核能是清潔低碳安全高效的能源形式，自20世紀(jì)中葉人類和平利用核能以來(lái)，核能在推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。近兩年，氣候問(wèn)題帶來(lái)的能源轉(zhuǎn)型思考疊加能源供應(yīng)危機(jī)，使全球多國(guó)重新審視核能作用，制定了一系列核能發(fā)展戰(zhàn)略，并開(kāi)展了諸多行動(dòng)。本文綜合梳理全球主要核能國(guó)家發(fā)展策略、技術(shù)創(chuàng)新和綜合利用動(dòng)向，以期為我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。
核能是一種清潔、低碳、高效、運(yùn)行穩(wěn)定的能源形式，在保障能源安全、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、助力碳達(dá)峰碳中和及氣候目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著重要作用。近兩年，新冠疫情及地緣政治沖突帶來(lái)的供應(yīng)鏈問(wèn)題引發(fā)全球能源市場(chǎng)動(dòng)蕩，世界各國(guó)紛紛重新思考能源安全戰(zhàn)略，更加關(guān)注能源的多樣性及自主可控的能源供應(yīng)。對(duì)于許多國(guó)家而言，發(fā)展核能是保障能源安全的現(xiàn)實(shí)選擇。與此同時(shí)，為應(yīng)對(duì)氣候變化，多國(guó)政府近年加大了實(shí)現(xiàn)凈零排放的雄心和承諾，世界主要國(guó)家在能源清潔低碳發(fā)展方面的目標(biāo)更趨一致。
盡管風(fēng)能和太陽(yáng)能預(yù)計(jì)將引領(lǐng)全球能源部門(mén)實(shí)現(xiàn)凈零排放，但因其隨機(jī)波動(dòng)性，仍需核能等靈活、可調(diào)度資源作為重要補(bǔ)充。國(guó)際能源署(IEA)研究表明，要實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的氣候變化目標(biāo)，到2050年全球核電容量需要翻一番。2023年4月19日更新的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)動(dòng)力堆信息系統(tǒng)顯示，當(dāng)前全球共有在運(yùn)核反應(yīng)堆420座，總裝機(jī)容量374827MWe，在建核反應(yīng)堆56座，容量58595MWe。表1 各國(guó)核反應(yīng)堆裝機(jī)情況(截至2023年3月)
注：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)未包含我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)
數(shù)據(jù)來(lái)源：世界核協(xié)會(huì)
在地緣沖突引發(fā)能源供給危機(jī)與能源結(jié)構(gòu)加速綠色低碳轉(zhuǎn)型交匯影響下，各國(guó)紛紛調(diào)整政策，核能在全球進(jìn)入新一輪加速發(fā)展期，以先進(jìn)核能技術(shù)、可控核聚變等為代表的新技術(shù)新方向受到前所未有的廣泛關(guān)注。本文綜合梳理全球主要核能國(guó)家近期發(fā)展策略、技術(shù)創(chuàng)新和綜合利用情況，基于此思考我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，供參考。
一、主要核能國(guó)家近期發(fā)展策略
俄羅斯明確了核能作為綠色能源的地位，計(jì)劃建造小型核電廠，建立無(wú)廢物能源技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)拓核技術(shù)市場(chǎng)并研發(fā)新型核燃料;美國(guó)確定了保持現(xiàn)有反應(yīng)堆持續(xù)運(yùn)行、啟動(dòng)先進(jìn)反應(yīng)堆部署、開(kāi)發(fā)先進(jìn)核燃料循環(huán)系統(tǒng)、保持核能領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位等目標(biāo);法國(guó)作出為現(xiàn)有核電機(jī)組延壽、興建第二代歐洲先進(jìn)壓水堆、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型核反應(yīng)堆的部署;日本將重啟核反應(yīng)堆，并以新一代反應(yīng)堆替代決定報(bào)廢的反應(yīng)堆。
01
俄羅斯
作為傳統(tǒng)核能大國(guó)，俄羅斯始終將核能發(fā)展作為保障能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維持國(guó)際地位的重要戰(zhàn)略決策，其核能技術(shù)水平也一直走在世界前列。早在1999年，俄聯(lián)邦政府就發(fā)布了《21世紀(jì)上半葉俄羅斯核能發(fā)展戰(zhàn)略》，提出要在新的技術(shù)平臺(tái)上進(jìn)一步發(fā)展快中子反應(yīng)堆。
2009年，俄聯(lián)邦政府批準(zhǔn)通過(guò)《俄羅斯2030年能源戰(zhàn)略》，提出2030年前實(shí)現(xiàn)如下計(jì)劃：核電站的現(xiàn)代化和升級(jí)改造;開(kāi)發(fā)快中子反應(yīng)堆的實(shí)驗(yàn)堆和商業(yè)核電站;建造具有超臨界蒸汽參數(shù)和中子譜可調(diào)的新一代壓水反應(yīng)堆;閉式燃料循環(huán)，包括開(kāi)發(fā)新技術(shù)、建立新企業(yè);開(kāi)發(fā)廢物處理創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)放射性廢物的輻射當(dāng)量最小化;以國(guó)內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)和富有成效的國(guó)際合作為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)聚變技術(shù)。
