第五代核能系統的公眾接受性要求研究

陳虹宇，房 超

(1.華能核電開發有限公司，北京 100032;2.清華大學高技術實驗室，北京 100084)

“第五代核能系統會是什么樣子？”被中國科協列為了2020年對科學發展具有導向作用的十個重大科學問題之一。盡管對這個問題尚沒有確定的回答，但是業內已經基本達成一個共識：第五代核能系統將改變核能作為基荷能源應用的刻板印象，使核能向靈活和多能轉變。有鑒于此，第五代核能系統的使用場景將會更加豐富和復雜，接觸甚至使用第五代核能系統的公眾數量也將急劇增加。在當下，由于對核能的認知偏差大、重大核事故負面影響深遠以及涉核不實信息高速傳播等原因，公眾對于現有反應堆的態度仍然不夠友好，核能公眾接受性問題常常成為涉核項目落地面臨的重要考驗。第五代核能系統要廣泛應用到各個領域，必須突破公眾接受性這一難題，而要使這一革命性技術實現核能利用的突破和創新，更需要公眾廣泛持有認同的態度，因此，有必要從公眾接受性的角度給出第五代核能系統的特性要求。

麻省理工核能工程系Golay 教授提出，對公眾接受性的評價應該從兩個角度來展開，一個是基于信任的(trust-based)，一個是基于技術的(technology-based)[1]。信任角度指的是公眾拋開技術不談，而僅僅關注這個技術是由哪些群體來實施和應用的；技術角度則是公眾對這個技術有了解后，對技術本身的接受程度。基于信任的公眾接受性提升有賴于整個核行業和政府公信力的提升，而基于技術的公眾接受性評價，則取決于第五代核能系統的有關特性能否讓公眾接受并利用。本文正是從這一點出發，首先從公眾接受性的角度總結現有核能系統的不足，然后提出第五代核能系統在公眾接受性上將面臨的新挑戰，最終從公眾接受性的角度給出第五代核能系統的特性要求。

1 現有核能系統在公眾接受性方面存在的問題

根據IAEA的統計(見圖1)，截至2020年初，世界在運的442座反應堆中，運行時間0～29年的有141臺，達到和超過30年的有301臺，達到和超過40年的有109臺，反應堆的設計壽命一般是40年，即使通過延壽達到60年，再過30年二代和二代+反應堆也會基本全部淘汰。在全球電能逐步替代化石能源成為占比最大的終端能源的情況下，為了保持和發展核能的供電份額，反應堆數量在未來是會增加的，而要填補未來淘汰的二代和二代+反應堆，如果不出現重大事故或者特別重大的能源技術突破，30年內全球必然會逐步增加數量龐大的核能站，也就是說，未來30年將存在龐大的核能市場。這幾百座反應堆的空白，自然可以用第三代甚至第四代核能技術去填補，但是隨著公眾對美好生活的期望越來越高，從核能公眾接受性的角度來看，依靠這些技術也許并不能使市場充分活躍起來。具體而言，主要有以下3點原因：地區經濟紅利后勁不足；無法消除公眾對核事故的擔憂；對核設施退役和放射性廢物處置的不信任。

圖1 不同運行年數的反應堆數Fig.1 Number of reactors in different operating years

1.1 地區經濟紅利后勁不足

利益是否和風險匹配是公眾是否接受核能的直接原因，而在現階段所有利益當中，經濟利益是最關鍵的核能感知利益，如果經濟紅利后勁不足，核能將逐漸被拋棄。諸如汽車、鋼鐵、石油等傳統重工業在上個世紀是炙手可熱的行業，甚至能催生底特律、攀枝花、大慶等等大型城市，然而隨著生產方式的不斷進步，曾經輝煌的老牌工業開始逐漸沒落，傳統工業城市紛紛尋求轉型，試圖重新崛起。如果核能不尋求新的融合發展模式，也將逐步成為“新的傳統工業”，完全以現有核能系統為發展中心的城市，也將遇到發展瓶頸。

