杜祥琬:中国核电奏响三部曲

2010-8-24 08:34 来源: 科学时报
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中国核工业集团公司近日正式宣布,由中核集团中国原子能科学研究院自主研发的中国第一座快中子反应堆——中国实验快堆(CEFR)7月21日达到首次临界。

  “快堆实现实际应用尚待时日,现在只是实验堆,以后还要经过示范堆、商用堆几个发展阶段才可能投入实际应用。”中国工程院院士杜祥琬接受《科学时报》专访时介绍。

  不过,快堆达到临界确实表明我国第四代先进核能系统技术实现了重大突破,并成为继美、英、法等国之后,世界上第八个拥有快堆技术的国家之一。

  “快堆达到临界,意味着我国核能发展进入‘第二部曲’的序幕”。作为“中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究”课题组组长,杜祥琬认为,核能解决中国能源可持续发展的重要的清洁能源,随着核能技术的发展,核能在中国电力的比重及对中国能源的贡献率将逐步提升。

  杜祥琬透露,到2020年,中国核电装机容量将达7000万~8000万千瓦。到2030年,核电装机将提高到2亿千瓦,2050年则将提高到4亿千瓦。

核能发展三部曲

  杜祥琬详解了我国核能三部曲的发展路线图。

  第一部曲是以热中子堆为核心的核电站,这方面中国选择了压水堆技术支撑核能快速发展。由于热中子堆燃烧的是铀的同位素之一铀235,而铀235在天然铀矿中的含量非常低,仅为0.7%。因此,须进一步发展第二部曲。

  第二部曲是以快堆为代表的堆型,其特征为利用同位素铀238。铀238在天然铀矿中的含量比铀235多几十倍,并且快堆对核燃料的利用效率可比压水堆提高60倍左右。“热堆可以工作几十年的话,快堆是可以利用几百年甚至几千年的。”杜祥琬说。

  不过,第一部曲与第二部曲都属于核裂变堆,只不过是利用了不同的铀同位素。

  第三部曲是聚变堆,核聚变的燃料是氘和氚,海水主要含的是氘,氚则是从金属锂中制造。第三部曲分为两步:第一步是实现氘和氚的聚变,第二步是实现氘和氘的聚变。“如果能实现氘和氘的聚变,核能就能达到永续。”杜祥琬表示。

  现在世界各国都在争取可控核聚变研究的突破,中国也不例外。比较乐观的说法是核聚变可以在50年后成为实际能源,这50年要走过实验堆、示范堆、商用堆等几个阶段。即使再保守一点,预计突破可控核聚变技术应该在100年内。

  杜祥琬认为,无论是从建立长远发展的可持续发展的能源体系来说,还是从保护环境发展清洁能源的角度看,核能发展在中国都具有重要的战略地位。

  目前,我国核能发展仍处于起步阶段,我国核电在整个电力里的比重仅为1%。不过中国发展核能的思路已十分明确。

  到2020年,中国核电装机容量将达7000万~8000万千瓦,届时,它将在整个电力里的比重达到7%左右;到2030年,核电装机将提高到2亿千瓦;到2050年,提高到4亿千瓦,届时核电装机容量将是整个电力行业的15%。由于核电每年可以运行七八千小时,远远高出风电2000小时/年的运行时速,其发电量的贡献率将到22%。

  “2030年之前,核电的实际贡献都是依靠压水堆技术,我们希望到2030年,快堆能开始作实际的发电贡献。”杜祥琬说。

自主创新与国际合作互不排斥

  在核电发展过程中,关于自主创新的问题一直是人们热议的话题。

  “快堆实现临界,并不等于我们完全掌握了快堆技术。中国做完了实验快堆,正在与俄罗斯合作开展示范快堆的技术攻关。”杜祥琬透露。

  杜祥琬认为,在核能发展中,自主创新与国际合作互不排斥。

  20世纪70年代,核电开始在中国起步,最初中国选择的是自行设计、自行建造的模式,走的是完全自主创新的技术路线,并建成了30万千瓦秦山核电站。之后,中国成套购置了法国、加拿大、俄罗斯核电机组,中国的大亚湾核电站就是采用引进技术。2006年,中国又引进了美国和法国的第三代压水堆技术——AP1000技术。

  “因为它的安全性和效率都更高。我们可以在已引进国外先进技术的基础上进行吸收、消化、再创新。”杜祥琬认为,国际合作与自主创新并不矛盾,从引进消化吸收起步,然后走向自主创新,这条路线更为切合中国的实际。

  不仅如此,核能发展的第三部曲,也就是发展聚变堆,更需要国际合作,不仅是中国,即使美国和西欧的发达国家也很难以一国之力单独建造一个聚变堆。

  2006年,欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度等决定,在法国南部的卡达拉舍建造国际热核聚变实验堆(ITER),又称“人造太阳”计划。其目标是将热核燃料加热到1亿摄氏度,它将成为历史上第一个产生能量多于其消耗能量的聚变反应堆。

  “可以说中国核能发展的‘三部曲’中都包含有国际合作。”杜祥琬说,不过在开展国际合作的同时,中国同样需要通过不断的技术创新增强国产化能力,这样才不会受制于人。

完善产业链

  尽管核能在中国已发展了近40年,但截至目前,中国没有一个核废料处理厂。

  杜祥琬认为,这主要是因为我国目前核电的规模十分有限,核废料的规模不足以支撑起一个产业。目前,我国主要是通过将核废料里的长寿命元素经过嬗变后变成短寿命元素,经过玻璃固化和层层屏蔽后,以深层地质掩埋的方式来处理核废料。这也是目前国际通行的做法。

  然而,到2050年,我国核电如果达到4亿千瓦的装机容量,将超过现在全世界核电的总量。届时,我国的核电发展将从东南沿海地区延伸到内陆地区,核废料的处理问题也将成为一个重要问题。

  杜祥琬认为,核电发展不仅仅是建立核废料处理厂的问题,对于发展核电来讲,安全永远是排在首位的,其次核电发展还应注意全产业链的协调,不能仅盯着制造业。