2022年烏克蘭危機(jī)升級(jí)以來(lái)，俄羅斯能源發(fā)展面臨著前所未有的困境。為確保國(guó)家技術(shù)主權(quán)，俄聯(lián)邦政府調(diào)整了先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)政策，核能就是政策側(cè)重領(lǐng)域之一。俄羅斯總理米舒斯京2022年2月宣布，俄聯(lián)邦政府將為新核能發(fā)展計(jì)劃撥款約1000億盧布(約13億美元)。該計(jì)劃包括建造小型核電廠、建立基于閉式燃料循環(huán)技術(shù)的無(wú)廢物能源技術(shù)平臺(tái)、開(kāi)拓核技術(shù)市場(chǎng)及研發(fā)新型核燃料。作為計(jì)劃的一部分，俄羅斯已于2021年開(kāi)始建設(shè)快堆及世界首座新一代核燃料生產(chǎn)廠，并完成了陸上小型核電廠投資可行性研究。俄羅斯計(jì)劃于2024年開(kāi)始建造RITM-200小堆，為楚科奇自治區(qū)建造海上小型核動(dòng)力設(shè)施，并建成首座新一代核燃料生產(chǎn)廠。俄羅斯最新的目標(biāo)是到2030年實(shí)現(xiàn)在全球小型核電市場(chǎng)占比達(dá)20%，核燃料市場(chǎng)占比達(dá)24%。
同年10月，俄羅斯總理米舒斯京批準(zhǔn)了俄羅斯國(guó)家綠色項(xiàng)目分類法，該法案規(guī)定了包括核能項(xiàng)目在內(nèi)的不同行業(yè)的合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，并正式承認(rèn)核能是俄羅斯綠色能源的組成部分，明確了核能作為清潔、低碳能源的地位，這也意味著俄羅斯后續(xù)的創(chuàng)新核能項(xiàng)目將以更加優(yōu)惠的條件獲得更多的綠色融資。
02
美國(guó)
美國(guó)是世界上最大的核電生產(chǎn)國(guó)，核電發(fā)電量占全球核電發(fā)電量的30%以上。但目前幾乎所有的美國(guó)核能電力都來(lái)自于1967年至1990年間建造的反應(yīng)堆，這主要是因?yàn)槎嗄陙?lái)天然氣發(fā)電被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上更具吸引力，并且1979年發(fā)生的三哩島事故加劇了公眾對(duì)核能安全的擔(dān)憂。
資料來(lái)源：世界核協(xié)會(huì)
圖1 美國(guó)運(yùn)行和在建反應(yīng)堆分布圖
盡管30多年來(lái)美國(guó)少有新的核電機(jī)組投產(chǎn)，但美國(guó)對(duì)核電的依賴仍在增強(qiáng)。1980年，美國(guó)核電站發(fā)電量為251TWh，占全國(guó)發(fā)電量的11%。2019年，美國(guó)核電發(fā)電量已增至809TWh，占比上升至近20%。美國(guó)核工業(yè)通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有電廠的換料、維護(hù)和安全系統(tǒng)，在電廠利用率方面取得了顯著進(jìn)步。
2021年1月，美國(guó)能源部核能辦公室發(fā)布了《戰(zhàn)略遠(yuǎn)景》報(bào)告，概述了支持美國(guó)現(xiàn)有核電機(jī)組、示范核能技術(shù)創(chuàng)新和探索新市場(chǎng)機(jī)會(huì)的戰(zhàn)略，是推進(jìn)核能科技以滿足美國(guó)能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)需求的任務(wù)藍(lán)圖。報(bào)告確定了五個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)：
一是確保美國(guó)現(xiàn)有反應(yīng)堆持續(xù)運(yùn)行。具體目標(biāo)包括降低運(yùn)營(yíng)成本、拓展電力以外市場(chǎng)以及為現(xiàn)有電廠的持續(xù)運(yùn)行提供依據(jù)。績(jī)效指標(biāo)包括：到2022年建立一個(gè)可擴(kuò)容氫氣發(fā)電試點(diǎn)工廠，到2025年在商業(yè)反應(yīng)堆中開(kāi)始使用事故容錯(cuò)燃料取代現(xiàn)有燃料，到2026年為運(yùn)行中的電廠成功部署數(shù)字反應(yīng)堆安全系統(tǒng)，到2030年實(shí)現(xiàn)事故容錯(cuò)燃料的廣泛使用。
二是啟動(dòng)先進(jìn)反應(yīng)堆的部署。具體目標(biāo)包括減少先進(jìn)核技術(shù)部署的時(shí)間、降低風(fēng)險(xiǎn)、開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展核能市場(chǎng)的反應(yīng)堆型以及支持反應(yīng)堆的多樣性建設(shè)。績(jī)效指標(biāo)包括：到2024年演示并測(cè)試微堆堆芯，到2025年使商業(yè)微堆演示成為可能，到2027年演示核能與可再生混合能源系統(tǒng)，到2028年展示兩種先進(jìn)反應(yīng)堆，到2029年運(yùn)行美國(guó)第一個(gè)商業(yè)小堆，到2035年至少再演示另外兩種先進(jìn)反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)。
三是開(kāi)發(fā)先進(jìn)的核燃料循環(huán)系統(tǒng)。具體目標(biāo)是解決核燃料供應(yīng)短缺問(wèn)題并建立一個(gè)綜合廢料管理系統(tǒng)?？?jī)效指標(biāo)主要是進(jìn)行鈾儲(chǔ)備以及先進(jìn)反應(yīng)堆燃料循環(huán)評(píng)估。
四是保持核能領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位。具體目標(biāo)是為核部門(mén)尋求全球商機(jī)，確保擁有世界一流的研發(fā)團(tuán)隊(duì)與能力。重點(diǎn)績(jī)效指標(biāo)包括：2021年同五個(gè)尋求核能項(xiàng)目的國(guó)家建立正式合作，并制定一套體系協(xié)助各國(guó)發(fā)展核項(xiàng)目;到2022年加強(qiáng)美在核能多邊組織的參與和領(lǐng)導(dǎo)力;到2026年建造多功能試驗(yàn)堆;到2030年同NASA合作演示裂變表面動(dòng)力系統(tǒng)。
五是建立一個(gè)高效的組織。具體內(nèi)容是提高核能辦公室效能并有效管理各類項(xiàng)目與投資。