目前，核電站的確為很多地方帶來了巨額的稅收和大量的就業崗位，直接提高了所在地人民的生活水平，但是，由于限制區的原因和或多或少的鄰避心理，核電站對區域經濟的提升作用是有限的，能帶來的高層次人才福利和基礎設施福利也是有天花板的，甚至，有些地區出現了“靠山吃山，靠海吃海，靠核吃核”的情況，基建靠電站，教育靠電站，扶貧靠電站，就業靠電站，從長遠來看這是非常不利于地區發展的。此外，其他產業和地區的高速發展會放大現有核能系統經濟紅利的后勁不足，一段時間后，公眾對核能經濟利益的感知會愈發遲鈍，核能的公眾接受性也將不斷降低。

1.2 無法消除公眾對核事故的擔憂

針對公眾對核事故的擔憂，現有反應堆應對的方式是承認事故發生的可能性，并在設計時盡可能把事故后果降到最低。例如，EPR堆芯設計了堆芯捕集器來收納保證堆芯熔融物[2]；AP1000的非能動系統能夠保障事故發生的72 h內反應堆不需要人為干預[3]；高溫氣冷堆通過特殊的燃料球設計，保證了堆芯不會熔毀，放射性不會擴散，達到“任何事故情況下廠外公眾都不受到傷害”的要求[4]。上述措施都是為了達到事故后果在任何情況下都能夠被接受的目的，然而，這種能夠接受是相對于切爾諾貝利事故、福島核事故這類特大事故而言的，并不一定是公眾的常識能夠接受的。

公眾之所以害怕核事故，除了嚴重核事故直接威脅到了周邊公眾的生命安全和財產安全之外，還因為核事故會帶來長期影響。第三代和第四代核電技術的安全系統的目標是保障堆芯不熔毀和控制放射性物質不擴散。然而，一旦事故發生，即使能夠控制住堆芯和放射性物質擴散，如何挽救反應堆，或者處置好廢堆仍然是現有技術所不能解決的問題。例如，切爾諾貝利核電站已經更換了兩次石棺，而福島核電站時至今日仍然沒有得到妥善的處置。與之類似，一旦嚴重的超設計基準事故發生后，EPR堆芯收集池中的熔融物如何處置，AP1000安全殼中的放射性如何消除，高溫氣冷堆中的粉塵與碎石墨如何處理都是難題。所以，嚴重核事故一旦發生，國家在經濟上損失了直接損失了造價數百億的核電站，還需要花費巨額經費進行處置；區域發展上，即使現有核能系統承諾公眾不需要長期的避遷，但是對于發生過事故的地方，只要安全處置還未結束，公眾都會存有疑慮，地區發展將收到強烈沖擊。如此，經濟損失和資源浪費將使公眾因為核事故的后果對核能發展的必要性仍然心存質疑。

1.3 對核設施退役和放射性廢物處置的不信任

公眾對核電站退役和放射性廢物處置仍存在不信任。核電站退役的費用往往達到建造費用的10%，這筆高額的支出使得不少公眾認為核電站退役并不會根據預期計劃進行，而是無限延期或者草草收場。即使通過退役基金運營等方式解決了資金問題，核設施退役也不是一件容易的事。IAEA將核電站退役分成了11個階段，包括起草退役計劃、卸出反應堆核燃料、場內處理退役的核廢物、轉移退役的核廢物、做好安全隔離準備、局部拆除、主動隔離措施、被動隔離措施、徹底拆除、最終環境監測(驗收)和行業許可證到期(法定意義上的退役完成)，足見其手續之復雜[5]。從已經退役的核電站和各國的退役計劃來看，一個核電站將需要十數年甚至數十年來完成退役。例如，東京電力公司2020年5月提交的福島第二核電廠退役計劃需要耗時44年；德國的核電站退役時間平均預期將達到15年；法國決定對一些退役反應堆再推遲50年進行最初拆除和拆毀[5,6]。顯然，退役這項“毫無收益”的工作“拖延”或者進行的更久，公眾的疑慮就會更深，核能行業也就會被職責為毫無責任心。

放射性廢物處置的問題與此類似。深地質處置是目前IAEA唯一認同的高放廢物最終處置方法，但時至今日，世界上仍然沒有建設完成一個深地質高放廢物最終處置點。反而是許多國家為了節約成本，曾采取過很多不負責任的方式處理放射性廢物。例如，比利時，法國，德國，意大利，日本，荷蘭，俄羅斯，韓國，瑞士，英國和美國都曾進行過海上放射性廢物處置。另一方面，即使深地質處置點建成，長壽期放射性廢物也需要在地底掩埋萬年，許多人多此深有疑慮，擔心“滄海桑田”之后，子孫后代在自家地里突然挖出來一個輻射罐頭。特別的，在我國用于高放廢物處置的核法證學(Science of Signatures)發展非常緩慢，也無法保證高放廢物的信息記錄可以有效的傳遞給后人。從這兩個方面來講，放射性廢物處置這個科學上尚無定論、科學家努力探索的領域的確算得上核工業中的阿喀琉斯之踵，很有可能成為反核人士大做文章的地方。

