当谈到核能“三步走”时我们在谈些什么?
栏目:太阳能 发布时间:2024-08-20
爱游戏新能源开发有限公司, 去年11月联合国气候变化大会期间,22个国家发起了《三倍核能宣言》。美国、法国、英国等国家提出了新的核能发展计划。我们国家也明确了中长期核电发展的规划。杜祥琬院士您认为,要支撑未来世界核能的规模化发展,哪些核能发展技术路线更具有优势和发展潜力?  如何开启未来能源新篇章?我想答案是核聚变。太阳的核聚变我们叫太阳能,地球上研究的核聚变我们叫受控核聚变,太阳能生物质能本质上也是核聚变,现在发展核裂

  去年11月联合国气候变化大会期间,22个国家发起了《三倍核能宣言》。美国、法国、英国等国家提出了新的核能发展计划。我们国家也明确了中长期核电发展的规划。杜祥琬院士您认为,要支撑未来世界核能的规模化发展,哪些核能发展技术路线更具有优势和发展潜力?

  如何开启未来能源新篇章?我想答案是核聚变。太阳的核聚变我们叫太阳能,地球上研究的核聚变我们叫受控核聚变,太阳能生物质能本质上也是核聚变,现在发展核裂变技术只是一个过渡阶段,核聚变技术才是未来能源发展的重要方向,所以我的回答是核聚变。

  目前我们在热堆、快堆、聚变堆等领域都取得了一系列成绩。叶奇蓁院士您认为,随着未来快堆日趋成熟、具备批量化发展条件,热堆和快堆的发展是否会出现此消彼长的局面?您如何来看待这个问题。

  至少目前,还看不到此消彼长的这一局面。第一,虽然我们在热堆领域取得很大的成绩,但是从总体装机规模看,全球发电量的平均水平为10%,我国的占比还不到5%,我们还得翻一番。如果与美国、法国和俄罗斯等全球发达国家的平均水平20%相比,我们还得再翻两番。所以在资源能够保障的情况下,我们要进一步发展热堆还有很大的空间。

  第二,热堆虽然在增殖方面有缺陷,但是它消耗一个铀-235产生的半个钚,对下一步发展快堆起着关键作用。快堆的首堆装料是由压水堆来提供,我们现在在运在建的压水堆装机共计约1亿千瓦,将来假如翻一番就能达到近2亿千瓦。所以我们要在持续发展好热堆的同时,将快堆核能发展提上快车道

  那么,叶院士,国家能源局核电司副司长李泽在发言的时候提到了对于能源体系的三个目标,即安全可靠、经济可行、绿色低碳,要形成一个“可能三角”,在这“三角”中,如何来取得平衡?您觉得在热堆或者是在这几种路线之中,最好的一个平衡结构是什么?

  第一,在安全性方面要提高,目前我们已经达到了三代技术标准。那么,放眼未来,推进热堆往更安全的方向发展,就不得不提到耐事故燃料开发。如果燃料本身具有很强的抗事故能力,就可以把放射性物质包容在第一道屏障内,能大大降低严重事故发生的概率,就像我们人一样,只要自己本身的身体强健,用来保护我们安全和健康的保镖或者保健医生就可以少用一些,这是提高核电安全性的一个办法。第二,要提高经济性,采取数字化等一系列措施,实现放射性废物最小化,解决核废料难以处理等问题。因此,在这些条件保障下,就可以使得这三方面得到一定程度的平衡。

  叶国安院士,刚才您在报告当中说到,预计到2065年,热堆的装机规模是要到1.97亿千瓦,快堆的装机规模是要到2.07亿千瓦。那么国ayx爱游戏体育官方网站外快堆发展的过往历程,能够对我们中国发展快堆带来哪些经验和启示?您认为应该如何才能确保一体化快堆研发取得成功?