2022年2月，美國(guó)政府對(duì)2020年10月發(fā)布的《關(guān)鍵和新興技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》進(jìn)行了更新，增加了包括先進(jìn)核能技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，反映了美國(guó)在先進(jìn)核能技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)開(kāi)發(fā)研究和爭(zhēng)奪國(guó)際人才的意圖。在國(guó)家發(fā)展政策方面，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了《核能創(chuàng)新能力法》《先進(jìn)核能技術(shù)發(fā)展法》《能源部創(chuàng)新法》《兩黨核能稅法》。其中，《核能創(chuàng)新能力法》不僅授權(quán)開(kāi)發(fā)用于測(cè)試先進(jìn)反應(yīng)堆燃料和相關(guān)材料所需的快中子多功能反應(yīng)堆，還授權(quán)建立國(guó)家反應(yīng)堆創(chuàng)新中心，以建造實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆并加快美國(guó)核管理委員會(huì)對(duì)先進(jìn)核能設(shè)計(jì)的審批許可?！断冗M(jìn)核能技術(shù)發(fā)展法》則指導(dǎo)美國(guó)能源部與私營(yíng)企業(yè)達(dá)成協(xié)議，在2028年秋季之前，至少開(kāi)展4個(gè)先進(jìn)核反應(yīng)堆示范項(xiàng)目。
同月，美國(guó)能源部宣布了一項(xiàng)耗資60億美元、旨在提升國(guó)內(nèi)在運(yùn)核電機(jī)組盈利性的民用核能信貸計(jì)劃，以支持現(xiàn)有核電廠長(zhǎng)期運(yùn)行。隨后，美國(guó)能源部又啟動(dòng)了一項(xiàng)投資95億美元的清潔氫技術(shù)計(jì)劃，包括利用核電生產(chǎn)清潔氫。這兩項(xiàng)計(jì)劃都是美國(guó)《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法》的一部分。美國(guó)能源部對(duì)外宣稱，核電廠對(duì)于實(shí)現(xiàn)美國(guó)的氣候目標(biāo)至關(guān)重要，能源部致力于保持100%的清潔電力供應(yīng)，防止過(guò)早關(guān)閉核電廠。
美國(guó)2022年通過(guò)了《通脹削減法案》，這是美國(guó)歷史上最重要的氣候法案，其中包含了關(guān)于核工業(yè)發(fā)展的多項(xiàng)優(yōu)惠政策，主要有：為現(xiàn)有核電機(jī)組提供每千瓦時(shí)0.015美元的生產(chǎn)稅抵免，以便使現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組保持經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力;撥款7億美元，幫助建立先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)所需的高豐度低濃鈾的自主供應(yīng)鏈;撥款1.5億美元用于改善愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室核研究相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。
03
法國(guó)
上世紀(jì)70年代，法國(guó)因石油危機(jī)決定發(fā)展自主能源，核電成為首選。幾十年來(lái)，法國(guó)一直是世界上核能發(fā)電比例最高的國(guó)家，其核電占比曾穩(wěn)定在70%以上。然而過(guò)度倚重核電，也讓核能發(fā)展逐漸成為法國(guó)政府的負(fù)擔(dān)，高昂的運(yùn)維及新建成本幾乎要拖垮法國(guó)國(guó)營(yíng)電力公司EDF。近年來(lái)，法國(guó)政府逐漸淡化核電，并積極鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源。
表2 各國(guó)核電發(fā)電量占比情況(單位：%)
注：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)未包含我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)
數(shù)據(jù)來(lái)源：世界核協(xié)會(huì)
但自2021年以來(lái)，歐洲電價(jià)、天然氣、汽油等能源價(jià)格飛漲，給許多家庭造成沉重負(fù)擔(dān)。面對(duì)緊迫的能源危機(jī)，法國(guó)政府開(kāi)始思考，重啟核能或許是應(yīng)對(duì)危機(jī)的最佳方式。2022年2月，法國(guó)宣布將推行新能源戰(zhàn)略，以提高脫碳電能產(chǎn)量為目標(biāo)，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源和核能兩大支柱能源。核能方面，法國(guó)將不再關(guān)停核電站，并大力發(fā)展創(chuàng)新型核反應(yīng)堆，這是對(duì)此前法國(guó)核能政策的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)向。法國(guó)政府提出“重啟民用核能的偉大征程”，為此，作出了如下部署：
一是不再關(guān)閉現(xiàn)有核電站，除非出現(xiàn)安全隱患;提高現(xiàn)有核電站的使用壽命，確保其服務(wù)年限從40年提高到50年。
二是興建第二代歐洲先進(jìn)壓水堆。此前，法國(guó)已經(jīng)開(kāi)始在芬蘭與本國(guó)的弗拉曼維爾建設(shè)歐洲先進(jìn)壓水堆(EPR)，但出現(xiàn)了工程延期、造價(jià)超標(biāo)等問(wèn)題。隨后，法國(guó)吸取此前經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并將新建的核反應(yīng)堆升級(jí)為第二代歐洲先進(jìn)壓水堆(EPR2)。目前，法國(guó)已經(jīng)確定第一批EPR2的建設(shè)計(jì)劃，即建設(shè)6座EPR2，總造價(jià)初步為500億歐元左右，第一座新核反應(yīng)堆將于2028年啟動(dòng)建設(shè)，2035年投入使用。
三是進(jìn)一步落實(shí)2021年10月提出的《法國(guó)2030計(jì)劃》，即走“核能—綠氫—可再生能源”三位一體的碳中和能源發(fā)展路線，投資10億歐元開(kāi)發(fā)顛覆性創(chuàng)新型核反應(yīng)堆。法國(guó)將啟動(dòng)NUWARD項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)小型模塊化核反應(yīng)堆(SMR)，總投資5億歐元;開(kāi)發(fā)其他創(chuàng)新型核反應(yīng)堆項(xiàng)目，總投資5億歐元。這些創(chuàng)新型核反應(yīng)堆將具有更為清潔、安全、可控的特點(diǎn)，如產(chǎn)生的核廢料更少、核燃料循環(huán)能夠中途關(guān)停等。
04
日本
