摘要：近年來，國際核能界的科學家根據(jù)核能發(fā)展的需要制定出了新一代的核能系統(tǒng)框架，稱之為“第四代核能系統(tǒng)”。第四代核能系統(tǒng)與現(xiàn)有核電市場的反應堆系統(tǒng)相比較，其安全性和經(jīng)濟性大幅提高。其中，高溫氣冷堆技術和在此基礎上發(fā)展出的超高溫氣冷堆概念。
運行業(yè)績總體良好
雖然距離日本核事故的發(fā)生已有一年多的時間，不過仍有不少人表示有些擔憂：核泄漏危機有可能在中國上演嗎？我國的核電發(fā)展安全嗎？
通過對我國核設施進行長達9個月的全面安全檢查，去年6月，環(huán)保部（國家核安全局）公布的全國民用核設施綜合安全檢查結果顯示，總體上，我國核設施安全是有保障的，發(fā)生類似福島核事故的可能性極低。對于新建核設施，《核安全規(guī)劃》提出了具體目標，新建核電機組具備較完善的嚴重事故預防和緩解措施，每堆年（相當于核電站中的1個反應堆運行1年）發(fā)生嚴重堆芯損壞事件的概率低于十萬分之一；每堆年發(fā)生大量放射性物質(zhì)釋放事件的概率低于百萬分之一。
“從1991年秦山核電站開始運行到現(xiàn)在，中國大陸15座核電站都有良好的安全運行業(yè)績。而且國際原子能機構(IAEA)和世界核電運營者協(xié)會（WANO）對中國的每一座核電站都進行過一次以上的安全評審，其結論都是肯定的、正面的。”原國防科工委系統(tǒng)二司副司長、中國核學會顧問俞卓平分析說，我國的核電站是壓水堆核電站，運行原理與日本福島核電站所用的沸水堆不同。此次福島核事故的發(fā)生跟地震、海嘯這兩個自然因素有關。地震后安全停堆，核反應堆是安全的；但隨后的海嘯損壞了應急柴油發(fā)電機，只能改用蓄電池，而蓄電池的容量是有限的。最終導致反應堆堆芯得不到充分冷卻，核燃料的剩余釋熱使核燃料的溫度不斷上升直至熔融，釋放出大量的放射性物質(zhì)。
從秦山核電站開始，我國便基本上沿用了國際原子能機構的核安全標準。我國核電站的運行人員和管理人員，完全按照國際核電界的管理要求，經(jīng)過嚴格的系統(tǒng)培訓和考核合格后才能運行和管理核電廠。此外，還有一套很完善的核電站運行管理程序。我國還有獨立的、權威的核安全監(jiān)管部門——國家核安全局，對核電廠實施全面而嚴格的安全監(jiān)督。
“目前為止，沒有發(fā)生過一起輻射致死，以及輻射造成放射病的事例。核電站沒有發(fā)生過二級以上的事件，從我們的情況來看，記錄是良好的。”中國核工業(yè)集團公司科技委員會主任、中國核學會常務理事潘自強說。
核電技術不斷提升
“我國現(xiàn)在的核電技術比較先進，日本發(fā)生事故的這幾個反應堆都是型號比較老的沸水堆，1號機組從1971年3月份正式開始運行，至今已有40年的時間了，我國沒有這樣的沸水堆。”俞卓平說，我國的核電站大多建于上世紀90年代后，比較新，從一開始就與國際接軌，安全方面是有保障的。以1985年我國開始建造的第一座核電站——秦山核電站為例，它的安全設計充分汲取和借鑒了美國三里島核事故和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故的教訓，并根據(jù)世界核電站的運行經(jīng)驗反饋，采用當時的最新技術，大大提高了核電站的安全性。
