由世纪之交核能发展中的三件大事看核能发展的前景

温鸿钧

（中国核工业集团公司，北京，100822）

在世纪之交、20世纪跨入21世纪的几年里，世界核能界发生了三件大事，将对核电的发展产生深远的影响。这三件大事是：1．美国政府发起第四代核电的技术政策研究；2．俄罗斯总统普京在世界新千年峰会上发出推动世界核电发展的倡议；3．美国总统布什颁布美国新的能源政策，把扩大核能作为国家能源政策的主要组成部分。本文将对这三件大事作初步的分析探讨，以对我国核电的发展有所启示。

1核能发展中的三件大事

1.1美国政府发起第四代核电的技术政策研究

1999年6月，美国能源部核能、科学与技术办公室首次提出第四代核电的概念。把上世纪五六十年代建设的原型堆核电站称为第一代核电，七八十年代建设的商用核电站称为第二代核电，90年代按用户要求文件（URD）研究开发的更安全更经济的先进轻水堆称为第三代核电。对第四代核电要求有更高的经济性、加强安全性、减少废物产生量和提高防核扩散能力。

2000年1月，由美国能源部发起组织阿根廷、巴西、加拿大、法国、日本、韩国、南非、英国和美国共9个国家的高级政府代表会议，讨论开发第四代核电的国际合作问题。会后发表了联合声明（见附录1），对发展核电达成了十点共识，并决定成立高级技术专家组，进一步研究细节问题。十点共识的基本思想是：世界特别是发展中国家，为社会发展和改善全球生态环境需要发展核电；第三代核电还需改进；核电需要提高经济性、安全性，减少废物，能防核扩散；核电技术要同核燃料循环统一考虑。

2000年5月，由美国能源部再次发起组织了近百名国内外专家研讨第四代核电的发展目标，目的是研究第四代核电应具备的基本性能和特点，以便进一步研究确定第四代核电的设计概念，为第四代核电堆型的研究开发明确技术方向。研讨会通过并发表了纪要性的会议文件，提出了发展设想进度，即在2020年前有一个或几个示范电站运行，2030年实现推广建设，提出了第四代核电的14条设计目标草案（见附录2）。设计目标草案与先前的用户要求文件（URD）相比，突出了防核扩散的要求。

2002年，第四代核电国际论坛（GIF）对第四代核电堆型的技术方向形成共识，在2030年以前将开发6种"新型发电"反应堆与燃料循环技术。美国能源部长SpencerAbraham宣布了这份由来自GIF成员国的100多位专家，在开发第四代核电"技术路线"方面，经过12个月的工作之后形成的结论。达成共识的技术为气冷快堆（GFR）、铅冷快堆（LFR）、熔盐堆（MSR）、钠冷快堆（SFR）、超临界水堆（SCWR）和极高温堆（VHTR）。

1.2俄罗斯总统普京在世纪之交峰会上发出推动核能发展的倡议

2000年9月6日，俄罗斯总统普京在美国纽约世界新千年峰会上提出了推动核电发展的倡议[1]，实现费米（EnricoFermi）的梦想和解决21世纪核电发展的主要问题。普京倡议的中心思想是：世界大家庭进行广泛的合作，共同开发一种符合自然安全原理的创新的核反应堆和核燃料循环体系，确保人类可持续发展所需的能源，阻止核武器扩散和改善全球的环境。战略目标是实现核先驱者（费米）的意图，把使用热中子堆的有限核电，转变为基于快中子堆及闭合燃料循环工艺的大规模核电工业。这种工业要符合自然安全的概念，能满足任何可信设想的能源需求以及现代对经济性、安全性、防核扩散和环境保护的要求。

国家元首对发展核电发出倡议，在核电发展史上已有过两个。第一个倡议是1953年12月8日，由美国艾森豪威尔总统在"原子与和平"的报告中提出的支持发展核电的政治倡议，打开了国际合作和平利用核能的大门，多次召开和平利用原子能的日内瓦会议，为完成核发电技术的研究开发、示范验证、实现商用起了重大作用。第二个倡议是法国戴高乐总统提出的，使法国在能源上得到独立，为一个大国在能源供应上依靠核能树立了榜样。这次俄罗斯总统普京的倡议是世界上第三个由国家元首发出的倡议，希望能像前两次一样，起到重大的推动作用。

