淺談我國(guó)核電及發(fā)展新形勢(shì)

賀承瑞+葛麗云

摘要：核能是一種高效且清潔的能源，是解決未來(lái)能源危機(jī)的重要手段之一。然而，核能為在造福我們的同時(shí)也給我們帶來(lái)了棘手的問(wèn)題，技術(shù)升級(jí)、核安全和核廢處理等問(wèn)題一直困擾著我們。本文在介紹了當(dāng)下核電發(fā)展的現(xiàn)狀的同時(shí)歸納出核電發(fā)展問(wèn)題的處理技術(shù)，并指出要高度重視核電安全，制定科學(xué)合理的發(fā)展戰(zhàn)略、加強(qiáng)核電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)研究、開(kāi)發(fā)核電站核廢料處理的方向及未來(lái)核廢料處理新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：能源；形勢(shì)；核循環(huán)；核廢處理；發(fā)展戰(zhàn)略

0.緒論

核電作為一種重要的清潔能源，在保障能源供應(yīng)、實(shí)現(xiàn)能源低碳清潔發(fā)展方面具有重要作用，已為世界各國(guó)廣泛使用[1]。與風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源相比，核電具有經(jīng)濟(jì)性好、單位投資減排效益高等優(yōu)點(diǎn)。隨著核電技術(shù)的發(fā)展，核電的安全性與經(jīng)濟(jì)性不斷提高，大規(guī)模發(fā)展核電已成為提高我國(guó)能源供應(yīng)能力、推進(jìn)能源消費(fèi)清潔、低碳發(fā)展的重要舉措之一。近年來(lái)，我國(guó)政府已制定了龐大的核電發(fā)展計(jì)劃，我國(guó)已進(jìn)入核電快速發(fā)展時(shí)期[2]。

另一方面，核電的基本特性決定了它在改變能源結(jié)構(gòu)上有以下重要作用：（1）核電是不排放和清潔能源；（2）核電是高負(fù)荷因子大功率密集性的能源；（3）核電的安全可靠性正繼續(xù)不斷提高；（4）核電對(duì)煤電具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和替代能力；（5）核電的燃料運(yùn)輸量小，發(fā)展核電可以有效調(diào)整能源布局。因此，積極發(fā)展核電是中國(guó)能源發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[1]。

1核電的發(fā)展形勢(shì)及前景

1.1國(guó)際核電格局現(xiàn)狀

核電發(fā)展的初期在上世紀(jì)五六十年代有過(guò)一次快速發(fā)展，但是由于兩次石油危機(jī)及后來(lái)核電站不斷發(fā)生的安全事故，世界核電的發(fā)展又隨即遭遇了低潮。2000年以來(lái)，隨著能源價(jià)格的再次快速上漲、核電安全性和經(jīng)濟(jì)性的提高以及應(yīng)對(duì)氣候變化、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)等方面的需要，發(fā)展核電再次為各國(guó)政府所重視。原有核電發(fā)展政策逐漸改變，各國(guó)建近年來(lái)紛紛制定了新的核電發(fā)展計(jì)劃。美國(guó)的主導(dǎo)能力下降，相對(duì)地，日本逐漸槍搶占到了國(guó)際核電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，法國(guó)、俄羅斯等國(guó)也不甘落后。在核電復(fù)蘇、需求強(qiáng)勁的刺激下，世界核電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的格局，發(fā)生了很大的變化。

據(jù)2016年6月15日《北極星電力會(huì)展網(wǎng)》報(bào)道，目前全球有445座商用核動(dòng)力反應(yīng)堆在31個(gè)國(guó)家運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)387 GW，另有64座在建。作為持續(xù)、可靠的低碳能源，核電己向全球提供超過(guò)11%的電能[3]。