據(jù)了解，我國的核電設計有三道屏障，第一道屏障為燃料芯塊和包殼。核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98%以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中，不會釋放出來。鋯合金包殼將燃料芯塊密封在內(nèi)，防止燃料裂變產(chǎn)物和放射物質(zhì)進入一回路水中，是完全密閉的，即使產(chǎn)生的氣體也密閉在這里，這里面留有一定的空間，而且鋯管的燃料棒可以承受一定壓力，最大數(shù)量的密閉氣體釋放也不足以使它開裂。第二道屏障為壓力容器和一回路壓力邊界。由核燃料構成的堆芯封閉在鋼質(zhì)壓力容器內(nèi)，壓力容器和整個一回路都是耐高壓的，放射性物質(zhì)不會泄漏到反應堆廠房中。第三道屏障為安全殼，就是混凝土的結構。現(xiàn)在的安全殼約37米直徑，安全殼墻厚將近1米，而且用鋼索扎緊，在內(nèi)部產(chǎn)生一定壓力的時候，不會把安全殼破壞，可防止放射性物質(zhì)進入環(huán)境。
我國核電站采取縱深防御策略，正常運行的時候有一套控制系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)事故，反應堆會停止運行，然后有其他安全系統(tǒng)來進行保護。第一道防線假如失利了還有第二道、第三道防線保護它的安全。比如壓力容器沒有水了，用安全注入系統(tǒng)補充進去；安全殼里壓力高了，產(chǎn)生大量蒸汽了，有安全噴淋系統(tǒng)噴進冷水去把壓力降下來；蒸發(fā)器里沒有水了，燒干了，用輔助給水系統(tǒng)補充，使得即使產(chǎn)生某些故障的時候，也有其他的系統(tǒng)保障它的安全，這就是縱深防御的概念。
據(jù)葉奇蓁介紹，目前我國已經(jīng)投產(chǎn)運行的核電站多是二代改進型核電站，屬于本世紀初的水平，也是全世界四百多座正在運行的核電站中的絕大多數(shù)所采用的技術。而目前最先進的第三代核電站，我國也正在引進與建造中，技術水平與國際在建的第三代核電站是同步的。如果三代建成，經(jīng)過考驗成功的話，今后可能會建更多的三代的機組。
未來發(fā)展注重安全
日本地震、海嘯引發(fā)的福島核電站事故，將核安全推到風口浪尖，并在全球范圍內(nèi)掀起一股到底要不要發(fā)展核電的大討論。在此情形下，中國還應不應該發(fā)展核電？
核電是清潔能源，是安全的，核裂變能量是可控的，核電還是要發(fā)展的。有專家分析說，一公斤的鈾-235裂變釋放的能量相當于2400噸標準煤燃燒釋放的能量。一座百萬千瓦核電站每年只要補充30噸核燃料，同樣功率火電廠每年卻要燃燒330萬噸煤。這樣一來，核電就大量減少了溫室氣體和一些對環(huán)境有污染的二氧化氮、二氧化硫等氣體排放，也減少了煤渣，減少了運輸，所以它還是很好的能源。
福島的教訓應該注意吸取，但不能為此因噎廢食。這是許多國家的共識。早在今年2月，在三里島核事故34年后，美國已經(jīng)批準新建佐治亞州瓦格托核電站。與之相呼應的是，5月8日韓國為其自主設計的新蔚珍核電站APR_1400壓水堆舉行了開工儀式。隨后不久，立陶宛、英國等許多國家也相繼加入核發(fā)展的隊伍。就在上月，隨著2座核電站的重啟，日本持續(xù)了2個月左右的“零核電”狀態(tài)也宣告結束。