关于费米和费米的梦想：1942年在美国芝加哥大学建成第一个反应堆，首次实现可控核裂变链式反应，就是在美国科学家费米领导下完成的，是在他带领下开辟了核能开发的道路。20世纪40年代，费米提出发展铀钚循环快中子增殖堆，实现裂变物质的增殖，可几乎无限地扩大核燃料资源。在1944年费米就认为核能开发的主要问题是增殖、安全性、经济性、废物和防扩散[2]。这些问题尚未解决，现在正摆在我们面前。

普京总统发出的倡议是基于俄罗斯政府原子能部组织多方专家研究编制的、2000年5月25日俄罗斯联邦政府签署批准的《21世纪上半期俄罗斯核电发展战略》[3]。这个《战略》提出：（1）俄罗斯核电发展的三个目标为：①现有核电厂及核燃料设施持续安全而有效运行；②用安全性能改进的核电厂（相当第三代）逐步替代现在运行的核电厂，在20~30年内满足核电发展的需要；③满足大规模核电工业对经济、安全和燃料平衡要求的核能技术商用化。把使用热中子堆的有限核电推向基于快中子增殖堆和闭合燃料循环的大规模核电工业。（2）基于对俄罗斯和全球能源、电力增长的预测和核电发展的规模，作了天然铀资源对核电发展支持能力的分析，提出核电发展的首要战略是依靠快堆（及闭合燃料循环）快速增长的战略，通过核增殖获得取之不尽的核燃料。（3）新的"自然安全"的安全战略，把核电厂固有安全概念扩展到整个燃料循环的安全，还包括放射性废物和核不扩散。在快堆中使用含长寿命放射性物质的燃料，把用干净燃料转变成脏废料的生产过程发展为用脏燃料转变成干净废料的生产过程。（4）制订了2010年、2030年、2050年的远景规划。

1.3美国制订新的能源政策，要复苏核电的发展

2001年5月17日，美国总统布什颁布了由副总统切尼为首的国家能源政策发展小组提交给布什总统的《美国国家能源政策报告》[4]，布什在政策发布会上指出："高科技经济就是高耗电经济"，"美国需要发展更多的电力"，"美国应发展清洁的、资源无限的核能"，在《美国国家能源政策报告》中提出，"建议总统支持在美国把扩大核能作为国家能源政策的重要组成部分"，并提出了促进核能复苏和发展的一些具体政策。要求核管理委员会（NRC）在审批新的先进反应堆申请许可证的评审时，要将保证安全和环境保护作为最重要的条件。要求NRC对现役核电站重新发放许可证，使之达到或超过安全标准。发展下一代核电技术和先进的核燃料循环，重新审定核燃料处理方法的研究，使得核废料少并具有强的防核扩散能力。不鼓励积累分离钚，要发展清洁、高效、废物量少、较好防核扩散的乏燃料处理处置技术。

美国调整核能政策的主要原因是：美国在过去的25年内经济增长了5倍，而能源产量仅增加了25，能源供需矛盾日益突出。正如美国国家能源政策报告中所说的，目前美国"正面临70年代石油危机以来最严重的能源短缺"。能源问题成为布什政府面临的最重要的问题之一。2000年底，美国加利福尼亚州爆发了严重的能源危机，经常停电，使以硅谷而闻名的州经济损失惨重。

2001年5月召开的核能会议上，美国核工业界提出了2020年的核电发展远景计划，设想到2020年的20年内，美国新增核电装机容量5000万kW。提出这样的目标是基于：正在增长的能源需求、能源供应的短缺、解决环境问题的紧迫性和经济持续增长的需要等四个重要因素的结合。美国核工业规划，还打算通过大幅度提高功率和效率增益使现有核电厂增加生产能力1000万kW。美国能源部还积极推进现役核电站的延寿工作，把寿期由40年延长到60年，把一些现役核电机组延寿到2030年以后。

