开创中国核能现代化发展

叶奇蓁

中国核工业集团公司北京100822

  叶奇蓁，核安全专家，中国工程院院士。现任中国核工业集团公司科技委副主任，中国核电工程公司专家委主任，中国核学会常务理事。研究方向为核反应堆及核电工程。

  核电作为清洁低碳高密度能源，在保障全球能源供应、促进经济发展、应对气候变化、实现“双碳”目标，造福国计民生等方面发挥了不可替代的作用。在全球气候变化问题日趋严峻、减排诉求不断增强的背景下，世界各国聚焦核能创新，在裂变和聚变领域不断取得突破，推出大量创新型反应堆、核燃料循环和核能多用途等方案。

  国际能源署（IEA）提出，核能是世界发达经济体最大的低碳能源选项。2023年12月2日，在第28届联合国气候变化大会（COP28）上，22个国家联合发布《核能增至三倍宣言》，指出：核能在实现2050年全球温室气体净零排放和保持1.5℃目标具有重要作用，需要国际各国共同推动核能发展，提出了“五个”承诺。包括：推动2050年核能装机容量增至2020年3倍；承诺负责任地运营并符合安全、可持续性、安保和防扩散的最高标准；承诺支持核反应堆的开发和建设，以及更广泛的脱碳工业应用；承诺支持负责任的国家在安全、可持续性、安保和防扩散的最高标准下探索新的民用核部署；承诺全面动员对核能的投资，同时呼吁世界银行等金融机构为核能提供政策贷款，以后每届气候变化大会将审议宣言进展并呼吁更多国家加入宣言。

  核能产业作为我国高科技战略新兴产业，中国坚持安全发展、创新发展，不断提升核能利用的安全水平和技术水平。全球首批三代核电在中国建成，中国自主开发的“华龙一号”已在中国和巴基斯坦成功建成发电，“国和一号”进展顺利，预期将在年内调试装料。属于四代核电的高温气冷堆示范工程已并网发电，钠冷快中子堆示范工程预期在年内调试装料。

  核能将作为新型电力系统有力支撑。随着新时期中国能源电力发展更加注重清洁低碳和安全高效，核能作为生命周期碳排放最小且具有稳定高效特征的能源形式，既可给电网供应基本负荷电力，亦可供应可调度电力，参与调峰响应电能需求，对可再生能源形成很好的补充和支撑，为传统化石能源转型，实现多种能源形式互补，支撑电力系统的安全稳定运行。在新能源占比不断提高的新型电力系统中发挥积极作用，共同构建清洁低碳安全高效的能源体系。

  核电可以提供电力系统安全稳定运行所需的转动惯量，保障电网供电的安全性和可靠性；作为基本负荷并具备一空的调峰功能，配合新型储能技术的推广应用，可以满足不断扩张的新型电力系统在充分利用可再生能源的基础上满足电网调度的更高要求。随着智慧能源系统开发和运行，现代信息技术、智能控制与优化技术和现代能源供应、储运、消费技术深度融合，将促进核能和可再生能源比例提升和能源结构优化。构建冷、热、气、水、电等多种能源协同供应的现代能源综合集成与服务平台，为消费者创造获取能源、存储能源乃至售卖能源的全新方式。

  核能供热有利于取消散煤燃烧和小型燃煤锅炉。以核能作为北方供暖的主要清洁热源之一，对缓解热源紧缺、优化供热能源结构具有重要意义。核电供热后，还有利于调和北方地区冬季热电比矛盾，通过热电协同等方式帮助电网灵活调峰，增强供电灵活性、提高能源利用效率。若将核能供热与海水淡化相结合，则可通过水热同输的方式在供热的同时提供海水淡化水，解决中国北方地区缺水问题。

  核能综合利用。多功能小型堆的开发可为矿区、油田、海洋平台、海岛、封闭海湾、边远地区提供电力、蒸汽、热源。

  中国核能产业现代化的标志如下。

  核能供工业热和蒸汽。利用压水堆和高温堆的结合，可满足工业企业对多种热能和蒸汽的需求。压水堆可提供温度（约250℃）的热能和蒸汽。如与高温堆相结合，可提供300~500℃热能和蒸汽。在目前的高温堆的基础上，提升氦气温度，开发出超高温气冷堆，可提供更高的温度（500~1000℃）热能或蒸汽。

  核能制氢。超高温气冷堆是第四代先进核能系统技术，具有固有安全性高、出口温度高等特点，被认为是最适合用于核能制氢的堆型。

  建成快中子堆和后处理体系，实现核燃料闭式循环。快中子堆的特点是增殖核燃料，将非裂变元素铀-238转化为可裂变的钚，同时嬗变长寿命高放核废物。快堆将压水堆的乏燃料以及贫铀用作燃料，实现燃料增殖，与压水堆平行发展，实现铀资源的循环充分利用，使核能成为“可再生能源”。为提高核燃料循环的效率，缩短核燃料循环周期，有效利用增殖核燃料，将开发闭式核燃料循环快堆系统，采用装载金属混合燃料的快中子堆，提高增长比；干法乏燃料处理技术；形成一体化的快堆系统。

  开发面向多种用途的小型堆或微堆。诸如用于海洋开发的浮动核电站、海洋平台、破冰船等，用于沙漠和边远地区开发的移动核电站，以及用于城镇供热的低温供热堆等。

  开发聚变堆和聚变裂变混合堆。用以解决长远能源需求，高温超导体改变了磁约束聚变关键部位的设计，通过增强磁场强度使聚变功率密度增加1个数量级；Z箍缩聚变裂变混合堆，有望实现高效发电。

  核能对能源清洁低碳转型和科技转型变革具有战略性带动作用，在未来中国现代化能源体系中将发挥更加重要的作用。其中核电还将作为中国装备产业“走出去”的重要名片之一，为中国与有关国家开展双边合作提供重要机遇。

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