在電力供應十分短缺的時代，發(fā)展核電作為緩解當前電力緊張的一個重要途徑，已成為許多國家的共識。根據(jù)世界核能協(xié)會2011年3月的數(shù)據(jù)，全球有443座核電站在運行，有62座核電站在建設，有158座核電站在設計，有324座核電站在辦理申請手續(xù)。特別是近年來出于能源危機和環(huán)境壓力的雙重考慮，包括美國、英國等在內(nèi)的國家陸續(xù)將發(fā)展核電提升至重要的戰(zhàn)略地位。
以法國為例，作為僅次于美國的全球第二大民用核大國，它80%左右的電力都由核電供應，美國的供電比例也達到了20%。相比之下，我國核電發(fā)電量卻僅占全國總發(fā)電量的1.9%，遠遠低于世界平均水平。
“任何工業(yè)設施都有風險、成本和代價的問題。而核電站作為大型、綜合、復雜的工業(yè)設施，要做到百分之百安全、絕對不出事故是不可能的。核電工業(yè)界只能根據(jù)當時的認識水平和技術水平將發(fā)生事故的幾率降到盡可能的低。我認為我國還是需要發(fā)展核電，至于發(fā)展的規(guī)模和速度可視具體情況而定，但必須在保證安全的前提下發(fā)展核電。”俞卓平表示，作為一種安全、清潔、技術成熟、供應能力強的能源，核電與水電、火電一起構成了當今世界電力的三大支柱，其前途是光明的。
第四代核能系統(tǒng)—高溫氣冷堆
我國核能事業(yè)在10兆瓦高溫氣冷實驗堆成功推進的基礎上，正在穩(wěn)步進行兩項前瞻性的工作。一是進行大型商用高溫氣冷堆電站的設計研究工作，稱之為高溫氣冷堆示范電站工程。二是將現(xiàn)有10兆瓦高溫氣冷實驗堆進行改造，用一回路中的氦氣直接推動氦氣輪機發(fā)電機組發(fā)電，以提高發(fā)電效率，稱之為高溫氣冷堆氦氣透平發(fā)電項目。目前，該項目核心裝備之一——“高溫氣冷堆氦氣透平壓氣機”已經(jīng)由哈爾濱中國船舶重工集團公司第七〇三研究所完成樣機研制，即將進行試驗驗證。這兩項工作對高溫氣冷堆技術的提升和產(chǎn)業(yè)化將起到積極的推動作用。
近年來，國際核能界的科學家根據(jù)核能發(fā)展的需要制定出了新一代的核能系統(tǒng)框架，稱之為“第四代核能系統(tǒng)”。第四代核能系統(tǒng)與現(xiàn)有核電市場的反應堆系統(tǒng)相比較，其安全性和經(jīng)濟性大幅提高。其中，高溫氣冷堆技術和在此基礎上發(fā)展出的超高溫氣冷堆概念，成為第四代核能系統(tǒng)有競爭力的候選堆型，并且最有可能在不遠的將來成功實現(xiàn)。
那么，究竟什么是高溫氣冷堆呢？簡單地說，高溫氣冷堆采用全陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以石墨為慢化劑和堆芯結構材料，以氦氣為冷卻劑。其燃料顆粒直徑小于1毫米，中心為核燃料，外層為包覆材料，稱之為全陶瓷型包覆燃料顆粒。全陶瓷型包覆燃料顆粒在1600攝氏度范圍內(nèi)可以保持完整性，能夠在反應堆運行過程中，將絕大多數(shù)的核反應裂變產(chǎn)物阻擋在包覆層內(nèi)，從而極大地提高了反應堆的安全性，是高溫氣冷堆的核心技術。
與其他反應堆相比，高溫氣冷堆的運行溫度要高出許多，堆芯出口溫度可達950攝氏度甚至更高。因此，用高溫氣冷堆發(fā)電，可以大幅度地提高發(fā)電效率；用它作為熱源，則可以應用到另一個新能源領域，即用高溫氣冷堆制氫來利用氫能。
先進核技術的持續(xù)發(fā)展，為我們展示了未來能源需求的美好藍圖。對于我國這樣的人口大國，這不僅僅是技術上的可喜進步，更是關系到十幾億人民能源需求的大勢所趨。
