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M管理ANAGEMENT福岛核事故发生之后，国际社会对核电的安全性提出了新的、更高的要求。同时，受制于电力需求下降、电价下调等因素影响以及其他能源形式的竞争，核电的经济性也面临着越来越大的挑战。第三代核电技术因其高标准的安全性，受到全球核电市场的认可，新开工及拟建核电项目普遍选择采用三代核电机型。通过对世界主流三代核电机型及其他核电技术研发情况进行研究和分析，可以一窥世界核电技术最新的发展趋势和方向。世界核电发展面临的新形势目前，大气中的二氧化碳浓度已超过400ppm，世界碳减排压力日益严峻，核电是唯一可大规模替代化石燃料的能源选项。2015年巴黎气候变化大会通过全球气候新协定，近200个缔约方共同承诺，将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度以内。为实现碳减排目标，需要用清洁能源来替代化石能源，而水电、太阳能、风电等清洁能源易受季节、天气变化影响，不能长期稳定发电。核电是可以带基荷运行的稳定电源，且不排放二氧化碳等温室气体，是唯一可大规模替代化石燃料的能源选项，未来仍有较大的发展潜力。福岛核事故之后，国际社会对核电安全提出了更高的要求。在研究汲取福岛核事故经验教训的基础上，2016年，国际原子能机构（IAEA）发布了《核动力厂安全：设计》（SSR2/1-2016），提出了国际最高安全标准要求。对此，各核电发展国家纷纷修订了自身关于核电厂设计的安全规定，及时响应了IAEA的最新安全要求，这将对推动核电技术安全水平的整体提升发挥重要作用。核电技术升级换代、成本提高，以及其他能源形式的竞争，对核电的经济性构成了挑战。出于对核电安全性的考虑，新开工核电项目普遍采用三代核电技术，也有少量采用四代核电技术。因设计、设备制造、土建安装等技术要求和难度的普遍提升，三代核电机型相对二代核电机型建造成本均大幅提升。此外，美国页岩气技术革命的出现，使得天然气发电成本下降；世界经济发展趋缓，煤炭、石油等化石燃料价格大幅下跌，火力发电成本下降；太阳能、风电等能源形式因规模化发展成本也在逐步降低。各种原因导致核电的经济性受到极大挑战。世界经济复苏缓慢，电力需求增长受限，对核电规模发展形成制约。当前，发达国家电力需求增长基本处于停滞或微增长状态，有的甚至出现了负增长；发展中国家电力需求增长幅度普遍下降，如在中国大陆地区，限负荷已成为新常态，多省核电机组不能满功率运行。电力需求的变化导致很多国家开始重新审视自己的电力增容计划，多国大幅压缩了未来数年内的新建电力规模，对核电产业的规模发展形成了制约。世界核电技术发展新方向为适应新形势的需要，世界核电技术正在不断地发展和进步。通过对AP1000、EPR、“华龙一号”、CAP1400、AES－2006、APR1400等世界主流世界核电技术发展新趋势探讨■张红军44中国核工业CHINANUCLEARINDUSTRY三代核电机型及其他核电技术研发情况进行研究和分析，可以看出近年来世界核电技术发展呈现的几个新的趋势和方向。1.进一步提升安全目标，降低堆芯熔化和放射性向环境释放的风险，降低严重事故发生的概率，消除社会公众的顾虑。为达到这一目标，相比二代核电技术，三代核电技术一方面增加了堆芯热工安全裕量（大于15%），提升了机组固有安全水平；另一方面针对事故的预防和缓解增设了相关安全措施。此外，各核电机型均采取了针对严重事故的预防和缓解措施。通过各种安全措施，三代核电机型的堆芯损坏概率降至低于10-6/堆年，大规模放射性物质释放至环境的概率低于10-7/堆年，均较二代核电机型降低两个数量级。