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【行業觀察】發展核循環產業需快馬加鞭
文章來源:中國核工業雜志 日期:2017年04月05日


    2016年10月以來,黨和國家領導人對加快我國核循環做出重要批示,強調“發展核循環產業是一個值得高度重視的國家安全問題” “要借鑒國際經驗,加強統籌規劃,科學有序推進該項工作”。2016年年末國務院召開專題會議,再次進行專門研究,為加快發展核循環產業做出部署,進一步明確發展目標和責任。發展核循環產業是在能源領域制定的創新發展、可持續發展的新戰略,是核工業人新時期的新使命。

  發展核循環 實現核能可持續發展

  核電與水電、化石能源共同構成了當今世界能源供應的三大支柱。核電與化石等傳統能源相比,具有更加清潔環保及可再循環利用的優勢。據國際原子能機構(IAEA)報告,每生產一千瓦時電力,煤炭發電需要排放357克碳當量,水力發電需要排放64.4克碳當量,核能只需要排放5.7克碳當量。剛剛發布的《世界能源展望2016》數據顯示:可再生能源是世界上增長最快的能源,年增長率達2.6%;核能略低,其年增長率為2.3%,預計到2040年將從2012年全球能源占比的4%增加至6%。

  核電要實現可持續發展,鈾資源利用與高放廢物安全管理是兩個必須面對的問題。我國鈾資源儲量目前位居世界第十位,預計到2030年我國核電規模將位居世界第一。發展好核循環,一是可以解決鈾資源安全保障問題(提高鈾資源利用率);二是可以解決核電站卸出乏燃料貯存及高放廢物安全管理問題;三是可以把我國從“核大國”變為“核強國”的夢想變為現實;四是可以為實現我國核能發展“三步走”戰略(壓水堆-快堆-聚變堆)第二步打下基礎,真正建立起核電可持續發展的核燃料閉式循環體系。

  一年以來,國家對于發展核循環產業已經制定出詳細的“路線圖”,進一步明確了發展路徑。

  2016年3月公布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》指出:“要加快論證和推動大型商用后處理廠建設”。6月1日,國家發改委、國家能源局同時發布了《能源技術革命創新行動計劃(2016~2030年)》和《能源技術革命重點創新行動路線圖》兩個文件。其中的15項重點任務就有“乏燃料后處理與高放廢物安全處理處置技術創新”;同時,“推進大型商用水法后處理廠建設”也被寫入文件。創新行動計劃特別強調,“到2030年基本建成我國首座年處理能力為800噸的大型商用乏燃料后處理廠”。

  11月24日,《國務院關于印發“十三五”生態環境保護規劃的通知》指出:“加快研究堆、核燃料循環設施安全改進。”我國實驗快堆已在中國原子能科學研究院建成,并于2010年完成了滿功率運行實驗。發展快堆,實現快堆及快堆燃料循環,符合我國核能技術發展的方向,是我國未來能源發展的重要增長點,也是我國核能技術水平走向世界前列的歷史性機遇。

  面對有當前有利的新形勢,核循環作為核能可持續發展重要一環,必將再次面臨積極發展的形勢。

  借鑒國際經驗 加快核循環技術發展

  縱觀核電發展歷史與核能利用歷程,其他核電大國的經驗對我國有很好的借鑒和啟示意義。正是上世紀六七十年代的石油危機推動了核電的市場化與核循環的大發展。目前,核電規模位于全球前十位的國家中,除美國(主導核不擴散政策)與烏克蘭(受與俄羅斯關系影響)外,能源資源匱乏的法國、印度和日本都在后處理與快堆方面投入了大量人力和物力。這三國都將核能長遠可持續發展規劃作為基本國策,有效地解決了核能發展帶來的鈾資源利用、乏燃料管理、放射性廢物處置等一系列問題。這也證明,積極發展核電,同時大力推進快堆和發展后處理是核電大國的不二選擇。

  目前全世界掌握乏燃料后處理技術的國家有9個:美國、英國、法國、比利時、印度、德國、日本、俄羅斯、中國(都與上世紀70年代的快堆計劃相關)。擁有商業后處理的國家只有法國、英國、日本、俄羅斯和印度5個國家。