但是核電發(fā)展的格局由于技術(shù)設(shè)備等方面上的差距等原因依然存在著不平衡性，目前，世界核電技術(shù)已發(fā)展到第3代，即先進(jìn)的壓水堆技術(shù)，而美、法等國(guó)已開(kāi)展第4代核電的研究.作為主要發(fā)展中國(guó)家的中國(guó)、印度等國(guó)，出于經(jīng)濟(jì)發(fā)展及應(yīng)對(duì)溫室氣體減排的需要，對(duì)未來(lái)核電裝機(jī)的發(fā)展將會(huì)更加迫切。

1.2我國(guó)核電發(fā)展形勢(shì)與展望

我國(guó)核電發(fā)展起步較之歐美發(fā)達(dá)國(guó)家顯得落后不足，值得慶幸的是國(guó)家抓住好近幾十年核電發(fā)展的機(jī)遇，開(kāi)始有計(jì)劃地實(shí)施，加快核電的建設(shè)與裝機(jī)工作，與之逐漸配套了管理監(jiān)察體系，并通過(guò)對(duì)外合作，引進(jìn)了新一代先進(jìn)的核電技術(shù)，在不斷地探索、實(shí)踐、引進(jìn)、消化、吸收過(guò)程中，在消化吸收的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，提高了核電的經(jīng)濟(jì)性和安全性，核電工程設(shè)計(jì)工作也逐漸走向成熟，形成自己的發(fā)展模式，核電的前景方興未艾。

（1）從總量上看，隨著我國(guó)城市化、工業(yè)化不斷推進(jìn)，社會(huì)電氣化水平不斷提高，我國(guó)電力需求總量在中長(zhǎng)期內(nèi)仍將會(huì)不斷增加，發(fā)展核電的空間仍長(zhǎng)期存在[4]。中國(guó)政府計(jì)劃到2020年，核電裝機(jī)容量將達(dá)到在運(yùn)58 GW，在建30 GW。從2002年到2015年，中國(guó)己完成了28臺(tái)新核電機(jī)組的建造及運(yùn)營(yíng)。目前，已有33臺(tái)機(jī)組在運(yùn)，22臺(tái)機(jī)組在建，其中包括4臺(tái)AP1000核電機(jī)組（全球首堆）和高溫氣冷堆示范電廠，更多機(jī)組還在計(jì)劃建造中，可能將會(huì)在三年內(nèi)開(kāi)始。除此之外，中國(guó)對(duì)國(guó)產(chǎn)反應(yīng)堆已經(jīng)開(kāi)始了設(shè)計(jì)，中國(guó)核反應(yīng)堆技術(shù)的研究與發(fā)展同樣是首屈一指[3]。所以說(shuō)，未來(lái)我國(guó)核電發(fā)展的市場(chǎng)和空間非常廣闊。

（2）從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上看，也必須大力發(fā)展核電等清潔能源。我國(guó)提出到2020年實(shí)現(xiàn)非化石能源占比15%的目標(biāo)，及2020年比2006年單位GDP二氧化碳排放強(qiáng)度下降40～45%目標(biāo)，發(fā)展核電是必須選項(xiàng)。

（3）核電建設(shè)的總投資額巨大，拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)作用非常明顯，并且巨額的裝備制造業(yè)市場(chǎng)，有助于帶動(dòng)自主化裝備制造業(yè)積極快速發(fā)展[1]。

中核集團(tuán)旗下的中國(guó)核燃料有限公司在“十三五”規(guī)劃中有過(guò)這樣的描述：到2020年，建立軍民深度融合的核燃料產(chǎn)業(yè)體系，在滿足國(guó)內(nèi)核電發(fā)展需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上規(guī)模化經(jīng)營(yíng)，到2020年末，占國(guó)際市場(chǎng)份額10%，到2030年占國(guó)際市場(chǎng)份額20%[5]。

