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                          【行业观察】发展核循环产业需快马加鞭
                          文章来源:中国核工业杂志 日期:2017年04月05日


                              2016年10月以来,党和国家领导人对加快我国核循环做出重要批示,强调“发展核循环产业是一个值得高度重视的国家安全问题” “要借鉴国际经验,加强统筹规划,科学有序推进该项工作”。2016年年末国务院召开专题会议,再次进行专门研究,为加快发展核循环产业做出部署,进一步明确发展目标和责任。发展核循环产业是在能源领域制定的创新发展、可持续发展的新战略,是核工业人新时期的新使命。

                            发展核循环 实现核能可持续发展

                            核电与水电、化石能源共同构成了当今世界能源供应的三大支柱。核电与化石等传统能源相比,具有更加清洁环保及可再循环利用的优势。据国际原子能机构(IAEA)报告,每生产一千瓦时电力,煤炭发电需要排放357克碳当量,水力发电需要排放64.4克碳当量,核能只需要排放5.7克碳当量。刚刚发布的《世界能源展望2016》数据显示:可再生能源是世界上增长最快的能源,年增长率达2.6%;核能略低,其年增长率为2.3%,预计到2040年将从2012年全球能源占比的4%增加至6%。

                            核电要实现可持续发展,铀资源利用与高放废物安全管理是两个必须面对的问题。我国铀资源储量目前位居世界第十位,预计到2030年我国核电规模将位居世界第一。发展好核循环,一是可以解决铀资源安全保障问题(提高铀资源利用率);二是可以解决核电站卸出乏燃料贮存及高放废物安全管理问题;三是可以把我国从“核大国”变为“核强国”的梦想变为现实;四是可以为实现我国核能发展“三步走”战略(压水堆-快堆-聚变堆)第二步打下基础,真正建立起核电可持续发展的核燃料闭式循环体系。

                            一年以来,国家对于发展核循环产业已经制定出详细的“路线图”,进一步明确了发展路径。

                            2016年3月公布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》指出:“要加快论证和推动大型商用后处理厂建设”。6月1日,国家发改委、国家能源局同时发布了《能源技术革命创新行动计划(2016~2030年)》和《能源技术革命重点创新行动路线图》两个文件。其中的15项重点任务就有“乏燃料后处理与高放废物安全处理处置技术创新”;同时,“推进大型商用水法后处理厂建设”也被写入文件。创新行动计划特别强调,“到2030年基本建成我国首座年处理能力为800吨的大型商用乏燃料后处理厂”。

                            11月24日,《国务院关于印发“十三五”生态环境保护规划的通知》指出:“加快研究堆、核燃料循环设施安全改进。”我国实验快堆已在中国原子能科学研究院建成,并于2010年完成了满功率运行实验。发展快堆,实现快堆及快堆燃料循环,符合我国核能技术发展的方向,是我国未来能源发展的重要增长点,也是我国核能技术水平走向世界前列的历史性机遇。

                            面对有当前有利的新形势,核循环作为核能可持续发展重要一环,必将再次面临积极发展的形势。

                            借鉴国际经验 加快核循环技术发展

                            纵观核电发展历史与核能利用历程,其他核电大国的经验对我国有很好的借鉴和启示意义。正是上世纪六七十年代的石油危机推动了核电的市场化与核循环的大发展。目前,核电规模位于全球前十位的国家中,除美国(主导核不扩散政策)与乌克兰(受与俄罗斯关系影响)外,能源资源匮乏的法国、印度和日本都在后处理与快堆方面投入了大量人力和物力。这三国都将核能长远可持续发展规划作为基本国策,有效地解决了核能发展带来的铀资源利用、乏燃料管理、放射性废物处置等一系列问题。这也证明,积极发展核电,同时大力推进快堆和发展后处理是核电大国的不二选择。

                            目前全世界掌握乏燃料后处理技术的国家有9个:美国、英国、法国、比利时、印度、德国、日本、俄罗斯、中国(都与上世纪70年代的快堆计划相关)。拥有商业后处理的国家只有法国、英国、日本、俄罗斯和印度5个国家。