福島核事故后，日本境內(nèi)所有核電機(jī)組均暫停運(yùn)行，只有通過(guò)原子能規(guī)制委安全評(píng)價(jià)和檢查、確認(rèn)符合新安全標(biāo)準(zhǔn)后才能恢復(fù)運(yùn)行，日本同時(shí)放棄了對(duì)新增和擴(kuò)建核電廠的具體討論，并將核電機(jī)組運(yùn)行壽期原則上設(shè)定為40年(若獲得原子能規(guī)制委批準(zhǔn)，可以進(jìn)行一次不超過(guò)20年的延壽)。根據(jù)IAEA數(shù)據(jù)，日本目前有33臺(tái)可運(yùn)行核電機(jī)組，核電占總發(fā)電量約7.2%。
俄烏沖突爆發(fā)后，由于化石燃料價(jià)格飆升，日本能源供應(yīng)面臨極其緊張的局面，重建穩(wěn)定的能源供應(yīng)體系迫在眉睫。2022年3月，日本執(zhí)政黨和部分反對(duì)黨均提出加快核電重啟進(jìn)程，并要求盡快開(kāi)展國(guó)家監(jiān)管機(jī)構(gòu)的安全性評(píng)估。經(jīng)議會(huì)審議后，日本政府委托日經(jīng)新聞開(kāi)展核能重啟民意調(diào)查，約53%的日本民眾支持重啟核電，該調(diào)查標(biāo)志著福島核事故后核能作用首次受到民眾肯定。
8月，在日本綠色轉(zhuǎn)型執(zhí)行委員會(huì)第二次會(huì)議上，日本首相提出，為保障能源供應(yīng)安全，未來(lái)將在加強(qiáng)現(xiàn)有核電機(jī)組利用的同時(shí)，重啟核電建設(shè)。具體將采取三項(xiàng)措施：一是就研發(fā)和建設(shè)新一代反應(yīng)堆展開(kāi)討論并提出具體方案;二是除了確保已重啟的10臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行，還將采取一切可能的措施繼續(xù)推進(jìn)核電重啟，到2023年夏季將核電機(jī)組重啟數(shù)量增至17臺(tái);三是在當(dāng)前最長(zhǎng)60年的基礎(chǔ)上進(jìn)一步延長(zhǎng)核電機(jī)組運(yùn)行壽期。
12月，日本核管理局批準(zhǔn)了一項(xiàng)新法規(guī)草案，將允許核反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間超過(guò)目前的60年期限。此外日本政府還提出，計(jì)劃到2030年重啟27座反應(yīng)堆，將核能在能源結(jié)構(gòu)中的份額提高到22%。
日本內(nèi)閣會(huì)議在2023年2月10日通過(guò)“以實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型為目標(biāo)的基本方針”，明確了要最大限度利用可再生能源與核能，提出致力于研發(fā)和建設(shè)采用新安全機(jī)制的新一代核反應(yīng)堆，但僅限于替代已決定報(bào)廢的原有反應(yīng)堆。
二、全球核能技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)向
各國(guó)對(duì)以超高溫氣冷堆、氣冷快堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和鉛冷快堆為代表的先進(jìn)核能技術(shù)的關(guān)注持續(xù)升溫;高豐度低濃鈾成為多國(guó)開(kāi)發(fā)和部署先進(jìn)反應(yīng)堆所需的關(guān)鍵材料;俄羅斯、美國(guó)在乏燃料后處理方面均有進(jìn)展;多國(guó)聚焦可控核聚變技術(shù)。
(一)先進(jìn)核能技術(shù)
據(jù)美國(guó)能源部描述，先進(jìn)核能一般指第四代核反應(yīng)堆，主要包括超高溫氣冷堆、氣冷快堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和鉛冷快堆。由于先進(jìn)核能具有更佳的安全性能、更高的資源利用效率、更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和更少的廢棄物管理挑戰(zhàn)等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)世界各國(guó)對(duì)先進(jìn)核能的關(guān)注持續(xù)升溫。
表3 第四代核反應(yīng)堆特征
資料來(lái)源：根據(jù)公開(kāi)資料整理美國(guó)阿貢、愛(ài)達(dá)荷、橡樹(shù)嶺3個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室積極通過(guò)自有經(jīng)費(fèi)持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)核能基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，成為美國(guó)先進(jìn)非輕水反應(yīng)堆研究的搖籃。阿貢實(shí)驗(yàn)室一半的先進(jìn)反應(yīng)堆項(xiàng)目致力于鈉冷快堆及其燃料循環(huán)研究，在美國(guó)“核能加速創(chuàng)新門(mén)戶計(jì)劃”(該計(jì)劃由美國(guó)能源部核能辦公室設(shè)立，為核能行業(yè)提供必要的技術(shù)、監(jiān)管和財(cái)政支持，以推動(dòng)創(chuàng)新核技術(shù)走向商業(yè)化)的資金支持下，阿貢實(shí)驗(yàn)室在物理、建模、分析、集群計(jì)算和編程方面與多家企業(yè)共同開(kāi)發(fā)包括熔鹽堆在內(nèi)的先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)分析研究。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在2018年成立了熔鹽凈化實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)將含有氟化鋰和氟化鈹?shù)囊簯B(tài)鹽(稱為“FLiBe”)用于熔鹽反應(yīng)堆冷卻的可行性研究，不僅為多家先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)公司提供FLiBe熔鹽制造和純化技術(shù)、裝備和腐蝕測(cè)試，還在乏燃料處理研究方向設(shè)計(jì)并合成了一種選擇性分子捕獲器，可以將镅從镅銪混合物中分離出來(lái)，有助于減少并更好地管理乏燃料。
2022年，瑞典公司LeadCold與荷蘭核能公司NGR宣布合作開(kāi)展小型模塊化鉛冷快堆設(shè)計(jì)。其中LeadCold承擔(dān)堆型設(shè)計(jì)，安全分析則由兩家公司分別獨(dú)立開(kāi)展。LeadCold打算為反應(yīng)堆建造一個(gè)電熱模型，用來(lái)驗(yàn)證NGR提供的先進(jìn)三維模擬技術(shù)。與此同時(shí)，LeadCold還宣布與瑞典皇家技術(shù)研究所合作研發(fā)四代核電所需要的特種鋼鐵材料，著力開(kāi)發(fā)定制符合鉛冷堆“SEALER”所需的特種鋼鐵材料。