我國(guó)核電經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，取得了顯著成績(jī)。核電設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)水平明顯提高，核電工業(yè)基礎(chǔ)已初步形成。經(jīng)過(guò)起步和小批量?jī)蓚€(gè)階段的建設(shè)，目前形成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣三個(gè)核電基地。不過(guò)從發(fā)展階段看，我國(guó)的核電整體發(fā)展還處于自主技術(shù)成熟化和批量建設(shè)的準(zhǔn)備階段，而法國(guó)、美國(guó)等核電強(qiáng)國(guó)已經(jīng)走過(guò)了批量建設(shè)的階段，由于其技術(shù)先進(jìn)成熟，現(xiàn)已處于技術(shù)輸出階段。我國(guó)在建及將要開(kāi)工建設(shè)的核電機(jī)組中，既有國(guó)產(chǎn)第2代加技術(shù)的核電機(jī)組，也有法國(guó)EPR和美國(guó)AP1000第3代核電技術(shù)機(jī)組。不過(guò)，無(wú)論是EPR和 AP1000，或是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的CAP1400[1]，以目前的科技來(lái)看都不能完全確保其絕對(duì)的安全發(fā)展，未來(lái)我國(guó)核電的大發(fā)展將仍面臨較大的建設(shè)、運(yùn)行管理和安全等方面的風(fēng)險(xiǎn)。

2.核電發(fā)展技術(shù)及問(wèn)題

2.1核燃料循環(huán)

核能系統(tǒng)的核燃料循環(huán)指從鈾礦開(kāi)采到核廢物最終處置的一系列工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。回收燃料在反應(yīng)堆中的循環(huán)，稱核燃料“閉式”循環(huán)；若對(duì)乏燃料不進(jìn)行后處理而直接處置，則稱為“一次通過(guò)”循環(huán)。

目前，國(guó)際上對(duì)于采用核燃料閉合循環(huán)還是“一次通過(guò)”循環(huán)尚無(wú)共識(shí)。盡管按照目前的鈾價(jià)和估計(jì)的鈾資源，“一次通過(guò)”循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性略優(yōu)于閉合循環(huán)，但從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，為了充分利用鈾資源和減少核廢物體積及其毒性，核燃料閉合循環(huán)（或循環(huán)經(jīng)濟(jì)）是必由之路[6][7]。先進(jìn)核燃料閉合循環(huán)體系概念如圖1所示。

圖1 先進(jìn)核燃料閉合循環(huán)體系概念示意圖

2.1.1加快對(duì)快堆的發(fā)展

眾所周知，熱堆核燃料“一次通過(guò)”循環(huán)的鈾資源利用率低于1%；熱堆核燃料閉合循環(huán)可使鈾資源的利用率提高0.2～0.3倍；快堆核燃料閉合循環(huán)可使鈾資源的利用率提50～60倍甚至更多[6]。在未來(lái)的發(fā)展中，快堆核燃料閉合循環(huán)是核能可持續(xù)發(fā)展的根本出路。

在快堆中引起裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，中子平均速度比熱中子堆的中子快上千倍。快堆運(yùn)行發(fā)電時(shí)，一方面消耗易裂變?nèi)剂希硪环矫嬗之a(chǎn)生新的易裂變?nèi)剂希耶a(chǎn)生的易裂變?nèi)剂隙嘤谙牡囊琢炎內(nèi)剂希@就使易裂變?nèi)剂系玫搅嗽鲋常钥於延址Q為“快中子增殖堆”[8]。所以，鑒于地球鈾資源有限性，如果不走快堆增殖燃料之路，地球上已探明的常規(guī)燃料資源將無(wú)法滿足今后世界核能發(fā)展的需要。

2.1.2積極發(fā)展超臨界水堆和超高溫氣冷堆

超臨界水堆在很大程度上可認(rèn)為是現(xiàn)代商用水冷堆和超臨界火力發(fā)電機(jī)組的結(jié)合。與常規(guī)水冷堆相比，超臨界水堆的機(jī)組具有熱效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)化、燃料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

超高溫氣冷堆可以滿足未來(lái)對(duì)核能制氫和高溫工藝熱的需求，具有固有安全性好，發(fā)電效率高，單一堆功率規(guī)模較小，在廠址選擇上及電網(wǎng)要求上有靈活性等特點(diǎn)，超高溫氣冷堆核電站可以作為大型壓水堆核電站的補(bǔ)充[9]。

