坐落在北京房山區(qū)燕山山麓附近的中國(guó)原子能科學(xué)院，近來(lái)再次成為科技界與媒體關(guān)注的焦點(diǎn)。不久前，由中國(guó)原子能科學(xué)院承擔(dān)的國(guó)家“863”計(jì)劃重大項(xiàng)目中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程通過(guò)科技部驗(yàn)收，標(biāo)志著我國(guó)核能發(fā)展“壓水堆——快堆——聚變堆”三步發(fā)展戰(zhàn)略中的第二步取得重大突破。

建設(shè)中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆只是我國(guó)快堆發(fā)展的第一步，實(shí)現(xiàn)大型商用快堆的推廣才是最終發(fā)展目的。近日，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司快堆首席專家、中國(guó)工程院院士徐銤接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者專訪時(shí)，介紹了后續(xù)示范堆與商業(yè)堆的建設(shè)計(jì)劃。他表示，快堆的商業(yè)化發(fā)展需要大量的資金投入，希望國(guó)家能加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)目的管理與支持力度。

客觀看待核能

“在探討第四代快堆商業(yè)化問(wèn)題前，我認(rèn)為，首先要客觀認(rèn)識(shí)核能的安全與清潔高效。”徐銤說(shuō)。

自1951年美國(guó)實(shí)驗(yàn)增殖堆1號(hào)首次利用核能發(fā)電以來(lái)，全球核電已走過(guò)61年的發(fā)展歷程。但2011年3月福島核事故爆發(fā)后，全球許多國(guó)家的民眾都對(duì)核能的安全問(wèn)題提出質(zhì)疑，不少人甚至“談核色變”。

核能可否真正成為未來(lái)人類廣泛使用的清潔能源，一時(shí)間爭(zhēng)論不休。

對(duì)此，徐銤指出：“全球核電至今已經(jīng)運(yùn)行14000堆年，從總體上看是安全的。雖然出現(xiàn)過(guò)三次大事故，但并非僅僅是技術(shù)原因?qū)е拢艽蟪潭壬吓c人的因素以及突發(fā)自然災(zāi)害脫不了干系。”

他表示，與風(fēng)能、太陽(yáng)能等其他新能源相比，核電具有占地面積小、碳排放少等優(yōu)勢(shì)，而且蘊(yùn)涵驚人的能量。正是清楚地看到核能的發(fā)展前景，在福島核事故后法美等國(guó)才均未改變其長(zhǎng)期的核政策。

科技部副部長(zhǎng)曹健林在“‘863’計(jì)劃‘快中子實(shí)驗(yàn)堆’課題及‘中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程’重大項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)”上也表示，核能是一種安全可靠、清潔、經(jīng)濟(jì)的能源，在調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保證能源供應(yīng)安全等方面具有不可替代的作用。

而作為第四代反應(yīng)堆技術(shù)的快中子反應(yīng)堆，不僅更安全、高效與環(huán)保，而且也代表著核電未來(lái)的發(fā)展方向。

那么，與全球正在運(yùn)行的400多座核電站的主力堆型——熱堆相比，快堆的優(yōu)勢(shì)何在？

徐銤告訴記者：“熱堆與快堆主要差別在于核燃料的利用。”

他解釋道，熱堆的主要核燃料是鈾235，只有這種燃料才能裂變釋放能量。但天然鈾中鈾235的藏量?jī)H占0.7%，99.2%以上都是鈾238，而鈾238卻無(wú)法裂變。

這意味著，傳統(tǒng)熱堆對(duì)天然鈾的利用率不到百分之一，浪費(fèi)驚人。而快堆主要以钚239為核燃料，钚239裂變時(shí)放出的快中子被放置在反應(yīng)區(qū)中心及周?chē)拟?38吸收后，又變成钚239——這能使堆中核燃料變多，從而實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖。

徐銤指出，通過(guò)核燃料的閉式循環(huán)，快堆能讓目前鈾資源的利用率提高至60%~70%，而且快堆能焚燒和嬗變高放射性長(zhǎng)壽命核素，通過(guò)快堆的發(fā)展能極大地減少核電站乏燃料中的這些核素，減少對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，由于快堆采用熱導(dǎo)率高、傳熱性能好、流體性好的鈉作為冷卻劑，鈉的沸點(diǎn)高，系統(tǒng)壓力低，相比一般核電站反應(yīng)堆其固有安全性顯著提升。

穩(wěn)健發(fā)展

中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)董事長(zhǎng)孫勤曾表示：“核電發(fā)展既要考慮安全穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)也不能因噎廢食。世界能源最終還是要依靠核能，這個(gè)方向是不能動(dòng)搖的。”

目前全球核電已占發(fā)電總量的14%，但中國(guó)核能僅占不到2%，遠(yuǎn)低于世界平均水平。作為全球第四代核能系統(tǒng)技術(shù)中最成熟的鈉冷快堆，無(wú)疑承載著我國(guó)未來(lái)核能大規(guī)模商業(yè)化的重任。

徐銤說(shuō)：“作為快堆的研發(fā)科技工作者，我們有信心推動(dòng)目前的實(shí)驗(yàn)快堆往商業(yè)化方向發(fā)展。”