2.进一步降低核电建设成本，提高核电的经济性，使得核能发电成为有竞争力的清洁能源。为降低成本，AP1000、CAP1400采取了简化安全系统配置的理念，减少了安全系统的支持系统，取消了安全级应急柴油机系统及大部分能动安全级设备，并由此产生了工艺布置简化、施工量减少等效应；同时，AP1000、CAP1400大量采用模块化制造和施工技术，以缩短建造周期，AP1000理论上从开工至装料工期可压缩至36个月，尽管首批机组的建设并不顺利，但其设计理念决定了后续项目会有较大的提升空间。提升机组可利用率和寿期也是提高核电经济性的重要手段，“华龙一号”、AP1000、EPR、AES2006、APR1400等平均可利用率均达到不低于90%，CAP1400达到93%；三代机型的寿期普遍达到60年，较二代机型的40年有大幅提升。此外，新建核电项目还采取了设计/管理标准化、集中采购设备、优化融资成本等措施，以进一步降低建设成本、提升经济性。3.进一步减少核废料的产生量，特别是高放射性和长寿命核素的产生量，寻求更佳的核废料处理方案，降低对人员和环境的剂量影响。为达到这一目标，核电行业主要采取的措施包括：一是推广使用MOX燃料，EPR、CAP1400等均具备MOX燃料装载能力；二是增加燃料燃耗、延长换料周期，三代机型的换料周期普遍由二代的12个月提升至18个月，换料周期延长使大修次数减少，乏燃料及中低性放射性废物的数量、工作人员接受的剂量都相应降低；三是通过设计优化降低堆芯周围的放射性剂量，如加强屏蔽防护措施、开发气体包容能力更强的燃料元件，以及很多小型堆采用的一体化堆芯设计等；四是研究开发更优的乏燃料及中低放废物处理方案，减少核废料的数量和体积；五是建设快堆等能够分离嬗变长寿命放射性核素的堆型，实现核废料最小化。4.开发模块式、多用途中小型反应堆。IAEA于2004年6月启动中小型堆开发计划，成立“革新型核反应堆”协作研究项目，成员总数至今已达到30个。国际上众多国家都对中、小型反应堆上做了大量的研发工作，美国、俄罗斯、中国和韩国等都在积极开展小堆的研发和商业化推动工作，进展情况较好的小堆型号包括美国的NuScale、mPower、Westing⁃houseSMR，俄罗斯的KLT-40S、VBER-300，中国的ACP100,韩国的SMART等。可以预测，在核电发展的未来，中、小型反应堆将会以众多独特的优势在世界核电领域拥有举足轻重的地位。5.加强核安保，防止核扩散和恐怖袭击。随着世界范围内多地区恐怖袭击活动的日益频繁，如何有效防范恐怖分子获取核材料、破坏核设施，已成为核能产业下一步发展的一项重要责任。2016年第四届核安全峰会重点讨论了如何确保核材料和核设施安全，如何有效防范和打击核恐怖主义等议题。目前各国正在开发的中小型反应堆及第四代反应堆，都具有较好的防核扩散功能。而很多大型反应堆通过设置双层安全壳、混凝土屏蔽厂房等，能够有效防止商用大飞机恶意撞击等恐怖袭击活动对反应堆的破坏。6.开发更先进的第四代核能系统。第四代核能系统开发的目标是要在2030年左右创新地开发出新一代核能系统，使其在安全性、经济性、可持续发展性、防核扩散、防恐怖袭击等方面都有显著的先进性和竞争能力。第四代核能系统所具备的特性包括：比投资不超过1000美元/kW；建设工期不超过3年；不需要厂外应急；尽可能减少核废物；很强的防核扩散能力；全寿期全环节管理系统等。第四代核能系统不仅要考虑用于发电或制氢等核反应堆装置，还要把核燃料循环也包括在内，组成完整的核能利用系统。目前国际上已开工建设或正在开发的快堆、高温气冷堆、超临界水堆、熔盐堆等，被公认为第四代核反应堆。（作者单位：中国核能电力股份有限公司）45