2.2核廢料處理

2.2.1減少核廢物產(chǎn)生量

利用快中子堆可以將核電廠乏燃料中的高放射性長(zhǎng)壽命錒系元素?zé)簦戳炎兂奢^短壽命的裂變產(chǎn)物。由于錒系元素能吸收能量高于0.1-1.0MeV閾值的快中子而裂變，若將它們以適當(dāng)比例摻入MOX燃料，裝入快堆中燒掉，將會(huì)成為處置這類核素的最佳方案。在理論上可把需要與世隔離數(shù)萬(wàn)年的放射性危害轉(zhuǎn)變?yōu)閮H需隔離幾百或上千年的放射性危害[9]。

此外，超臨界水堆由于其中子能譜較高，所以具有嬗變長(zhǎng)壽命高放射性核廢物（如錒系元素）的潛力[9]。

2.2.2核廢料的處理技術(shù)

由于受到技術(shù)、環(huán)境和輿論的壓力對(duì)于核廢料的處理，各國(guó)有著不同的研究方向。

深海床、冰凍以及廢礦井等處理方法由于其不可避免的不徹底性，常常遭到輿論的攻擊，是當(dāng)今世界飽受爭(zhēng)議的處理方式。相對(duì)比較安全的深度鉆孔方式或者送入太空，后兩種想法比較受到追崇，然而也并不是說(shuō)沒(méi)有缺點(diǎn)，深度鉆孔方式在钚回收環(huán)節(jié)始終處于瓶頸，而送入太空的方式成本則太高，技術(shù)性要求也太高[10]。

當(dāng)然，基于當(dāng)今世界對(duì)于核電發(fā)展的需求，不乏出現(xiàn)許多新的想法。有人提出在核廢料周圍建造一個(gè)類似三維壕溝的水籠，地下水便被賦予一條替代路徑，不會(huì)滲入放射性物質(zhì)，這樣的裝置可以做到防止核泄漏。或者對(duì)核廢料進(jìn)行巖石熔融處置，經(jīng)冷卻后成為巖石固化體，從而達(dá)到永久隔離高放廢物的目的，但目前這還只是一種設(shè)想[10]。

隨著科技的進(jìn)步核電站廢物的處理也在不斷地改進(jìn)中，韓國(guó)開(kāi)發(fā)了一種玻璃固化技術(shù)，它是指將放射性廢物和熔融狀態(tài)的玻璃混合后高溫加熱、縮小體積而制造出穩(wěn)定的玻璃固體的技術(shù)。被玻璃化的放射性物質(zhì)在極度惡劣的環(huán)境中也不會(huì)出現(xiàn)泄漏，因此，該技術(shù)可降低放射性泄漏危險(xiǎn)[11]。

目前，我國(guó)對(duì)核電廠放射性固體廢物實(shí)行分類管理，根據(jù)放射性廢物的特性及其對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，將核電廠的放射性廢物分為高水平放射性廢物、中水平放射性廢物和低水平放射性廢物。低、中水平放射性固體廢物在符合國(guó)家規(guī)定的區(qū)域?qū)嵭薪乇砘虻叵绿幹谩８咚椒派湫怨腆w廢物實(shí)行集中的深地質(zhì)處置[5]。

3.世界核電發(fā)展的主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及對(duì)我國(guó)的啟示

（1）加強(qiáng)配套條件與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

核能技術(shù)的研發(fā)除先進(jìn)的反應(yīng)堆技術(shù)外，還需要相關(guān)的配套條件和設(shè)施，如設(shè)備制造、先進(jìn)燃料組件制造、后處理以及開(kāi)展先進(jìn)反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)研究所需的試驗(yàn)平臺(tái)等。從現(xiàn)在開(kāi)始，應(yīng)逐步建立起滿足核能可持續(xù)發(fā)展需要的相關(guān)基礎(chǔ)核設(shè)施，如發(fā)展快堆和閉式燃料循環(huán)，進(jìn)行快中子堆燃料和材料的開(kāi)發(fā)所需的快中子譜輻照設(shè)施，后處理示范設(shè)備，先進(jìn)燃料元件制造示范設(shè)備，以及快堆燃料元件制造車間等[12]。