(二)核燃料
隨著核動(dòng)力技術(shù)不斷發(fā)展，越來(lái)越多的核燃料類型相繼出現(xiàn)，而高豐度低濃鈾成為多國(guó)開(kāi)發(fā)和部署先進(jìn)反應(yīng)堆所需的關(guān)鍵材料。BR2是比利時(shí)核研究中心(SCK-CEN)三個(gè)研究型反應(yīng)堆之一，自1963年開(kāi)始運(yùn)行，其生產(chǎn)的用于醫(yī)療和工業(yè)用途(包括用于癌癥治療和醫(yī)學(xué)成像)的放射性同位素約占全球四分之一。世界上大多數(shù)研究型反應(yīng)堆建于上世紀(jì)60至70年代，使用的技術(shù)需要高濃鈾才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但高濃鈾可被用于制造核武器，因此被視為具有擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。BR2將于2026年進(jìn)行下一次定期安全審查，如果決定繼續(xù)運(yùn)行該反應(yīng)堆，BR2將從使用高濃縮鈾轉(zhuǎn)換為使用新的低濃鈾。SCK-CEN正在與美國(guó)合作開(kāi)發(fā)一種全新的低濃鈾燃料類型，旨在提供與高濃縮鈾燃料相同的性能。目前，三個(gè)低濃鈾燃料測(cè)試組件已在BR2成功測(cè)試。美國(guó)能源部已與美國(guó)離心機(jī)運(yùn)營(yíng)公司合作，在俄亥俄州皮克頓生產(chǎn)高豐度低濃鈾。該示范項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在2023年底前生產(chǎn)20kg豐度為19.75%的低濃鈾材料，2024年年產(chǎn)量可達(dá)到900kg。
此外，美國(guó)X-energy能源公司2022年10月在田納西州開(kāi)工建設(shè)美國(guó)首座商業(yè)化高豐度低濃鈾燃料制造廠，該廠將生產(chǎn)三元結(jié)構(gòu)各向同性(TRISO)燃料，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)，最初的產(chǎn)能為每年8噸燃料，計(jì)劃本世紀(jì)30年代將產(chǎn)能提高至每年16噸，將為各種先進(jìn)反應(yīng)堆和模塊化小堆制造核燃料，并向太空核推進(jìn)項(xiàng)目提供特殊核燃料。美國(guó)西屋公司研發(fā)的先進(jìn)摻雜顆粒技術(shù)(ADOPT)燃料已獲得美國(guó)核管理委員會(huì)的批準(zhǔn)，應(yīng)用于壓水反應(yīng)堆。該燃料使用鈾濃度為5%～19.75%的高豐度低濃鈾，高于商業(yè)反應(yīng)堆的傳統(tǒng)閾值，通過(guò)提高鈾密度，改進(jìn)了燃料循環(huán)經(jīng)濟(jì)性和安全裕度。2022年，西屋宣布與美國(guó)南方核電公司達(dá)成協(xié)議，將從2025年開(kāi)始為三臺(tái)機(jī)組交付ADOPT燃料。
(三)乏燃料后處理
乏燃料后處理是核燃料循環(huán)后段中最關(guān)鍵的一環(huán)，是目前對(duì)核反應(yīng)堆中卸出的乏燃料最廣泛的一種處理方式。后處理可以充分利用鈾資源，同時(shí)可使放射性廢物減容并降低毒性。
資料來(lái)源：根據(jù)公開(kāi)資料整理
圖2 不同時(shí)間維度乏燃料放射性來(lái)源
俄羅斯國(guó)家原子能公司將為海外客戶提供一種新的乏燃料循環(huán)模式選擇：VVER反應(yīng)堆或其他壓水堆乏燃料先在反應(yīng)堆附近的水池中冷卻數(shù)年，然后裝入轉(zhuǎn)運(yùn)容器，轉(zhuǎn)移到核電廠內(nèi)一個(gè)地點(diǎn)繼續(xù)貯存;這些容器最終將被裝入大容量運(yùn)輸容器，并運(yùn)往俄羅斯;這些乏燃料將先在馬雅克綜合體進(jìn)行集中貯存，然后進(jìn)行后處理，提取鈾和钚;提取出的鈾和钚可被用于生產(chǎn)傳統(tǒng)輕水堆濃縮鈾燃料、鈾钚混合氧化物燃料、鈾钚再生混合物燃料或致密混合鈾钚氮化物燃料。
美國(guó)庫(kù)里奧解決方案公司2022年2月宣布成功研發(fā)新型乏燃料循環(huán)工藝——NuCycle。NuCycle充分利用了美國(guó)數(shù)十年的相關(guān)研發(fā)成果，是一種結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化且具備防擴(kuò)散能力的后處理工藝，能夠生產(chǎn)多種同位素產(chǎn)品，包括可供現(xiàn)有反應(yīng)堆使用的低濃鈾以及供目前處于研發(fā)階段的先進(jìn)反應(yīng)堆使用的TRUfuel燃料原料。TRUfuel由高豐度低濃鈾和超鈾元素組成。美國(guó)能源部2023年3月宣布，庫(kù)里奧NuCycle乏燃料循環(huán)工藝獲得“核能加速創(chuàng)新門(mén)戶計(jì)劃”的支持。
(四)核聚變
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)定義，核聚變是兩個(gè)輕原子核在超高溫或高壓情況下，結(jié)合成一個(gè)較重的原子核并釋放出巨大能量的過(guò)程。與核裂變相比，核聚變能量巨大，是核裂變的四倍，更是化石能源效率的千萬(wàn)倍，且沒(méi)有長(zhǎng)期核廢料及碳排放。因此，核聚變被視為通往未來(lái)社會(huì)的“終極能源”。
2022年12月，美國(guó)加州勞倫斯•利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)凈能量增益。在實(shí)驗(yàn)中，美國(guó)科學(xué)家向目標(biāo)輸入了2.05MJ的能量，產(chǎn)生了3.15MJ的聚變能量輸出，產(chǎn)生的能量比投入的能量多50%以上。本次試驗(yàn)采用的慣性約束核聚變是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的兩大主流方案之一，該技術(shù)利用激光的沖擊波使得通常包含氘和氚的燃料球達(dá)到極高的溫度和壓力，引發(fā)核聚變反應(yīng)。此次實(shí)驗(yàn)被視為核聚變能源技術(shù)發(fā)展的重大突破，為美國(guó)國(guó)防及清潔能源未來(lái)發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。英國(guó)核聚變初創(chuàng)企業(yè)托克馬克能源公司將在英國(guó)原子能管理局Culham校區(qū)建造一個(gè)緊湊型球形托卡馬克ST80-HTS。該設(shè)施采用與發(fā)電相關(guān)的磁技術(shù)，計(jì)劃2026年完工，并在本世紀(jì)30年代初期向電網(wǎng)輸送電力。