  结合我对所了解到信息的理解,谈谈我的看法。从快堆技术的发展角度来说,快堆技术发展已有70多年,主要代表国家包括美、俄、法、印、日、中等国。根据已建成的快堆和研究方向,快堆按冷却剂可分为钠冷快堆、铅(铋)冷快堆、气冷快堆、熔盐快堆四类堆型。其中,钠冷快堆全球已建成24座,积累了430多堆年的实践经验。虽然其存在熔点低等问题,但是总体来看综合效益是不错的。

  从目前来说,在讨论快堆技术发展的时候,一定不要脱离时代背景和国家需求。快堆技术发展的第一波浪潮是在上世纪70年代到80年代,这期间由于石油危机使得快堆技术发展,后来随着石油危机结束和西方国家的工业转型,世界各国对热堆技术研究的热情就相对冷了一段时间。直至90年代开始,特别是中国加入了热堆技术研究以后,又恢复了研究进度,其中包括美国、俄罗斯等国。我们国家是一个能源需求大国,在核能方面应该比他们的需求要高得多,这是一个不容忽视的背景。那么如何发展快堆?

  第一,一体化快堆不是我们的原创,但是各国关于快堆的建设经验,值得我们借鉴,我们要避免走人家走过的弯路。经过比较选择,钠冷快堆还是比较合适的。钠冷快堆技术被广泛认为是实现快堆核能商业化发展的主攻方向,受到各主要国家的高度重视。美国坚持钠冷快堆技术路线座钠冷快堆,还将其列为先进反应堆示范部署的首要资助堆型之一,投资40亿美元启动Natrium示范工程建设,计划在2030年建成投运。俄罗斯坚持以钠冷快堆为主,建成了五座钠冷快堆,正在建设新一代多用途钠冷快中子研究堆MBIR和商用钠冷快堆BN1200。

  第二,一体化快堆核能系统被视为发展先进闭式燃料循环的现实选择,将引领全球新一代先进核能技术发展。继上世纪80年代率先启动一体化快堆核能系统研发以来,美国实施推进新一代一体化快堆核能系统研发项目PRISM,并实施系列研发计划推动钠冷快堆工程示范、新一代金属燃料和干法后处理技术研发取得了重要进展。在“突破”计划的引领资助下,俄罗斯正在建造一体化快堆核能系统BREST-OD-300,计划于2027年建成投运。俄罗斯有压水堆后处理厂,产生的钚非常多,但是其快堆后处理并没有跟快堆研究完整地配套起来。氮化物元件和氧化物元件俄罗斯都在研制,干法和湿法工艺也都在研制,后处理也是不同的路线,所以俄罗斯关于快堆的研究不基于循环发展。法国跟俄罗斯是同样的情况。法国的压水堆元件制造产生的钚很充足,其虽然在发展快堆,但是干法后处理能力比较弱,所以没有真正地把快堆产业链循环起来。我国到目前为止压水堆的循环和快堆的循环,实际上都没有做到闭合。快堆的发展对我们国家来说,第一步是要解决经济性的问题,但是这个经济性不能够单看一个堆,而是要放在整个燃料循环系统来看。所以在评估经济性上,我们要避免走单打一的模式,因为显然快堆是一个系统,干法后处理、金属元件制造等都要匹配发展,不能割裂开来,这是我们要思考的一个重要问题。

  为确保我国一体化快堆研发取得成功,我认为我们应积极践行关键技术攻关新型制,策划实施一体化快堆国家科技重大专项。充分依托一体化快堆创新联合体、快堆产业联盟等重要平台,协同发挥国内产学研最优势力量,加速推动科技攻关和技术能力提升,打造支撑中长期我国裂变核能大规模发展、接续华龙系列大型先进压水堆发展的新一代核能主打产品,为保障国家战略资源安全、维护国家生态安全、支撑国家能源安全、构建先进闭式燃料循环体系、抢占核科技战略制高点贡献重要力量。

  如今“华龙一号”可以说是享誉海内外,有一种观点认为,三代压水堆的发展已经达到了天花板,很难再有革新性的重大技术突破。作为“华龙一号”的总设计师,邢继总您如何来看待这个问题?您认为,三代压水堆未来是否还有进一步创新和优化的空间?