2001年8月初，美国众议院通过了"保障美国未来能源"的法案，支持在现有核电厂址上建设新的核电机组，增加国家在核能科研机构的研究费用，增加各大学的核科学和核工程方面的教育经费和研究经费。

2002年2月14日在华盛顿全球核能峰会上美国能源部长宣布，2005年开始建造一台先进轻水堆（ALWR）和一台先进气冷堆（AGCR），并且到2010年运行发电。美国能源部认为具有满足2010年核电运行目标潜力的7种堆型为GE公司的ABWR、西屋公司的AP600和AP1000、南非的PBMR、法马通的SWR1000、GE的简化沸水堆ESBWR以及俄罗斯的GT-MHR，大体均属于第三代核电的堆型。

2三件大事说明了什么

从上面所述的三件大事来看，我们可以看到以下几点。

2.1世界的发展需要核能，核能将由停滞转向复苏并走向发展

世界的发展需要核能，这是三件大事的共同前提。2000年1月九国政府代表达成的十点共识：世界特别是发展中国家，为经济、社会的发展和改善全球生态环境需要发展核电。俄罗斯积极推进核电的发展，最主要动力来自对核电的需求，正如俄罗斯原子能部副部长尼克马图林2001年1月底说的："俄罗斯欧洲地区不久将面临电能短缺危机，政府唯一的解决方案是修建新的核反应堆"，"防止潜在的能源危机，俄罗斯计划在2020年前修建40座核反应堆"。发展中国家发展需要能源和电力，发达国家同样需要能源和电力。美国制订新的能源政策的主要动因，也是出现了能源电力供应短缺的现象，特别是加利福尼亚州在世纪之交发生的能源危机，重新唤起了对20世纪70年代排长队购买汽油的回忆，如果不采取措施确保有充足的电力，类似的危机还可能再次发生。改善全球的生态环境需要核电，发达国家为减排温室气体也需要核电。

从这三件大事的发生，可看到世界核电复苏的前景，从已经制定的政策、发展战略、长远规划直到采取的实际行动，正切实地推动核电的发展。特别是俄罗斯制订的发展战略和规划以及对第四代核电堆型取得的共识，给我们描绘了一幅美好的前景。

2.2核能技术改进的性能要求

从这三件大事，可看出世界对核能技术性能的改进提出了一致的要求。从用户要求文件URD到第四代核电的14条设计目标；从美国能源部确定满足2010年核电潜力的7种机型和对第四代核电"技术路线"达成共识的6种新型发电反应堆及核燃料循环，可归结为以下一致的技术性能要求：

（1）追求更好的安全性

发生堆芯熔化事故和大量放射性释放事故的概率分别由1.0E-4和1.0E-5降低为1.0E-5和1.0E-6，从核电机组的固有安全概念扩展为包括整个核燃料循环体系的自然安全概念，把确保核安全始终放在核能发展的重要位置上。

（2）不断改善核电的经济性

提高核电的经济竞争能力，是核能大规模发展的前提。提出第四代核电概念的重要原因之一是对第三代核电的经济性尚不满意，要求发展更加经济的核能技术，更低的造价，更低的发电成本。

（3）要满足环境生态可持续发展的要求

核能的固有特点之一是不排放常规碳基能源所排放的造成环境污染的二氧化硫等废物和温室气体二氧化碳，具有常规能源所没有的优势，但是目前发展的核能技术，要产生长寿命放射性核素并将不断地积累，不满足在环境生态方面可持续发展的要求。俄罗斯核能发展战略中提出要发展快中子增殖堆及其相匹配的闭合燃料循环，在快堆中使用含长寿命放射性核素的燃料，在快堆内运行中转变为短寿命的放射性物质。实现用脏燃料转变成干净废料的生产过程，代替目前采用的用干净燃料转变成脏废料的生产过程。