2 第五代核能系統面臨的公眾接受性新挑戰

長久以來核能從業者對公眾接受性的要求是較低的，即并不需要公眾十分接受，也能基本順利的保證核設施項目落地。而真正的核能公眾接受性，應該是公眾接受并且主動利用核能。這就像人們從接受汽車出現在馬路上到自己駕駛汽車一樣，也就是說，公眾的角色將不再只是旁觀者和評價者，還是使用者，公眾接受性需要同核能技術一樣進入到一個新的階段。要做到這一點，需要應對下述“三個多樣化”挑戰。

(1)多樣化的環境

“酒香也怕巷子深”，要讓公眾切身感受到第五代核能系統的先進性，首先是要讓其能夠適應多樣化的環境，融入公眾的生活。現有反應堆落地前需要嚴格的廠址選擇和周密的環境評價，所在環境在地質學、水文學，生態學和社會影響等方面都有嚴格的要求。由于在選址規定和程序上的法律和技術性法規的空白，我國一直沿用現有的“任何反應堆都遵循同一選址標準”的理念，某種程度上這導致了廠址的稀缺性。例如，高溫氣冷堆的安全特性和壓水堆不同，廠址條件可以有一些放寬，但現在仍然和壓水堆“一址多堆”，這就不利于公眾感受到技術革新帶來的安全性和先進性。第五代核能系統要走進各個行業，形成網絡化布局，就需要實現從為了核能系統打造適宜環境到核能系統主動適應環境的轉變，使公眾切身感受到新一代核能系統在安全性和適用性上的提高。

(2)多樣化的用戶

現有反應堆的使用者是經過長期培訓和實踐才正式上崗的運維人員，在嚴格意義上還不存在“用戶”這一概念。復雜的運維操作不僅意味著高昂的人力成本，還意味著難以逾越的技術壁壘，如果第五代核能系統的運維操作不加以簡化，它將很難被廣大用戶接受和使用。因此，第五代核能系統需要適應不同的用戶習慣，提出針對性的解決方案。

(3)多樣化的用途

現有反應堆雖然結構復雜，但是用途比較單一。第五代核能系統要成為多能擔當，助力電網、工業、運輸等等領域的深度脫碳，成為多種大型設備的能量來源，甚至進入到普通家庭，就必須能夠順利接入和嵌套進其他行業和領域。核能與其他能源的最大差別就在核安全問題上，而解決公眾接受性的根本方案就是讓公眾適應這個問題，把注意力放在“能”而非“核”上。如果第五代核能系統能夠和其他行業進行深度融合，形成“核能+”能的模式，那么公眾的關注的將是如何利用核能，開發核能的巨大潛力，而不再是如何遠離核風險，這將是核能公眾接受性提升的關鍵一步。

3 第五代核能系統的公眾接受性新要求

要解決和應對上述兩個問題和三大挑戰，第五代核能系統需要滿足一些新的要求，包括事故易處理性、退役便利性、設計靈活性、運維智能性、系統接入性以及社會融入性。

(1)事故易處理性

針對公眾對核事故的擔憂，提出事故易處理性這一特性，即在最嚴重的超設計基準事故發生后，核設施仍然具備完整性，能夠包容放射性，并且能夠迅速轉移或就地處置，不對周圍環境造成長期影響。這一特性旨在消除核事故對周圍環境的長期影響，徹底解決公眾對核事故的擔憂。這方面的指標包括：

在任何事故發生后72 h內消除對周圍放射性的排放(包括放射性氣體卸壓、放射性廢水排放、放射性粉塵散播等)；

在任何事故發生后60個月內完成對反應堆的處置，恢復廠區除反應堆廠房外地區的無限制利用。

(2)退役便利性

退役便利性強調第五代核能系統退役和放射性廢物處置的時效性、經濟性和環境友好性。例如，使用富集度更低的燃料；通過嬗變縮短錒系元素的處置時間；在退役后直接將廠房改造為放射性廢物最終處置點等等。退役便利性的關鍵是給出可操作性強，讓公眾信服的退役和放射性廢物處理方案，其具體指標包括：

