核燃料的发展趋势

【专家解说】：网络资料，仅供参考!! 3 世界核电技术发展的趋势 3.1 提高安全性、改善经济性成为核电技术发展的主要趋向 在核电市场竞争中，一个机型能保持持续稳定的发展而不被市场竞争所淘汰，关键是能够确保安全、在经济上有竞争力。在近十年来，指导核电技术发展的用户要求文件(URD、EUR)、最新提出的第四代核电站的性能要求以及美国最近颁布的新的能源政策，都贯穿一条主线，就是要提高安全性、改善经济性，在满足确定的安全要求的条件下，争取最好的经济性。如堆芯熔化概率<1.0×10-5/堆年，大量放射性释放概率<1.0×10-6/堆年，燃料热工安全裕量≥15%等。 3.2 延长在役核电站的寿期已是世界各国都实际采取的行动 在经济上，延长寿期相对于新建核电站更经济。从可行性看，迅速更换反应堆的部件等措施、延长反应堆寿期在技术上和经济上已得到了验证。绝大部分原设计寿期40年的核电站机组都可延长到60年。目前，美国、英国、日本等国家做了许多关于延长寿命的研究验证工作，并通过核安全当局的审查，批准延长寿期。 3.3 单机容量继续向大型化方向发展 为提高核电站的经济性，继续向大型化方向发展:俄罗斯提出建造150万kW的压水堆机组的概念;日本三菱公司提出了建造150万至170万kW的压水堆机组;日本的东芝、日立提出了建170万kW的ABWR-II的概念;美国西屋公司也在AP-600的基础上向AP-1000发展。 3.4 采用非能动安全系统、简化系统、减少设备来提高安全性 世界各国最新提出的设计概念，一般都在原有设计基础上增加非能动安全系统代替原有的主动安全系统，也不追求全部采用非能动安全系统，而根据技术成熟程度和对机组的安全、经济性能的改进程度确定采用哪几个非能动安全系统，即是非能动、能动混合型的安全系统。 3.5 为便于堆内安全系统的设置和安排一般采用两个或四个的偶数环路 过去百万千瓦级机组一般采用三个环路，每个环路30万kW。但最近提出的一些设计概念都采用偶数环路，每个环路容量根据设计的单机总容量确定，不限制在30万kW一个环路。如美国的AP-1000是双环路，每个环路50万kW;韩国的CP-1300也是双环路，每个环路65万kW;日本三菱的NP-21，单机容量150万至170万kW，四个环路，每个环路37.5万或42.5万kW;俄罗斯的150万kW的设计概念，也是四个环路，每个环路37.5万kW。取偶数环路的主要原因是在压力容器内安全系统布置比较容易，也比较好。 3.6 仪表控制系统(I&C)的数字化和施工建设的模块化 世界各核设备供应商提出的新的核电机型，无一例外地都采用了全数字的仪表控制系统，并且进一步向智能化方向发展。法国的N4和日本的两台ABWR机组，都是全数字的仪表控制系统。新设计的机组更是采用全数字的仪表控制系统。 核电的建设施工为缩短工期、提高经济性，都突破原有方式，向模块化方向发展。在设计标准化、模块化条件下，加大工厂制造安装量，通过大模块运输、吊装、拼接，减少现场的施工量。这是新一代机型共同采取的新技术。美国GE公司和日本联合建设的两台ABWR机组都已成功地采用了这种技术。 3.7 发展快中子堆技术，建立闭式核燃料循环，使核电能可持续发展 主要工业发达国家已经建立本国的核燃料循环技术和体系，已经基本掌握了快中子增殖堆技术，但由于多种因素，一些国家停止了快堆的工程发展。至今，曾充当开发快堆技术世界先锋的美国，虽然较早停止了快堆的工程建设，但现在正在研究是否重新启动快中子辐照试验堆FFTF，同时还从事着与快堆技术相关的其他研究。法国正在研究利用凤凰快堆电站进行燃烧锕系核素和长寿命裂变产物的工作。 俄罗斯是看好快堆技术最热心的国家，它把发展快堆和实施闭式燃料循环技术和体系看作21世纪上半世纪核动力发展战略的奠基石，并正筹备重新启动自1989年以来一直处于冻结状态的一项BN-800快堆电站计划，并开始设计BN-1600。 