除此之外，鑒于世界發(fā)生過(guò)的核電安全事故，在核電站的設(shè)計(jì)上，包括抗洪抗震、預(yù)防應(yīng)急等方面需有嚴(yán)格的要求，在加強(qiáng)核電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化方面上也需要更加嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致[2]。

（2）培養(yǎng)先進(jìn)的理念與管理經(jīng)驗(yàn)

在結(jié)合自身的能源結(jié)構(gòu)及未來(lái)走向后，我國(guó)需選擇出適合自己的特色道路。核能技術(shù)是先進(jìn)、復(fù)雜的技術(shù)，需要國(guó)家的統(tǒng)籌調(diào)度，過(guò)程中既要確保核電發(fā)展的進(jìn)度，又要發(fā)展的質(zhì)量。同時(shí)基于自身國(guó)情，我們需要積極開(kāi)展國(guó)際交流與合作，在一些技術(shù)難度大、國(guó)內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的技術(shù)上考慮引進(jìn)技術(shù)、中外合作的方式[9]。

相對(duì)比目前我國(guó)對(duì)的現(xiàn)狀，我國(guó)在核廢料監(jiān)管過(guò)程中的一些特有角度立法還是一紙空文，如缺少綜合性的原子能法律、核廢料監(jiān)管過(guò)程中法律責(zé)任主體不明、核廢料運(yùn)輸缺乏專門的立法監(jiān)督、群眾參與途徑單一等問(wèn)題[14]。

因此，制定科學(xué)的、適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的核電發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)核電工業(yè)的強(qiáng)大及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

（3）完善法律法規(guī)，明確法律責(zé)任

我國(guó)在在核電監(jiān)管方面的法律制度由法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)組成，形成了比較完整的法律體系，已出臺(tái)了《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》、《放射性污染防治法》和《放射性廢物安全管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)。但現(xiàn)有的這些法律法規(guī)的內(nèi)容主要強(qiáng)調(diào)技術(shù)層面的規(guī)范和監(jiān)督，而缺乏核工程社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理的條款規(guī)定，存在著基本法缺失、內(nèi)容陳舊等問(wèn)題，不能對(duì)我國(guó)的核廢料處理活動(dòng)在資金、人才及制度上進(jìn)行保障。所以，在現(xiàn)有法律體系的基礎(chǔ)上，仍待進(jìn)一步的完善工作[13]。

借鑒國(guó)外先進(jìn)的核管理模式，組織因素重要性亦不可忽視。核廢料處置部門的職責(zé)是否明確、監(jiān)管是否有力等直接關(guān)系著管理的成敗。我們要在相關(guān)的法律規(guī)范下，各政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)各司其職，分工明確。特別是核燃料和廢料管理公司的組建，直接承擔(dān)核廢料的處置職責(zé)，出色地完成了核廢料安全處置的任務(wù)。

此外，完整的法律體系中，還需要政企適度分開(kāi)，必須明確政府是監(jiān)管者，核電企業(yè)是被監(jiān)管者。兩者唯有分開(kāi)，政府才能保持中立的裁判者的立場(chǎng)，否則公眾會(huì)質(zhì)疑政府和企業(yè)的所有計(jì)劃、政策和行動(dòng)[13]。

4.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的黃金時(shí)期，我們需要抓住核電發(fā)展的契機(jī)，加大投入，完備相應(yīng)的體系。對(duì)比國(guó)內(nèi)外核電發(fā)展的異同，總結(jié)借鑒先進(jìn)核電國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。同時(shí)，我們也有許多需要高度重視和深刻思考的問(wèn)題，在未來(lái)我國(guó)核電的大規(guī)模快速發(fā)展中，需要高度重視核電安全，制定科學(xué)合理的核電發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)核電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

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