                            截至2016年12月,全球核电站累计产生乏燃料约40万吨,只有约10万吨进行了后处理,其余大多数都贮存在核电站内,而且乏燃料累积量正在以每年约1.1万吨的速度增加。也可以说,发展与核电规模相匹配的后处理与再循环,是解决核能可持续发展的科学选择。为此,笔者梳理了世界核大国后处理方面的成功经验,事实上也只有借鉴国际经验,才能加快我国核循环技术发展。

                            美国是后处理技术的起源国,先后建设过十余座后处理设施,拥有超过60年的核循环运行经验。由于限制别国掌握后处理技术,在核燃料循环路线上犹豫不决,结果导致国内8万余吨乏燃料无处妥善安放。但是美国对快堆和后处理技术的研发却并未停止,仍具有强大的话语权。2013年1月,美国能源部发布《乏燃料和高放废物管理与处置战略》指出:“为满足未来能源需求,实现防核扩散与乏燃料管理目标,将继续开展先进核燃料循环技术的研究。”

                            法国始终坚持核循环发展,且技术出口至多国,并取得了世界瞩目的成就。法国拥有世界上最大的轻水堆乏燃料后处理能力设施,为多个国家的电力公司提供核电站乏燃料后处理服务。截止到2015年,阿格核循环厂共处理超过3万吨轻水堆乏燃料,近三分之一来自国外。法国核循环回收的铀钚重新制作成MOX燃料用于国内24个压水堆以及欧盟部分核电站中。法国先后建设有狂想曲试验快堆、凤凰原型堆与超凤凰商业快堆。目前,正在计划投资6.52亿欧元设计建造一座先进(第四代)钠冷快堆原型堆(ASTRID),准备在2020年投运,进一步验证快堆商业化的技术可靠性与经济性,从而使法国在未来具备实现新建商业快堆的条件。

                            英国先后建设了3座核循环厂,还建设了两座快堆并用于发电。第一座核循环厂具有军事用途。1964年建成的年处理能力为1500吨的镁诺克斯乏燃料厂(B205)是第二座核循环厂,在把国内全部镁诺克斯乏燃料处理完后,计划于2028年退役。第三座核循环厂是即将于2018年因运营不善而计划关闭的THORP厂。英国虽然因核能政策调整暂停了压水堆乏燃料核循环,但是因拥有安全运行超过50年的B205厂,而一直拥有世界核循环厂运行记录最长的桂冠。

                            俄罗斯在拥有丰富能源资源的同时,也大力发展核能,其保持国家核威慑力量和参与国际核电市场竞争,是建立在完善的核工业体系之上的。其拥有3座后处理设施,RT-1后处理厂已累计处理近6000吨乏燃料,正考虑对其进行升级改造,争取年处理能力400吨,预计2030年退役。一座年处理能力250吨的中间试验厂预计2021年投运。重新开工建设的RT-2厂预计2025年建成一条年处理能力700吨的生产线,2028年建成一条年处理能力800吨的生产线。这些举措是俄罗斯核电国际竞争最有利的保证。因为,俄罗斯在出口核电的同时,也提供核燃料与核循环服务,这就免除了想要发展核电但规模需求较小国家的担心,也使得俄罗斯核电的竞争力大为提高。2016年11月,俄罗斯的第四座快堆BN-800投入商业运行,被誉为“2016年度俄罗斯核电最重要的事件之一”。俄罗斯在快堆方面持续不断的努力,为本国赢得了“世界快堆技术领导者”的称号。

                            日本始终坚持核燃料闭式循环路线,并且在核循环与快堆发展方面不遗余力。在《乏燃料管理安全和放射性废物管理安全联约——日本国家报告(2014年)》指出:“日本将彻底加强和全面推进解决如何管理和处置乏燃料的工作,坚定地推进核循环。”其先后建设有两座核循环厂(东海村与六个所,合计每年840吨核循环能力)与两个快堆(常阳和文殊)。2016年5月,日本国会通过法律下令政府参与核循环;10月,日本政府经济、贸易和工业部成立日本核循环组织,同时开始考虑第三座快堆建设计划。