  截至2016年12月,全球核電站累計產生乏燃料約40萬噸,只有約10萬噸進行了后處理,其余大多數都貯存在核電站內,而且乏燃料累積量正在以每年約1.1萬噸的速度增加。也可以說,發展與核電規模相匹配的后處理與再循環,是解決核能可持續發展的科學選擇。為此,筆者梳理了世界核大國后處理方面的成功經驗,事實上也只有借鑒國際經驗,才能加快我國核循環技術發展。

  美國是后處理技術的起源國,先后建設過十余座后處理設施,擁有超過60年的核循環運行經驗。由于限制別國掌握后處理技術,在核燃料循環路線上猶豫不決,結果導致國內8萬余噸乏燃料無處妥善安放。但是美國對快堆和后處理技術的研發卻并未停止,仍具有強大的話語權。2013年1月,美國能源部發布《乏燃料和高放廢物管理與處置戰略》指出:“為滿足未來能源需求,實現防核擴散與乏燃料管理目標,將繼續開展先進核燃料循環技術的研究。”

  法國始終堅持核循環發展,且技術出口至多國,并取得了世界矚目的成就。法國擁有世界上最大的輕水堆乏燃料后處理能力設施,為多個國家的電力公司提供核電站乏燃料后處理服務。截止到2015年,阿格核循環廠共處理超過3萬噸輕水堆乏燃料,近三分之一來自國外。法國核循環回收的鈾钚重新制作成MOX燃料用于國內24個壓水堆以及歐盟部分核電站中。法國先后建設有狂想曲試驗快堆、鳳凰原型堆與超鳳凰商業快堆。目前,正在計劃投資6.52億歐元設計建造一座先進(第四代)鈉冷快堆原型堆(ASTRID),準備在2020年投運,進一步驗證快堆商業化的技術可靠性與經濟性,從而使法國在未來具備實現新建商業快堆的條件。

  英國先后建設了3座核循環廠,還建設了兩座快堆并用于發電。第一座核循環廠具有軍事用途。1964年建成的年處理能力為1500噸的鎂諾克斯乏燃料廠(B205)是第二座核循環廠,在把國內全部鎂諾克斯乏燃料處理完后,計劃于2028年退役。第三座核循環廠是即將于2018年因運營不善而計劃關閉的THORP廠。英國雖然因核能政策調整暫停了壓水堆乏燃料核循環,但是因擁有安全運行超過50年的B205廠,而一直擁有世界核循環廠運行記錄最長的桂冠。

  俄羅斯在擁有豐富能源資源的同時,也大力發展核能,其保持國家核威懾力量和參與國際核電市場競爭,是建立在完善的核工業體系之上的。其擁有3座后處理設施,RT-1后處理廠已累計處理近6000噸乏燃料,正考慮對其進行升級改造,爭取年處理能力400噸,預計2030年退役。一座年處理能力250噸的中間試驗廠預計2021年投運。重新開工建設的RT-2廠預計2025年建成一條年處理能力700噸的生產線,2028年建成一條年處理能力800噸的生產線。這些舉措是俄羅斯核電國際競爭最有利的保證。因為,俄羅斯在出口核電的同時,也提供核燃料與核循環服務,這就免除了想要發展核電但規模需求較小國家的擔心,也使得俄羅斯核電的競爭力大為提高。2016年11月,俄羅斯的第四座快堆BN-800投入商業運行,被譽為“2016年度俄羅斯核電最重要的事件之一”。俄羅斯在快堆方面持續不斷的努力,為本國贏得了“世界快堆技術領導者”的稱號。

  日本始終堅持核燃料閉式循環路線,并且在核循環與快堆發展方面不遺余力。在《乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯約——日本國家報告(2014年)》指出:“日本將徹底加強和全面推進解決如何管理和處置乏燃料的工作,堅定地推進核循環。”其先后建設有兩座核循環廠(東海村與六個所,合計每年840噸核循環能力)與兩個快堆(常陽和文殊)。2016年5月,日本國會通過法律下令政府參與核循環;10月,日本政府經濟、貿易和工業部成立日本核循環組織,同時開始考慮第三座快堆建設計劃。