2022年10月，托克馬克能源公司與英國(guó)原子能管理局簽署了一項(xiàng)為期五年的框架協(xié)議，以推動(dòng)球形托卡馬克核聚變的商業(yè)化，該協(xié)議包括技術(shù)開(kāi)發(fā)合作、設(shè)備與人員共享，并側(cè)重于材料開(kāi)發(fā)和測(cè)試、發(fā)電、燃料循環(huán)、診斷和遠(yuǎn)程處理。
三、各國(guó)核能綜合利用實(shí)踐
目前，全球核能主要用于發(fā)電，除此之外，世界多國(guó)在核能海水淡化、核能供熱等方面早已付諸實(shí)踐。近兩年，世界核能大國(guó)在核能清潔制氫、放射性同位素生產(chǎn)、核動(dòng)力船舶推進(jìn)等領(lǐng)域均取得積極進(jìn)展。
(一)核能制氫
核能制氫是通過(guò)將核反應(yīng)堆與先進(jìn)的制氫工藝相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，具有不產(chǎn)生溫室氣體、效率高、規(guī)模大等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)氫氣供應(yīng)的重要解決方案。
2022年7月，包括IAEA、世界核協(xié)會(huì)、美國(guó)愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)亞利桑那公共服務(wù)公司、美國(guó)紐斯凱爾電力公司在內(nèi)的全球50多家國(guó)際組織、研究機(jī)構(gòu)、核電運(yùn)營(yíng)商和先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)開(kāi)發(fā)商等聯(lián)合成立“核能制氫倡議”聯(lián)盟，旨在合作推進(jìn)核能制氫技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，助力全球碳減排進(jìn)程。
在美國(guó)能源部資助下，美國(guó)相關(guān)企業(yè)正在九英里峰、戴維斯-貝瑟、普雷里島和帕洛弗迪等四座核電廠推進(jìn)核能制氫示范設(shè)施建設(shè)。這些設(shè)施均將在2024年底前投運(yùn)，分別采用了四種技術(shù)，包括三種低溫電解技術(shù)和一種高溫電解技術(shù)。其中，美國(guó)聯(lián)合能源公司在九英里峰核電廠建設(shè)的一座1250kW低溫電解制氫設(shè)施(質(zhì)子交換膜電解槽)已于今年3月啟動(dòng)運(yùn)行。該設(shè)施是美國(guó)首座1MWe規(guī)模核電清潔制氫示范堆，每天可生產(chǎn)560kg氫氣。聯(lián)合能源公司還計(jì)劃與NYSERDA公司合作，在這座核能制氫設(shè)施附近建設(shè)一座氫燃料電池設(shè)施，擬于2025年開(kāi)始向電網(wǎng)供電。
此外，俄羅斯、日本、韓國(guó)等國(guó)家均已啟動(dòng)核能制氫工程。俄羅斯國(guó)家原子能公司準(zhǔn)備近期在現(xiàn)有核電廠實(shí)現(xiàn)電解制氫，遠(yuǎn)期利用高溫氣冷堆制氫。目前正在開(kāi)展兩個(gè)項(xiàng)目：一是到2025年在科拉核電廠建成一座能年產(chǎn)150t氫氣的電解制氫中試設(shè)施;二是于2021年啟動(dòng)高溫氣冷堆與蒸汽甲烷重整工藝耦合制氫技術(shù)的研發(fā)及前端工程和設(shè)計(jì)工作，預(yù)計(jì)于2032年建成首座高溫氣冷堆，并于2036年啟動(dòng)制氫。日本三菱重工與日本原子能研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)合作，啟動(dòng)高溫氣冷堆匹配“碘硫循環(huán)+SOEC”制氫的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃2023財(cái)年(截至2024年3月)以后建設(shè)正式的氫工廠，與高溫氣冷堆連接，并于本世紀(jì)30年代前半期達(dá)到實(shí)用化。韓國(guó)斗山集團(tuán)在2022年1月啟動(dòng)了壓水堆高溫蒸汽匹配“SOEC”制氫項(xiàng)目。
(二)放射性同位素
放射性同位素是化學(xué)元素的同位素，具有額外的能量，此能量以輻射的形式釋放出來(lái)。放射性同位素可以自然產(chǎn)生，也可以由研究堆和加速器生產(chǎn)，目前應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。
今年1月，俄羅斯國(guó)家原子能公司在奧布寧斯克開(kāi)工建設(shè)歐洲最大的醫(yī)用同位素工廠，計(jì)劃2025年完成生產(chǎn)線建設(shè)，為癌癥患者提供診斷和治療產(chǎn)品。該工廠將生產(chǎn)基于碘-131、釤-153和鉬-99同位素的產(chǎn)品，以及基于镥-177、錒-225和其他同位素的放射性藥物。該工廠的建設(shè)將鞏固俄羅斯國(guó)家原子能公司在放射性同位素產(chǎn)品市場(chǎng)的地位。
美國(guó)密蘇里大學(xué)近期發(fā)起了一項(xiàng)建設(shè)更大規(guī)模的研究型反應(yīng)堆NextGen?MURR的倡議，該大學(xué)現(xiàn)有的研究堆MURR已運(yùn)行了半個(gè)多世紀(jì)，是美國(guó)功率最高的研究堆。MURR于1966年開(kāi)始運(yùn)行，最初堆芯功率為5MWt，到1974年功率增加至10MWt，現(xiàn)在全年每周運(yùn)行六天半。該反應(yīng)堆是美國(guó)目前唯一的某些醫(yī)用放射性同位素生產(chǎn)商，其生產(chǎn)的釔-90用于治療肝癌，鉬-99用于分析心臟功能，碘-131用于治療甲狀腺癌，镥-177用于治療胰腺癌和前列腺癌。密蘇里大學(xué)稱，每年有超過(guò)160萬(wàn)患者使用MURR生產(chǎn)的放射性同位素進(jìn)行診斷或治療，而NextGen MURR將在未來(lái)75年生產(chǎn)先進(jìn)的抗癌藥物，密蘇里大學(xué)也將繼續(xù)發(fā)揮其作為美國(guó)最重要的醫(yī)用同位素來(lái)源的作用。
(三)核動(dòng)力船
核動(dòng)力適合長(zhǎng)時(shí)間在海上作業(yè)的破冰船、潛艇、航空母艦等。核動(dòng)力船舶推進(jìn)工作始于上世紀(jì)40年代，第一個(gè)試驗(yàn)反應(yīng)堆于1953年在美國(guó)啟動(dòng)。目前，全球有200多個(gè)小型核反應(yīng)堆為超過(guò)160艘船舶提供動(dòng)力。