據(jù)了解，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆熱設(shè)計(jì)功率為65兆瓦、電功率為20兆瓦，是目前世界上為數(shù)不多的大功率、具備發(fā)電功能的實(shí)驗(yàn)快堆。

“這個(gè)功率相當(dāng)于一個(gè)裝機(jī)容量為2萬(wàn)千瓦的電站。盡管與傳統(tǒng)電站相比其功率較小，但‘麻雀雖小五臟俱全’，主要系統(tǒng)設(shè)置和參數(shù)均與商用大型快堆電站相同，便于向快堆的商用過(guò)渡，減少技術(shù)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。”徐銤表示。

徐銤告訴記者，在起步建設(shè)實(shí)驗(yàn)堆時(shí)，最重要的是保證系統(tǒng)的安全性與可靠性，所以選擇建設(shè)小型堆。目前，項(xiàng)目組建議在2017 ~2018年間開(kāi)始建設(shè)60萬(wàn)~100萬(wàn)千瓦量級(jí)的示范堆，預(yù)計(jì)在2023~2024年左右建成。

他表示：“該計(jì)劃已向中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)上報(bào)并初步獲得通過(guò)，將繼續(xù)向國(guó)家決策層匯報(bào)。我估計(jì)建設(shè)第一個(gè)示范堆所花的費(fèi)用會(huì)高一些，建成后會(huì)繼續(xù)著手建設(shè)商業(yè)堆，預(yù)計(jì)在2028年左右建成，功率定為百萬(wàn)千瓦，到2030年后商業(yè)堆將被大規(guī)模推廣應(yīng)用。”

望加大支持力度

在投身快堆研究40余年的徐銤看來(lái)，快堆能否如期實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的最大風(fēng)險(xiǎn)與不確定性并不在技術(shù)本身，而在于國(guó)家的支持力度與資金投入。

他指出：“要將現(xiàn)有小型實(shí)驗(yàn)堆的安全性等特點(diǎn)在更大的堆型上反映出來(lái)，并不是簡(jiǎn)單地將每一樣?xùn)|西擴(kuò)大了就行，其中牽涉復(fù)雜的技術(shù)因素，特別是還要將大設(shè)備和系統(tǒng)做得可靠和經(jīng)濟(jì)。”

此外，在建設(shè)實(shí)驗(yàn)快堆時(shí)最重要的是確保其足夠安全，商業(yè)堆則除保證安全外，還要將穩(wěn)定發(fā)電放在第一位，所以必須確保設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

徐銤說(shuō)：“這點(diǎn)目前在實(shí)驗(yàn)堆上還不能完全得到驗(yàn)證，需要資金支持才能長(zhǎng)期觀察其運(yùn)行狀況。而且，堆型做大后還要考慮經(jīng)濟(jì)性。大型快堆核電站如何才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化、如何才能盡可能降低費(fèi)用，這些研究與探索過(guò)程都離不開(kāi)資金的支持。”

據(jù)悉，作為國(guó)家“863”計(jì)劃最早立項(xiàng)支持的項(xiàng)目，1987年立項(xiàng)的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是迄今為止除重大專項(xiàng)外，國(guó)家科技支撐項(xiàng)目中費(fèi)用支出最大的一項(xiàng)，并得到科技部、國(guó)防科工局、中核集團(tuán)等25年的持續(xù)支持。

曹健林指出：“整個(gè)快堆配套經(jīng)費(fèi)撥款金額已達(dá)25億元。可能25億元放在今天不算很大的項(xiàng)目，但在當(dāng)年來(lái)看它所占的比例是相當(dāng)大的。”

今后示范堆和商業(yè)堆的研發(fā)所需經(jīng)費(fèi)將更加龐大。據(jù)徐銤估計(jì)，可能需要上百億元的資金才能完成預(yù)設(shè)目標(biāo)。

“我們屬于企業(yè)管理的單位，但快堆的研發(fā)并不是企業(yè)行為。企業(yè)首要目的是盈利，而快堆研發(fā)在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)基本無(wú)法在經(jīng)濟(jì)上獲得回報(bào)，僅依靠企業(yè)的投入支持并不現(xiàn)實(shí)。”徐銤說(shuō)。

他認(rèn)為，并不是所有的行業(yè)都適合走市場(chǎng)化的道路，目前快堆項(xiàng)目的管理體制需得到改進(jìn)。“快堆研究事關(guān)我國(guó)能源安全。示范堆等后續(xù)計(jì)劃整個(gè)體系過(guò)于龐大，如果沒(méi)有國(guó)家級(jí)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理，將有超過(guò)200項(xiàng)的細(xì)分項(xiàng)目須逐一申報(bào)審批，不僅費(fèi)時(shí)而且可能拖延進(jìn)度。”

中核集團(tuán)總經(jīng)理錢(qián)智民也在快堆驗(yàn)收會(huì)上表示，中核集團(tuán)將以實(shí)驗(yàn)快堆驗(yàn)收作為起點(diǎn)，加快后續(xù)示范快堆和商用快堆研發(fā)、建設(shè)與推廣。
“假如國(guó)家能從管理制度上進(jìn)行改革并加大資金投入，我對(duì)快堆的商業(yè)化之路還是很有信心的。”徐銤說(shuō)。