展过程中，与民相关的事故引起的死亡人数总共只有34人，其中切尔诺贝利事故死亡30人，而在中国，中国核电已经成功的安全运营了13年，至今没有发生核电安全事故。并且我国目前准备兴建的第三代核电站AP1000，比以往的二代核电站在安全方面更加具有优势：一是使AP1000的安全线从此更加固若金汤，二是事故发生后，允许核电站操纵员72小时内不干预，把人为失误的风险降到最低。【5】3我国核电发展技术路线已经确定。坚持发展百万千瓦级压水堆核电技术路线，实施中采取技术引进和创新相结合的方针。为使我国核电建设不停步，满足电力发展需求，以现有成熟的二代改进型核电技术为基础，通过设计改进和研发，建设一批百万千瓦级压水堆核电站。这是一条正确的规模化发展核电的道路。即使暂不考虑新引进的AP1000，到2020年建成的7000万千瓦核电装机容量都是二代改进型，也不到可建造装机容量的30％，还有70％的余地建造较先进的第三代核电，仍然是那时世界核电机型比例最优秀的国家。应当意识到，我国人口众多，要在保护环境的同时使经济继续发展，让老百姓过上像样的生活，必须不停步地加速核电建设，此外别无出路。铀资源市场是全球化的市场；核燃料循环产业是充分市场化的国际化产业，我国必须成为世界上核电规模最大的国家。坚持发展新一代核能，不能固守老路。从原理上讲，消耗天然铀资源的热堆核电是不可持续的能源。要在2050年前后“使核能对CO2控制做出显著的贡献，大致需要使世界核电容量上升10倍”[6]。因此，只要聚变堆和太阳能发电时代尚未到来，快堆是必须要建的。过去希望尽快引进快堆核电站，但现在情况有些变化。因为“铀资源不是核电发展的瓶颈”。中核集团报道，我国的铀资源有“数百万吨”。要想想近期这些铀怎么用经济上最合算。此外，还有必要看看目前世界新一代核能系统研究的发展趋势，想想如何开发或“引进”新一代核能系统最有利。其实，近期内快堆核电站还急不上去。即使成套引进，也不像第三代压水堆到那么简单。应当全面总结过去的经验教训，使“路子”走得好些，不留遗憾。“新一代”核能系统必须按照“系统”的观念，瞻前顾后，科学地规划，进行更广泛科学试验，选定最适合中国国情的核能系统。那才能“不错走一步路”！按照第四代核能系统论坛（GIF）的概念，最有希望的新一代核能有六个系统。我国应约参加了GIF，目前开展研究的有三个系统。钠冷快堆系统我国快堆研究开始于1960年代，但发展缓慢。1987年钠冷快堆研究纳入高技术研究发展计划，2000年5月中外合作的中国实验快堆工程（BN-600原型快堆的缩小版）开工建设。据说今年达临界，明年全面建成发电（20MWe）。但“核燃料闭式循环是快堆核能系统的基础，它包括热堆乏燃料后处理、快堆燃料制备和快堆乏燃料后处理等。没有核燃料闭合循环，快堆将只是一座“孤岛”，快堆运行将是无米之炊”【7】。为此必须在加紧实验快堆建设的同时，加大系统的研究开发力度，才能为商用化奠定基础。首先是LWR后处理工艺、设备、控制等的研究开发工作。我国上世纪60年代中期开发成功了军用后处理技术，建成和运用了后处理厂。新的后处理中试厂约在2010年建成投产。4其次是MOX燃料制造技术。我国已初步掌握了MOX燃料芯块的制造技术，目前一套能力为0.5吨/年的MOX燃料元件试验生产设施正在建设。制备燃料芯块所需的钚待后处理中试厂投产之后才能得到。目前完成的MOX燃料芯块研制，还需较大经费和时间投入。快堆燃料循环研究开发的难度极大，我国基本尚未起步。俄罗斯干法后处理已达到半工业规模。