俄羅斯國(guó)家原子能公司旗下子公司FSUE?Atomflot與波羅的海造船廠于2023年2月正式簽署了第六艘和第七艘22220型核動(dòng)力破冰船建造合同。其中第六艘計(jì)劃今年第三季度開(kāi)工建造、2028年12月交付，第七艘將在2030年12月交付。22220型核動(dòng)力破冰船裝備兩個(gè)RITM-200壓水反應(yīng)堆提供動(dòng)力，每個(gè)反應(yīng)堆的額定功率為175MWe，為三臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供電力，每個(gè)反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳，是目前世界上動(dòng)力最強(qiáng)大的破冰船。該型號(hào)首制船“北極”(Arktika)號(hào)于2013年11月開(kāi)工，2016年6月下水，2020年10月正式投入運(yùn)營(yíng);第二艘“西伯利亞”(Sibir)號(hào)于2015年5月開(kāi)工，2017年9月下水，2021年11月交付運(yùn)營(yíng);第三艘“烏拉爾”(Ural)號(hào)于2016年7月開(kāi)工，2019年5月下水，預(yù)計(jì)今年11月交付;第四艘“雅庫(kù)特”(Yakutiya)號(hào)和第五艘“楚科奇”(Chukotka)號(hào)均于2019年8月下單訂造，計(jì)劃分別于2024年12月和2026年12月完工。22220型核動(dòng)力破冰船的建造項(xiàng)目是俄羅斯實(shí)現(xiàn)北海航線全年開(kāi)放戰(zhàn)略計(jì)劃的一部分。
除了正在建造的22220型破冰船之外，俄羅斯紅星造船廠(Zvezda)還在建造“領(lǐng)袖”(Lider)號(hào)重型核動(dòng)力破冰船。“領(lǐng)袖”號(hào)是第一艘10510型120MWe核動(dòng)力破冰船，將采用兩個(gè)RITM-400試驗(yàn)堆，使其有能力穿越北極最厚的冰層。這些核動(dòng)力破冰船將沿俄羅斯北極海岸的北海航線航行，在北極為船隊(duì)引航。隨著氣候變暖，俄羅斯希望北海航線可以變成一條“迷你”蘇伊士運(yùn)河，縮短從亞洲到歐洲的航行時(shí)間。
四、對(duì)我國(guó)的啟示
“雙碳”背景下，我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨。相比水、風(fēng)、光等能源形式，核能能量密度高、無(wú)供電間歇性，且在清潔制氫、區(qū)域供熱、海水淡化、同位素生產(chǎn)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。當(dāng)前，核電在我國(guó)總發(fā)電量中的占比僅約5%，遠(yuǎn)低于全球平均約10%、經(jīng)合組織成員國(guó)平均約18%的水平，仍有較大發(fā)展空間。發(fā)展核能已成為我國(guó)現(xiàn)階段保障能源安全和實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必然選擇。
(一)以穩(wěn)定的政策環(huán)境促進(jìn)核能發(fā)展創(chuàng)新
各核能大國(guó)基本都以長(zhǎng)期穩(wěn)定的政策支持核能行業(yè)發(fā)展。從我國(guó)來(lái)看，國(guó)家能源局、科技部發(fā)布的《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》將“安全高效核能技術(shù)”作為“十四五”時(shí)期能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新重點(diǎn)任務(wù)之一。核能領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容涉及四個(gè)方面：一是核電優(yōu)化升級(jí)技術(shù)，主要是三代核電技術(shù)型號(hào)優(yōu)化升級(jí)和核能綜合利用技術(shù);二是小型模塊化反應(yīng)堆技術(shù)，包括小型智能模塊化反應(yīng)堆技術(shù)、小型供熱堆技術(shù)、浮動(dòng)堆技術(shù)和移動(dòng)式反應(yīng)堆技術(shù);三是新一代核電技術(shù)，包括(超)高溫氣冷堆技術(shù)、釷基熔鹽堆技術(shù);四是全產(chǎn)業(yè)鏈上下游可持續(xù)支撐技術(shù)，包括放射性廢物處理處置關(guān)鍵技術(shù)、核電機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行及延壽技術(shù)和核電科技創(chuàng)新重大基礎(chǔ)設(shè)施支撐技術(shù)。此外，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》還提出支持新燃料、新材料等新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用;支持受控核聚變的前期研發(fā)，積極開(kāi)展國(guó)際合作?，F(xiàn)階段，盡管國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境日趨復(fù)雜，但在國(guó)內(nèi)一系列宏觀利好下，我國(guó)核能行業(yè)發(fā)展創(chuàng)新迎來(lái)新的窗口期。要充分利用好長(zhǎng)期穩(wěn)定的政策環(huán)境，持續(xù)激發(fā)核能領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新活力。
(二)凝聚多方合力推動(dòng)核能行業(yè)發(fā)展
從俄羅斯經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，其核工業(yè)采取企業(yè)集團(tuán)化運(yùn)作模式。作為俄羅斯核工業(yè)的“管家”，俄羅斯國(guó)家原子能公司通過(guò)整合優(yōu)勢(shì)資源，組建了11個(gè)管理板塊，包括核與輻射板塊、核能機(jī)械板塊、燃料元件板塊、核電板塊、海外板塊、ARMZ鈾礦開(kāi)采板塊、鈾業(yè)公司板塊、技術(shù)出口公司(離心技術(shù)等)板塊、科學(xué)與創(chuàng)新板塊、核電工程設(shè)計(jì)及原子能出口建設(shè)板塊、原子能艦船板塊，此外，還與核能產(chǎn)業(yè)相關(guān)研究院所、高校等簽訂協(xié)議，共同建設(shè)核能產(chǎn)業(yè)基地。再看美國(guó)，通過(guò)“下一代核電機(jī)組計(jì)劃”“核能加速創(chuàng)新門(mén)戶計(jì)劃”等國(guó)家核工程計(jì)劃，建立了公私合作機(jī)制，加速了先進(jìn)堆從概念走向商業(yè)化的進(jìn)程。我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)應(yīng)積極整合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)資源，加強(qiáng)企業(yè)、高等院校、科研院所之間的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，加大核能人才培養(yǎng)力度，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，建立核能發(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟，推動(dòng)核能技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)?；l(fā)展。