（4）要满足资源利用可持续发展的要求

发展核能就要有核燃料，目前采用的热中子反应堆发电技术，只能利用天然铀资源蕴藏能量的1左右，而全球天然铀资源有限，只相当于常规石油储量的1/3，是有限的核能。如果按俄罗斯总统普京的倡议，发展快中子增殖堆和相匹配的闭合燃料循环，实现裂变物质的增殖，那么核能就成为美国总统布什所说的"资源无限的核能"，有限的核能就可发展为大规模的核能，在资源上也满足可持续发展的要求。

（5）要满足防核扩散的要求

发展核电，要满足防核扩散的要求，已成为世界各国的共识。要从各个方面加强防核扩散的能力，其中最重要的是严格控制分离钚的生产。目前世界上建造的快中子反应堆，在增殖区内所生成的钚是优质的军用钚，可以做核武器。要防核扩散就要限制快中子堆增殖区乏燃料后处理的铀钚分离。人们要利用核能就要找出一个办法，既能满足防核扩散的要求，又能通过快中子堆增殖核燃料，充分利用核资源。为此，一些工业发达国家正在研究一种新的燃料循环工艺，对快中子增殖堆乏燃料后处理不作铀和钚的分离，再加入一定量的天然铀或贫铀，制造成可放到快中子增殖堆中复用的核燃料。美国提出的一体化快堆的概念，即类似美国阿贡国家实验室（ANL）早期建设的实验增殖堆EBR-2那样，后处理系统和反应堆紧密联合在一起，采用高温冶金法后处理工艺，就有可能解决这个问题。

2.3核能技术发展的战略方向

要满足上述技术性能的要求，决定了核能技术发展战略方向需要转变。

（1）由燃烧型反应堆向增殖型反应堆发展

目前世界上建造的热中子反应堆，都是以消耗天然铀（或天然铀的变形浓缩铀）为代价来发电，类似常规电厂燃烧煤、石油、天然气发电一样，是燃烧式发电。快中子增殖堆则不同，在反应堆内，消耗裂变物质的同时能生产出更多的裂变物质，燃烧型变成为生产型增殖型，使天然铀资源利用率大大提高，在理论上天然铀蕴藏能量能得到全部利用。由燃烧型反应堆向增殖型反应堆发展，也就是由热中子堆向快中子增殖堆过渡。

（2）由一次通过燃料循环向闭合燃料循环发展

由热中子堆向快中子增殖堆发展，与之匹配的核燃料循环体系也需相应的发展，反应堆卸出的乏燃料必须经过后处理和再制造，把在反应堆内生成的新的裂变物质做成新的核燃料，能在反应堆中复用，构成一个闭合的燃料循环体系。基于快中子增殖堆和闭合燃料循环体系的结合，实现裂变物质的增殖。

（3）由基于热中子反应堆的有限规模核能向基于快中子反应堆和闭合燃料循环的大规模核能工业发展

基于热中子反应堆的核能技术，其核能发展的规模受天然铀资源的制约，只能是有限的规模。而基于快中子增殖堆和闭合燃料循环技术的核能，由于能增殖核燃料，大大提高天然铀资源的利用率，为大规模的核能发展创造了条件。

2.4过渡和发展进程

要达到上述发展目标，需有一个相当的过渡时期。上述三件大事一致的设想进度为：在21世纪的头30年内将是实现上述目标的过渡时期。在这期间的核电发展将是：

（1）确保己有核电站的安全稳定运行，并做好提高功率增加效益和延长寿期的工作，使现有核电机组能发挥更大的作用。

（2）建造属于第二代和第三代的核电站，以满足核电增长的需要。对发达国家将主要建造属第三代的核电站；对发展中国家，开始阶段将主要建造属世界上已标准化成熟的第二代核电站，逐步地向建第三代的核电站发展。

（3）在技术上，对第三代核电要继续进行开发和研究，并不断地给予完善。要抓紧第四代核电的开发和示范验证工作，希望在2020年前后有一到几个属第四代核电的机组投入运行，再经过10年左右时间的开发完善，到2030年实现商用推广。