                            印度是继美国、法国之后建成水法PUREX流程的第三个国家。目前有3个后处理厂正常运行。为了紧跟钚需求的步伐,建立更多工厂被提上日程。2005年,首次完成了采用PUREX流程的快堆乏燃料(燃耗100GWd/t)后处理实验;2007年,开始建设实验快堆乏燃料后处理厂;2012年,开始建设原型快堆乏燃料后处理厂。印度长期坚持独立自主发展乏燃料后处理和快堆,形成了具有自身特色的核燃料循环体系,其在某些方面已经处于世界领先地位。

                            自主掌握技术 走向核强国

                            在推动我国核循环产业加快发展的进程中,应通过“两条腿走路”模式,坚持“立足自主,国际合作”的原则,以实现更快更好的核能技术进步。一方面,应立足自主研发并掌握核心技术,摆脱国际社会对后处理技术的限制与封锁,为自主建设大型商业后处理厂奠定基础。另一方面,要通过引进消化吸收国际先进技术,尽快缩短差距,快速形成核循环能力,适应核电向新台阶迈进的需求,有效应对提高核电的经济性与可持续发展优势的挑战。

                            梳理核电发展历程以及各国核能政策沿革可以看出,核能之所以成为第三次工业革命的象征之一,不是简单地停留在只能发展轻水堆阶段,其目的是走向快堆和聚变堆。这也是为什么世界主要核电大国积极发展闭式核燃料循环(核循环+快堆)的原因所在。

                            对于核电发展面临的铀资源与乏燃料管理两大挑战,我国早在1983年就明确了核能发展“三步走”的战略方向,并提出发展核电就要相应发展后处理的核燃料闭式循环的技术路线。

                            中国工程院重大咨询项目组在《中国能源中长期(2030、2050)发展展战略研究:电力油气核能环境卷》一书中给出的政策建议是:“采取快中子堆增殖循环可以把对铀资源/储量需求限制在一个有限的范围内。发展快中子增殖堆,走增殖循环技术路线,是解决核能资源可持续发展必须而有效的措施,所以必须积极推进快中子堆增殖及其燃料循环体系的发展。”理论上,目前压水堆核电站运行只消耗了天然铀资源的0.6%左右,如果经过核循环理将铀提取回收,重新制成燃料返回压水堆使用,可提高铀资源利用率约30%;如果将铀、钚材料用于快堆发电燃料,实现快堆循环,铀资源利用率则可提高数十倍。

                            2016年年末,《核安全法(草案)》在全国人大法律草案征求意见管理系统公开征求意见。这是《核安全法(草案)》首次公开征求意见,必将加速《核安全法》出台。同时,正在研究的《原子能法》将与《核安全法》共同明确核安全在国家战略中的重要地位,并进一步完善核能领域的国家法律框架。这两部法律将完善核安全监管制度,构建与国际接轨的核安全保障体系,实现对核设施核活动的全方位、全领域和全链条安全监管。

                            当前,世界经济发展和能源需求的现实性矛盾日益突出,核电发展与核能利用已成为国际社会应对气候变化和确保各国能源保障的重要方式。英国已经重启压水堆核电计划;尽管发生过福岛核事故,日本提出到2017年核电发电量达到40%的目标。可以说,核电大国的核能战略方针就是要坚定不移地发展核电。因此,我国积极发展核能,既是符合国家能源政策的战略决策,也是顺应世界核能发展去世的科学决策。中国核电发展已经处于全面赶超世界核强国的“弯道超车”阶段。为此,要下好“先手棋”、打好“主动战”,只有提前做好核能向第二步发展的全局谋划工作,做好核循环与快堆建设衔接,核能在能源保障中的可持续发展地位才能不断得到凸显。(作者为中核瑞能科技有限公司总经理薛维明)

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