  作为热堆中的压水堆核电站,在近70年的发展中已经在全球范围内得到了广泛应用,成为了核电发展的主力机型。所谓的主力机型实际上就是商业化大规模部署的机型,需要一个完整的工业体系做支撑,其中包括供应链产业链、标准体系、监管体系,以及成熟运行经验的迭代和反馈。第三代核电技术已具备非常高的安全性、经济性和市场竞争力,能够在设计上消除大规模放射性释放的可能,避免发生类似于福岛的核事故。“华龙一号”是我国具有自主知识产权的三代核电技术 ,其技术指标和安全指标达到了国际三代核电技术的先进水平,甚至某些关键指标还高于用户的需求。

  今天各位院士的报告也谈到了,压水堆核电机组延寿已成为趋势,一些国家的机组已经被授权许可延寿到60年甚至80年。我国相较于核电发达国家起步略晚,采用的技术和装备,以及执行的标准较新。特别是近几年,在积极安全有序发展核电的政策下,“华龙一号”进入批量化规模化的建设阶段,我们的压水堆核电站运行到本世纪末是完全有可能的。那么,在这么长的一个运行阶段里,是否发展压水堆等热堆技术?答案是肯定的。

  第一,新的能源革命蓬勃发展,我国光伏发电、风能发电等可再生能源技术已走到世界前列。在智能化电网技术、储能技术快速发展以后,可再生能源技术未来能够得到更广泛的应用,更高效地提供电力,经济性也能进一步提升。从这个意义来说,核能发电技术必须要在现有基础上进一步精进,才能够满足未来电力市场的要求。

  第二,安全是核工业的生命线,核安全监管要求会越来越严,提升热堆技术是必然的。现在已经进入第四次工业革命,具有代表性的科技创新技术非常多。核能是一项非常复杂的系统工程,有跨专业跨领域深度融合的特征,因此提升核电的安全性与经济性必须与最新的科技创新成果紧密结合。今天各位院士在报告里面谈到了很多方面,首先是材料技术,特别是针对燃料性能提升的材料技术,无疑将极大提高热堆特别是压水堆的固有安全性。如果燃料性能能够达到理想的状态,我们甚至可以在纵深防御的设计原则之下简化系统,提升压水堆核电站的经济性。同时,燃料性能的提升也可以提高燃耗,延长换料周期,提高经济性。

  第三,核工程建设,特别是核电站的建设是装备密集、技术密集、投资密集、劳动密集的,其中劳动密集体现在对高技能人才的依赖。核电高质量建设所需要的高技能人才资源很紧缺。同时,整个核电站的成本将近80%来自于建造阶段,因此在这个阶段,可以通过数字化建造以及标准化和模块化设计,实现规模经济,降低单位成本,提高建设效率,大幅度提升建造质量,以此来保证核电站的长期运行。中核集团成立了数字化建造的创新中心,把设计和建造深度融合,在设计初期就考虑到未来如何开展实施数字化建造,近期的金七门项目便已运用这个思路,我们也会全力将此打造成数字化建造示范工程。

  第四,在智能化技术的应用上,其他行业已经运用得比较成熟了,而核工业领域由于具有小样本、高可靠性要求的特点,尚在起步阶段。核电要达到的智能化目标,绝对不是为电厂节省几个人力这么简单,而是要提升核电站的安全水平,也就是说依托于智能化技术,预测设备系统和电厂存在的潜在安全风险,提前采取措施避免风险的发生,实现对反应堆运行状态的实时监控和预测性维护。我们要以这个为目标来推进智慧电厂的建设工作,将所遵循的纵深防御被动安全模式,转变为主动预见事故,避免事故发生的主动安全模式,使核电站特别是压水堆核电站的安全性得到大幅提升,让核能“三步走”的第一步走得更稳更长远。

  接下来的问题请教一下王海涛副院长,高温气冷堆作为热堆技术路线的一个代表,随着示范工程投入商运,标志着我们国家在这个领域继续领跑世界。您认为,高温气冷堆要成功走向商业化推广还有哪些工作要做?如何确保中国在高温气冷堆领域持续领跑世界?