（4）在研究开发第四代核电的同时，要抓紧对与快中子增殖堆相匹配的先进核燃料循环技术的研究开发，特别是满足核不扩散要求的燃料循环技术的开发。

3对我国核电发展的建议

3.1坚持发展核电的方针

从我国长远的社会和经济发展对能源的需求，从保护和改善我国的生态环境，从巩固我国核大国地位等各个方面看，都要求发展核能。这已有很多论述，这里就不再阐述了。正当核电在国际上趋向低潮时，我国核电开始起步，以一定规模发展，并取得了很大的发展和成效，实践证明我国发展核电的方针是正确的。现在国际核电发展将由停滞转向复苏、并走向发展的时候，我们更应坚定地继续发展核电。

3.2制订我国核能发展中长期（2050年前）发展战略、核能技术政策和发展规划

要发展核电就要有国家的政策、发展战略、发展规划，对重大问题要作专门的政策研究。我们这里介绍的国际上的三件大事，是很好的先例。我们要更有效地发展核电，就要结合我国的实际，像俄罗斯那样制定发展战略和规划，像美国那样制定国家政策，对重大问题就要像第四代核电那样广泛组织专家作专门的研究论证。

3.3抓紧第二代核电站的建设，尽快掌握技术，实现国产化

我国当前建设核电站应是属世界上成熟的第二代核电。通过核电建设，尽快掌握技术，实现自主化、国产化、批量化建设。在技术上应是第二代中技术相对先进的，能吸纳一些第三代核电中采用的成熟技术，以便向第三代核电过渡。

3.4抓紧第三代核电技术的自主开发

在近二三十年内，国际上建设的将主要是属第三代的核电。我国应按国家计委"十五"规划要求："自主开发新一代核电机型"。按国际上第三代核电的要求，以自主开发为主，加强国际合作，引进先进技术，在国际上第三代核电发展中争得一定的位置。

3.5坚持并抓好快中子堆技术的研究开发

80年代初，核工业部确定了热中子堆--快中子堆--聚变堆三步棋的核能发展战略，这个战略是符合核能发展的规律，也符合世界核电发展的趋势。对普京总统倡议的由基于热中子堆的有限核电转变为基于快中子增殖堆和闭合循环的大规模核电，第四代核电达成共识的6种新型核电堆型中的3种是快堆，都显示了将由热堆向快堆过渡的态势。我国已开始的快堆技术的发展，方向是正确的，应该坚持。我国的实验快堆已开始建设，为使快堆技术的研究开发更加有效，需在核能发展规划指导下制定快堆的发展规划，充分发挥实验快堆的作用。

3.6抓紧先进核燃料循环技术的研究开发

不管是第四代核电，还是基于快中子堆和闭合循环的大规模核电，核电和燃料循环都是紧密结合、相辅相成的。在发展核电技术的同时，也要发展与之相匹配的燃料循环技术。我国的乏燃料后处理技术己有一定基础，但基础很薄弱，应抓紧从基础性研究开始，进行先进燃料循环技术的研究开发。

参考文献

1.InitiativeofthePresidentoftheRussianFederation.AddressmadebyPresidentoftheRussianFederationV.V.PujinattheUNMillenniumSummitonSeptember6，2000，NewYork.

2.ControlledNuclearChainReaction.TheFirst50Year.AmericanNuclearSociety，LaGrangePark，Illinois，USA（1992）.

3.StrategyofNuclearPowerDevelopmentinRussianintheFirstHalfofthe21stCentury.Summary.MinistryoftheRussianFederationforAtomicEnergy，Moscow（2000）.

4.NationalEnergyPolicy.May2001.ReportoftheNationalEnergyPolicyDevelopmentGroup.