(三)多措并舉保障核燃料供應(yīng)安全
全球各核大國(guó)均高度重視核燃料安全保障，但鈾資源在全球的分布極不平衡。我國(guó)正從核大國(guó)向核強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，核燃料保障成為不可忽視的關(guān)鍵一環(huán)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)發(fā)展，我國(guó)天然鈾產(chǎn)業(yè)形成了完整的組織、技術(shù)、能力體系，初步形成了國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)、海外開(kāi)發(fā)、國(guó)際貿(mào)易、戰(zhàn)略儲(chǔ)備“四位一體”的保障供應(yīng)體系，有效保障了鈾資源的戰(zhàn)略安全。但我國(guó)鈾資源勘探和開(kāi)發(fā)產(chǎn)能總體程度偏低，且海外優(yōu)質(zhì)資源掌握較少、產(chǎn)業(yè)科研創(chuàng)新存在不足。受到壓水堆對(duì)鈾資源的利用率低的限制，單獨(dú)依靠以壓水堆為主的熱堆核能發(fā)展體系可能會(huì)因鈾資源供應(yīng)不足而難以達(dá)到所需要的裝機(jī)容量，而快堆是破解鈾資源供應(yīng)瓶頸的重要選項(xiàng)。與此同時(shí)，要加快國(guó)內(nèi)鈾資源勘探開(kāi)發(fā)，擴(kuò)大產(chǎn)能規(guī)模，保障資源利用自主可控;還要加大與周邊資源型國(guó)家合作，加強(qiáng)海外貿(mào)易風(fēng)險(xiǎn)防控，深入?yún)⑴c全球天然鈾產(chǎn)業(yè)體系治理。
(四)大力提升乏燃料后處理能力
乏燃料的處理方式主要分兩種：一是開(kāi)式燃料循環(huán)，也被稱為一次性通過(guò)長(zhǎng)期處置，是將乏燃料進(jìn)行長(zhǎng)期深地質(zhì)存儲(chǔ)，美國(guó)、加拿大和瑞典等國(guó)主要采用此路線;二是閉式燃料循環(huán)，通過(guò)化學(xué)的方式將乏燃料中未被充分利用的部分分離提取，重新加入反應(yīng)堆中進(jìn)行利用，而其他廢物進(jìn)行反應(yīng)堆嬗變或玻璃固化掩埋，俄羅斯、法國(guó)、英國(guó)等主要采用此技術(shù)路線。2007年，我國(guó)確定了符合國(guó)情的閉式燃料循環(huán)路線。乏燃料后處理屬于高精尖技術(shù)，處理廠建設(shè)需耗時(shí)10年。目前，法國(guó)、日本、印度等國(guó)乏燃料后處理產(chǎn)能已可覆蓋最新年產(chǎn)生量，而我國(guó)僅有中核四0四有限公司于2010年投產(chǎn)的中試廠產(chǎn)能為50tHM/年。據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021年底，我國(guó)已累計(jì)產(chǎn)生乏燃料7586tHM。隨著壓水堆裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，我國(guó)乏燃料的總量也將迅速增長(zhǎng)。當(dāng)前，我國(guó)乏燃料后處理基礎(chǔ)研究與俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)等國(guó)仍存差距，后處理關(guān)鍵設(shè)備如剪切機(jī)、溶解器等仍有待進(jìn)一步研發(fā)，尚未建成商用后處理廠且不具備相應(yīng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著我國(guó)核能事業(yè)穩(wěn)步、健康發(fā)展，建設(shè)與之配套的、年處理能力為1000tHM以上的乏燃料后處理廠尤為必要。
(五)因地制宜開(kāi)展核能綜合利用
隨著核能利用技術(shù)不斷進(jìn)步，核能應(yīng)用場(chǎng)景也不斷增多。目前國(guó)際上已有近150個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了核能技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，以美國(guó)、日本為代表的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，通過(guò)政府扶持和市場(chǎng)拉動(dòng)，已經(jīng)形成了與核能關(guān)聯(lián)度高、節(jié)能、高效、無(wú)污染的相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)，全世界核能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模近萬(wàn)億美元。其中，同位素與輻射技術(shù)及其應(yīng)用已成為一項(xiàng)全球性技術(shù)，具有高度的滲透性和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性，其應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。我國(guó)核能主要用于發(fā)電，但隨著第四代核能系統(tǒng)等技術(shù)逐漸成熟和應(yīng)用，核能有望突破僅僅提供電力的角色，核能供熱、核能制氫、同位素生產(chǎn)等綜合利用將蓬勃興起。山東省已率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)核能集中供暖、并積極謀劃核能制氫和海水淡化，海南謀劃建設(shè)小堆海水淡化項(xiàng)目，中核集團(tuán)醫(yī)用同位素關(guān)鍵產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化……下一步，要圍繞高溫氣冷堆發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，積極參與國(guó)際合作，攻克自主高性能燃料元件制備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，努力實(shí)現(xiàn)“熱電氫”多聯(lián)產(chǎn)工業(yè)應(yīng)用，因地制宜拓展核能綜合利用。
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