核能“三步走”船到中流

——力爭2035年前實現(xiàn)一體化快堆工程示范

“‘熱堆—快堆—聚變堆’核能‘三步走’戰(zhàn)略，是我國核能事業(yè)發(fā)展的國家戰(zhàn)略，是推進(jìn)核強(qiáng)國建設(shè)的總體路線，需要全行業(yè)和社會各界齊心協(xié)力推動落實。”在日前召開的核能“三步走”院士論壇上，中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司黨組書記、董事長余劍鋒表示。

核能“三步走”戰(zhàn)略于1983年提出，其核心內(nèi)容是解決我國核能可持續(xù)發(fā)展、核燃料長期安全有效供應(yīng)的問題。

近年來，按照核能“三步走”的發(fā)展脈絡(luò)，我國在熱堆、快堆以及可控核聚變領(lǐng)域均取得了不同程度的進(jìn)展，為我國核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動能。“核能‘三步走’戰(zhàn)略提出四十多年來，我國核能事業(yè)從無到有、從小到大、由大向強(qiáng)加快發(fā)展，實現(xiàn)了歷史性跨越。”余劍鋒表示。

快堆與熱堆相比

可極大提高鈾資源利用率

“核能‘三步走’是核能發(fā)展的必然規(guī)律。特別是在核能大規(guī)模發(fā)展的形勢下，更需要堅持核能‘三步走’發(fā)展戰(zhàn)略。其中的關(guān)鍵是可以解決核能可持續(xù)發(fā)展和核燃料長期安全有效供應(yīng)問題。”中國工程院院士葉奇蓁表示。

目前我國熱堆技術(shù)日臻成熟，熱堆在核能發(fā)電中的占比達(dá)到90%以上，是近中期我國核電發(fā)展的主力堆型，將在支撐我國“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)、優(yōu)化能源電力結(jié)構(gòu)、建設(shè)新型能源體系中發(fā)揮重要作用。

不過，葉奇蓁坦言，熱堆反應(yīng)主要原料為鈾-235，但鈾-235在天然鈾中的比重僅為0.7%左右，絕大部分自然界中的鈾資源沒有得到利用。“快堆與熱堆相比，可充分利用天然鈾中占比達(dá)99.3%的鈾-238，極大提高鈾資源利用率。”葉奇蓁解釋稱。

此外，快堆具有嬗變功能，可在堆內(nèi)消耗長半衰期、高放射性核素，實現(xiàn)放射性廢物最小化，解決核廢料處理等難題，是實現(xiàn)核能大規(guī)模可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。

“因此，無論是為了實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高鈾資源的利用率，還是嬗變高放、長壽命核廢物，都需要發(fā)展快堆技術(shù)。”葉奇蓁表示，“及時啟動核能‘三步走’戰(zhàn)略的第二步是擺在我們面前的戰(zhàn)略任務(wù)。為此必須抓緊大型快堆工程的研發(fā)和建設(shè)，以及壓水堆乏燃料后處理大廠的研發(fā)和建設(shè)。”

發(fā)展快堆并不意味著放棄熱堆。核能“三步走”不分先后，需要實現(xiàn)并行發(fā)展、接續(xù)發(fā)展。

葉奇蓁認(rèn)為，總體來看，我國核能發(fā)展處于最為重要的戰(zhàn)略機(jī)遇期，應(yīng)繼續(xù)堅持核能“三步走”戰(zhàn)略，在持續(xù)發(fā)展好熱堆的同時，將快堆發(fā)展提上快車道，助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)，并加強(qiáng)可控核聚變技術(shù)研發(fā)和工程示范，掌握人類終極能源的密碼。

聚變商用電站

有望在2050年前后建成

據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國核能發(fā)展報告2024》數(shù)據(jù)，2023年我國新增商運核電機(jī)組2臺，數(shù)量達(dá)到55臺，額定裝機(jī)容量5703萬千瓦，位列全球第三;全年核電設(shè)備平均利用小時數(shù)為7661小時，核電發(fā)電量4334億千瓦時，位居全球第二。

“熱堆發(fā)展升級換代，成功打造自主三代核電‘華龍一號’國家名片，四代核電高溫氣冷堆投入商運、領(lǐng)跑世界，多用途模塊化小堆‘玲龍一號’即將建成。”在談及目前熱堆技術(shù)取得的進(jìn)展時，余劍鋒表示。

針對未來熱堆的發(fā)展方向，中核集團(tuán)“華龍一號”總設(shè)計師邢繼認(rèn)為，熱堆作為全球最成熟的核能發(fā)電技術(shù)，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。未來，熱堆技術(shù)優(yōu)化提升總體是往更安全、更高效、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的方向發(fā)展。

快堆方面，據(jù)余劍鋒介紹，目前我國快堆發(fā)展走深走實，中國實驗快堆已建成運行，快堆技術(shù)不斷發(fā)展成熟，并已啟動實施了一體化快堆戰(zhàn)略性研發(fā)。

據(jù)了解，一體化快堆是同廠址布置的快堆核能系統(tǒng)的簡稱。即將快堆、燃料再生子項(含乏燃料后處理和新燃料制造)及其他配套子項置于同一廠址，從而構(gòu)成廠內(nèi)核燃料自持循環(huán)、快速循環(huán)的完整核能系統(tǒng)。

“我們要集中力量研發(fā)更加先進(jìn)的一體化快堆，力爭2035年前實現(xiàn)一體化快堆工程示范，具備商業(yè)化應(yīng)用條件。”余劍鋒明確。

在熱堆與快堆技術(shù)快速發(fā)展的同時，我國聚變領(lǐng)域也實現(xiàn)突破。據(jù)了解，目前我國自主設(shè)計研制的可控核聚變裝置中國環(huán)流三號已成功實現(xiàn)大于1.5兆安的等離子體電流運行。

“可控核聚變能開發(fā)可分為原理實驗、規(guī)模實驗、燃燒實驗、實驗堆、示范堆、商用堆6個階段，各階段依次迭代。”中國核學(xué)會核聚變與等離子體物理分會名譽(yù)理事長劉永介紹，根據(jù)我國核聚變發(fā)展路線規(guī)劃，將在2050年前后建成聚變商用電站，實現(xiàn)聚變堆商用發(fā)電，讓聚變能源點亮萬家燈火。

對此，余劍鋒也表示，將積極推動聚變研發(fā)，打造世界一流的中國聚變平臺企業(yè)，推進(jìn)氘氚實驗等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，積極布局聚變未來產(chǎn)業(yè)，早日建成聚變先導(dǎo)實驗堆和商用示范電站。