附录一

第四代核电国际研讨会九国联合声明

2000年1月27日~28日华盛顿

第四代核电系统国际研讨会参加者就以下问题达成共识：

1．下一个50年中电力需求将呈现明显的增长。在发展中国家这一趋势尤其显著。

2．目前有20亿人口无电，使得地球上这部分人口的生活质量低下。

3．世界范围内对大气污染和温室气体排放的关心日益增长。

4．目前核电提供了世界电量需求的17而不排放大气污染气体和温室气体。

5．在未来，核电继续保有电力的重要供应者和保持大气清洁的优势。

6．第三代核电技术的经济竞争力虽然必须改进，但它仍然是一些国家未来20年内核电工业切实可行的选择。

7．未来核电技术与未来核燃料循环协调一致地发展。

8．未来核电的发展应当把加强经济性、安全性、能量供给的安全保障、废物管理和不扩散的要求统一考虑进去。这些技术对于工业国家和工业化中的国家必须是同等可得到的，并能向买主国家提供技术转让和经济参与。

9．第四代核电系统应当以能推动公众接受的方式，特别是用提供有经济竞争力的选择方式来论述这些问题。

10．政府能够通过以下途径促进核电技术的改进提高：

①开展长期的研究、开发和验证；

②解决废物处置问题；

③在人力和技术基础设施上投入；

④保持对21世纪进行有效的核管制。

因此

⑤第四代核电系统应该作为未来的一种选择进行研究；

⑥这种研究应该在多边的基础上进行，包括工业国家，也包括工业化中国家，可能的话，也包括政府间的组织；

⑦作为下一步，由出席本次会议者的代表人组成的技术组指定进一步讨论与第四代核电相关的技术事项的任务并提出关于可能的未来多边合作的推荐意见。

本次会议由下列国家的官员参加：阿根廷、巴西、加拿大、法国、日本、韩国、南非、英国、美国。

附录二

第四代核电系统的建议性能目标

研讨会审查了为使第四代核电系统在从现在起20年内成为全球有活力的优秀能源系统应当达到的目标。在目前早期阶段，这些目标应视为所希望的性能指标，而不是固定的、必须满足的系统要求。

1．有竞争力的发电成本

第四代系统的发电成本应当与所在国家或地区的其他形式发电的成本相比有竞争力（以美国为例，计划中的有竞争力的发电成本为3美分/kWh，以2000年美元比价计）。

2．可接受的投资风险

第四代项目的投资风险与国家或地区的市场中其它大型投资，包括要求的投资总量和投资风险相比必须有吸引力（以美国为例，有吸引力的计划投资规模和风险的水平可能是每千瓦1000美元或更少）。

3．有限的立项和建造进行时间

第四代核电厂从签订采购合同到首次售电所花费的时间（项目进行时间）必须少于4年。作为此目标的一部分，从浇灌第一罐混凝土到反应堆启动试验所花的时间（建造进行时间）必须少于3年。

4．低的堆芯损坏可能性

第四代反应堆必须具有非常低的堆芯损坏可能性。

5．证实不会出现严重的堆芯损坏

第四代反应堆必须验证对任何假想始发事件都不会发生严重的堆芯损坏。这种验证必须通过整体的反应堆试验完成。

6．不需要场外应急响应

不存在为保证公众安全而要求场外响应的放射性释放的可信场景。

7．ALARA放射性辐照原则

第四代反应堆的设计必须在全寿期内满足ALARA放射性辐照原则。

8．容忍人为错误

第四代反应堆必须高度容忍人为错误。

9．解决所有的废物流

第四代系统必须完善地解决所有的废物流。

10．公众接受对废物的解决措施

对所有核废物流都必须有政治上的和公众方面的可接受解决措施。对以前的和现存的电厂的废物也必须有补充的解决措施。

11．最少的废物量

第四代系统必须使废物产生量在实践上做得到的范围内减至最少。

12．对可能的核武器扩散分子具有最小的吸引力

第四代系统的开发应当维持现存的状态。在此状态下，民用核燃料循环的误用或滥用对可能的核武器扩散分子而言是没有吸引力的。这一点适用于国产的也适于出口的燃料循环设备。

13．内在的与外部的防止核扩散

第四代系统的设计应该最大可能地依赖内在的防扩散性能。外部屏障应该根据特定的燃料循环作为补充措施。

14．对防扩散的评估

第四代设计必须以确立的指导原则为依据进行防扩散的评估。