美国最近颁布的能源政策中提出了研究先进的核燃料循环，要改变过去对乏燃料不作后处理的一次通过燃料循环(once-through fuel cycle)。美、英、法、德、日等国正在研究一种先进的燃料循环(Advanced Fuel Cycle)体系，不作铀钚分离，直接处理出满足快堆核电站要求的铀、钚混合燃料。这样使核能发展既满足了可持续发展的要求，又满足了防止核扩散的要求。 3.8 模块化高温气冷堆受到关注 南非国家电力公司(ESKOM)提出了模块化高温气冷堆设计，国际上有较大反响。采用耐高温包覆颗粒燃料，不会出现堆芯熔化事故，石墨慢化、氦气做冷却剂、全寿命的负温度系数，是安全性能很好的机型。由于采用高温氦气透平直接循环，热效率高;非能动安全系统，简化系统;采用一次通过循环，乏燃料不作后处理，因而有较好的经济性。但这种机型尚有一些重大关键技术，如高温高压氦气透平等尚未经过工程验证，尤其是乏燃料后处理技术十分困难，难于实现裂变物质的转化和增殖，所包含的裂变物质和锕系元素难于处理处置，在资源和环境上都不符合可持续发展的要求。由于这种堆型确有不少优点，得到了国际的关注，我们也应给予注意。 4 对于我国核电技术发展的启示 (1)我国发展核电，必须发展更安全、更经济的新一代机型 提高安全性、改善经济性是国际、国内核电发展中提出的必须解决的问题。由三哩岛事故和切尔诺贝利核电事故诱发产生的核能发展的公众接受问题，已成为世界核电发展的最大障碍，如果没有安全性更好的核电机型来代替现在的机型，并得到公众的认可，核电就不可能持续稳定地发展。对于我国来说，如果停留在广东大亚湾M310的水平上，核电的发展是十分困难的，是没有前途的，因为M310的安全性与用户要求文件(URD、EUR等)有较大距离，经济上还难于同常规火电竞争。我国发展核电，必须符合国际发展的趋势，发展更安全、更经济的新一代机型。 (2)应坚持压水堆核电的技术路线 20世纪80年代初，由国家计委、原国家科委联合召开的我国发展核电的技术政策论证会确定，后报经国务院批准颁布实施，发展压水堆核电技术路线。我国近20年的实践和国际最新核电技术发展趋势，都证明我国发展压水堆核电技术的路线是正确的， 在压水堆核电技术的发展上取得了重大的进展，并建立了较好的科技工业技术基础，培养了一支较强的、专业配套的科研设计队伍。中国新型核电机组应该充分利用我国已建立的压水堆技术基础，坚定不移地走压水堆核电的技术路线，不宜轻易改变。 关于高温气冷堆，虽然国内外呼声较高，也确有不少优点，但还有较多的不定因素，现尚不具备以发展这种堆型为主线的条件。 关于先进沸水堆ABWR，它是一个好的堆型。如果我国从零开始，可以考虑发展此堆型。鉴于我国发展压水堆已有相当的基础和经验，而ABWR相对于压水堆的优势，尚不足以促使我们放弃压水堆而改为ABWR。 (3)我国新一代的核电机型应该满足国际上的用户要求文件 我国新一代的核电机型应符合世界核电的发展趋势，要满足国际上的一些用户要求文件，如美国的URD、欧洲的EUR等。当然我国应把国际上的这些用户要求文件与我国实际情况相结合，制定符合我国实际的设计要求文件，新一代的核电机型就应满足我国自己的设计要求文件。要在符合设计要求文件的核安全要求的前提下，争取最好的经济性。 (4)新一代的核电机型应考虑采用系统简化、非能动、数字化的仪表控制系统和模块化技术的压水堆 根据国际核电技术发展的趋势，中国新型核电机组应考虑采用非能动安全系统来简化设计、提高安全性、改善经济性，但不要追求全部的非能动安全，要根据改进后可能取得效益和实现的可能性，实事求是地做出选择。采用模块化技术可缩短建设周期，提高经济性。数字化的仪表控制系统是提高核电的安全性、运行可靠性和经济性的重要措施。 (5)抓紧新一代的核电机型的研究开发，赶上世界核电发展的步伐