  印度是繼美國、法國之后建成水法PUREX流程的第三個國家。目前有3個后處理廠正常運行。為了緊跟钚需求的步伐,建立更多工廠被提上日程。2005年,首次完成了采用PUREX流程的快堆乏燃料(燃耗100GWd/t)后處理實驗;2007年,開始建設實驗快堆乏燃料后處理廠;2012年,開始建設原型快堆乏燃料后處理廠。印度長期堅持獨立自主發展乏燃料后處理和快堆,形成了具有自身特色的核燃料循環體系,其在某些方面已經處于世界領先地位。

  自主掌握技術 走向核強國

  在推動我國核循環產業加快發展的進程中,應通過“兩條腿走路”模式,堅持“立足自主,國際合作”的原則,以實現更快更好的核能技術進步。一方面,應立足自主研發并掌握核心技術,擺脫國際社會對后處理技術的限制與封鎖,為自主建設大型商業后處理廠奠定基礎。另一方面,要通過引進消化吸收國際先進技術,盡快縮短差距,快速形成核循環能力,適應核電向新臺階邁進的需求,有效應對提高核電的經濟性與可持續發展優勢的挑戰。

  梳理核電發展歷程以及各國核能政策沿革可以看出,核能之所以成為第三次工業革命的象征之一,不是簡單地停留在只能發展輕水堆階段,其目的是走向快堆和聚變堆。這也是為什么世界主要核電大國積極發展閉式核燃料循環(核循環+快堆)的原因所在。

  對于核電發展面臨的鈾資源與乏燃料管理兩大挑戰,我國早在1983年就明確了核能發展“三步走”的戰略方向,并提出發展核電就要相應發展后處理的核燃料閉式循環的技術路線。

  中國工程院重大咨詢項目組在《中國能源中長期(2030、2050)發展展戰略研究:電力油氣核能環境卷》一書中給出的政策建議是:“采取快中子堆增殖循環可以把對鈾資源/儲量需求限制在一個有限的范圍內。發展快中子增殖堆,走增殖循環技術路線,是解決核能資源可持續發展必須而有效的措施,所以必須積極推進快中子堆增殖及其燃料循環體系的發展。”理論上,目前壓水堆核電站運行只消耗了天然鈾資源的0.6%左右,如果經過核循環理將鈾提取回收,重新制成燃料返回壓水堆使用,可提高鈾資源利用率約30%;如果將鈾、钚材料用于快堆發電燃料,實現快堆循環,鈾資源利用率則可提高數十倍。

  2016年年末,《核安全法(草案)》在全國人大法律草案征求意見管理系統公開征求意見。這是《核安全法(草案)》首次公開征求意見,必將加速《核安全法》出臺。同時,正在研究的《原子能法》將與《核安全法》共同明確核安全在國家戰略中的重要地位,并進一步完善核能領域的國家法律框架。這兩部法律將完善核安全監管制度,構建與國際接軌的核安全保障體系,實現對核設施核活動的全方位、全領域和全鏈條安全監管。

  當前,世界經濟發展和能源需求的現實性矛盾日益突出,核電發展與核能利用已成為國際社會應對氣候變化和確保各國能源保障的重要方式。英國已經重啟壓水堆核電計劃;盡管發生過福島核事故,日本提出到2017年核電發電量達到40%的目標。可以說,核電大國的核能戰略方針就是要堅定不移地發展核電。因此,我國積極發展核能,既是符合國家能源政策的戰略決策,也是順應世界核能發展去世的科學決策。中國核電發展已經處于全面趕超世界核強國的“彎道超車”階段。為此,要下好“先手棋”、打好“主動戰”,只有提前做好核能向第二步發展的全局謀劃工作,做好核循環與快堆建設銜接,核能在能源保障中的可持續發展地位才能不斷得到凸顯。(作者為中核瑞能科技有限公司總經理薛維明)

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