拟充分借鉴国外的经验，尽快论证并提出钠冷快堆燃料闭合循环的技术方案和实施“路线图”。钠冷快堆是我国快堆研究起步最早的核能项目，但短时间难于成为真正的“系统”。立即按照“增殖器”设计，从俄罗斯引进-800，必然形成“孤岛”。坚持运行，则必须从俄罗斯高价进口燃料元件，经济上毫无优势；采用浓缩UO2燃料元件运行，必然和热堆争原料（初装载量大，卸出的燃料长期储存），经济上不合算。模块式甚高温氦冷堆（MT-HTR）（在德国专家帮助的基础上,）清华“１０兆瓦高温气冷实验堆”工程1992年立项，1995年6月正式动工。2000年完成全部系统的安装、调试与装料并达到临界运行。这是个“引起国内外核能领域强烈反响”的成功。多家国际核能领域研究机构和能源公司主动提出与核研院合作进行高温气冷堆电站的研究与开发。MT-HTR在第四代核能系统的立足点是以很低的成本提供相对巨大的能量，从而大幅度降低制氢的成本。发展方向是“高温工艺热应用研究”。这也是个综合“系统”研究课题。必须使氦气出口温度达到950℃甚至更高，才能为核工艺热应用开辟广阔的领域。目前美国和世界许多国家看好高温气冷堆良好的发展前景，有发展高温气冷堆的计划，主要目标和方向不是高效发电，而是为消耗世界1/3能源的交通运输业提供替代石油的燃料，以减少对进口石油的依赖。制约MT-HTR发展成为新一代核能优选系统的致命因素是乏燃料后处理。中国确定采用后处理路线，以减少最终处置的负担。MT-HTR只能适度发展，以为交通业提供廉价燃料、为大型化工企业提供高温工艺热能的优势，证明存在的合理性。超临界水堆超临界水堆是GIF六个核能系统中唯一“第三代”技术的外延。国内八家核电科研单位发起、国家科技部批准了“超临界水堆关键科学问题的基础研究”项目。许多核科学专家和科研部门看好超临界水堆，因为目前超临界火电使用的参数已能满足超临界核电系统的要求。问题集中在堆芯和核岛系统，相关的基本技术主要包括材料、热工水力、中子数据库,以及堆芯设计技术研究。但多是以往堆工程忌讳进入或未曾涉及的运行状态，所需的模型和分析工具需要外推或重建。想真正获得突破，并非易事；即使能获得成功，也难于成为“主流”。5总之，GIF六个系统，目前中国核工业积极开发或密切跟踪的就有三个。但没有一个系统完全符合或兼顾了新一代核能系统的全部技术目标――“四性”和“八条”[8]。开发新一代核能系统的主要目标不单纯是发电。现在就确定中国新一代核能系统的方向，还为时过早。中国核电的当务之急是加快建造现代核电站，提高核电在电力配置中的比例。至于下一代核能系统，还是看看世界各国发展的趋势再定为好。在进一步发展的现有核电技术的基础上，我国应该进一步向核聚变技术的应用靠近。总所周知，核聚变的产能效应是核裂变的几倍之多，而且聚变的原料无限多且不会产生放射性的核废料。所以，将核聚变技术应用于核电产业将是未来核电产业的一个主要的发展方向。然而，核聚变不能应用于核电产业的最主要的原因就是核聚变的不可控性。只要突破这个难题，相信将核聚变应用于核电产业并非不可实现，那是真正的无污染清洁且高效能源将会毫无疑问的成为世界能源产业的主基石。现在分析一下核聚变能的优势：1、燃料的选择。聚变反应的原料主要是氘和氚，而氘和氚的来源广泛且数量巨大。2、巨变能的成本。聚变产生的电能提供使用时，它的价格具有强的竞争力。欧美和日本等国家预测过，几克聚变燃料将产生和几十吨煤、石油、天然气一样多的能量。聚变产电的价格主要来自建造电站的基本建设投资以及在其工