  这也是我们经常思考的一个问题。大家知道去年年底国家科技重大专项高温气冷堆示范工程正式投入商运,这也是世界上第一座模块式高温气冷堆核电站,我国高温气冷堆技术已经跑在全球最前列,尤其是通过这个真实的反应堆全尺度安全验证试验,证明了反应堆即使遇到突发事件,不靠人为干预和应急冷却,也可以自主刹车停下来。其自然散热冷却的固有安全性,给未来用户吃下一颗“定心丸”。

  目前,我们在产业化方面已经有了很好的基础:高温气冷堆所有工程技术完成放大验证,建成全球首条工业规模的燃料球生产线,特别是在这个过程中形成了产学研深度融合的创新链产业链。清华大学作为高校开展技术研发,与中核集团联合成立了产业化平台中核能源,华能集团作为工程项目建设和运营主体,一大批装备制造龙头企业参与,大家一起攻克了很多难题,高温气冷堆整个产业链已经建立起来。所以基于这个基础,为了保持领跑,我想需要在两个维度上协同发力。

  一是面向当前应用场景。石化产业作为煤炭消耗和二氧化碳排放大户,后续的发展也面临挑战。高温气冷堆具有的高温特点,可以以一种低碳的方式提供其他反应堆型难以达到的高参数蒸汽,来满足石化行业主要的蒸汽需求,可更加贴近用户建设减小蒸汽输送过程中的热损失。我们判断与石化耦合将是目前高温气冷堆应用的重要形式,中核集团和清华大学的深度合作,让我们越来越期待如高温气冷堆与华龙耦合石化园区这样的商业化项目早日落地。

  二是我们在高温气冷堆高温制氢应用模式上也在不断探索。高温气冷堆被国内外行业广泛认为是最适合进行核能制氢的堆型,可以满足集中、大规模、持续稳定的工业用氢需求,其中一个可以预期的场景是基于氢的清洁冶炼。清华大学和中核集团、华能集团、宝武集团等,联合成了高温气冷堆碳中和制氢产业技术联盟,共同推动核能制氢的产业化。

  我想总体上来说,高温气冷堆可以为我国传统高耗能的行业提供绿色低碳的能源解决方案,有望助力核能行业发展出新质生产力,助推我国“双碳”目标的实现。

  前一阶段,国际核能界兴起了一阵核聚变的热潮,对核聚变取得成功比较乐观。我记得我读大学的时候,讲50年以后核聚变可以投入商业运行。刘永理事长,您一直都在研究核聚变,那么您认为,核聚变预计在什么时候能够取得成功?投入商业运行之前要先走工程先导堆还是示范堆,或者是要经过哪些步骤来达到目的?

  这个问题是大家问得最多的,也是最难回答的。今天我在这个地方斗胆给大家说一个答案就是,我认为在2050年前后实现商用是有希望的。为什么这样说?

  近年来,政府和企业、社会资本共同发力加快推进聚变能商业化步伐,抢占聚变能领域的制高点。这些政府和企业、社会资本的资金不断向核聚变领域涌入,一定程度上推进了核聚变能开发进程,使得核聚变能开发应用进入“快车道”。再加上装备制造业、人工智能材料研发等技术的飞速发展,以及热堆、快堆的建设经验,这样的线这个目标还是比较靠谱的。

  中核集团在这一块有非常强的优势,因为我们是国内唯一业务覆盖核科技工业全产业链的企业。聚变堆发展的布局就跟叶国安院士介绍的快堆一体化管理走“小三步大三步”一样,可控核聚变能开发也分为6个阶段,即原理实验、规模实验、燃烧实验、实验堆、示范堆、商用堆,各阶段依次迭代,逐步释放技术风险,目标是预计到2030年具备先导堆的建造条件。总体而言,我们还是欢迎社会各界都参与到聚变行业中来,共同推进核聚变早日在我国实现。

  同时,刚才也说到了,企业、社会资本的资金不断向核聚变领域涌入,客观上对其发展有极大的促进作用。但是,也有些公司出于商业目的没有强调其复杂性和风险性,宣称在未来几年实现核聚变商业发电,违背了核能技术从实验到规模应用三步走——实验堆、示范堆和商用堆的基本规律,需要理性看待。核聚变是万年能源,那么即使再晚20年或者30年实现商运也是弹指一挥间的事情。所以从这个意义上讲,我们现在需要做的是保持理性,保持定力,久久为功,努力达到既定目标,实现聚变堆商用发电,让聚变能源点亮万家灯火。


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