在核設施設計階段考慮退役方案，并在核設施退役后12個月內完成狀態評估和方案確認；

在方案確定后的36個月內完成核設施退役，恢復廠區的無限制利用；

退役費用在建設費用的5%以下；

乏燃料能夠通過增殖或濃縮的方式得到處理；

放射性廢物能夠通過嬗變的等方式得到處理，處置時間縮短到1000年以內。

(3)設計靈活性

第五代核能系統能夠針對多樣化的環境，采取靈活的設計，適應并利用生產條件。設計靈活性的關鍵突破在于在保障安全性和環境友好性的前提下能夠在此前不能作為廠址的地方建設核能系統，甚至是建立可轉移的核能系統，讓“核能走近公眾”代替“公眾走進核能”，具體指標包括：

通過設計增加可用廠址，開發可移動核能系統；

變更設計后的各方面成本不高于在現有廠址建設的第三代先進核能系統的120%。

(4)運維智能性

人工智能的迅速發展已經并將繼續深刻改變人類的生產生活方式，搶抓人工智能發展的重大戰略機遇刻不容緩，將人工智能技術應用于第五代核能系統上，相得益彰。運維智能性就是針對不同的用戶，通過智能化的運維減少操作人員的數量，加快用戶的適應過程，降低第五代核能系統的運維成本。智能化運維系統打破了專業壁壘，更貼近公眾，同時也是降低核電廠運維成本的關鍵措施，其具體指標包括：

通過智能運維系統減少80%的操作人員(同第三代先進核能系統對比)；

通過智能運維系統降低20%以上的運維成本(同第三代先進核能系統對比);

用戶可以在一周內掌握系統的簡單控制方法。

(5)系統接入性

系統接入性指的是核能系統能夠以整機模塊化的形式接入或嵌套進其他行業的設施設備，包括硬件的系統接入性和軟件的系統接入性。如今，現代人的生活已經離不開智能手機，不僅因為它功能多樣，還因為它能夠和人們身邊的其他智能設備連接和互動，例如，智能手機可以投屏電視，可以控制空調，可以操縱飛行器，等等。第五代核能系統要深入到各行各業中，就需要像智能手機一樣具備良好的可接入性。在硬件上，第五代核能系統可以迅速和其他設施設備對接，供電、供熱、供氣，在軟件上，第五代核能系統能夠接入其他行業的智能系統，通過一個控制中心操控，形成整體。系統接入性將決定第五代核能系統能否真正成為多能擔當，解決地區經濟紅利不足的問題，也將決定第五代核能系統能否把公眾的注意力從“核”轉移到“能”，其具體指標包括：

能夠對接多種行業，實現核能系統以自身為發展基石到“核能+能模式的轉變；

針對不同行業，能夠在6個月內給出軟硬件對接方案；

逐步微型化，開始進入普通家庭的嘗試。

(6)社會融入性

上述特性的出發點是公眾接受性，落腳點是技術發展，社會融入性是在這些“硬實力”之外的軟實力特性，也是對第五代核能系統公眾接受性的要求。社會融入性即是第五代核能系統得到公眾的廣泛認可，公眾對核能保持積極、樂觀、理性的態度，群體事件不再發生，其指標包括：

核能發展成為全社會組織和個人的共識；

涉核不實信息不經干預也能夠迅速消弭；

涉核項目的各個階段都沒有群體事件發生；

針對涉核項目的調查中，支持人數多于90%，反對人數少于1%；

4 總結與展望

第五代核能系統被認為將是核能發展歷程上的革命性技術，能夠填補未來核能領域的空白，帶領核能走出“新的傳統工業”的困境。在很近的未來，必然會有大量的關于第五代核能系統安全要求、經濟要求與技術要求的研究工作開展，并且持續很長時間。在這個過程中，我們應該把公眾接受性要求作為第五代核能系統的一個必需的要求提出，并且確定科學的定量化指標，使第五代核能系統的研發與設計從開展伊使，就將公眾接受性作為必須要的因素納入考慮范圍。只有通過這種手段，才能一改之前傳統核能系統面臨的公眾接受性困境，從根本上解決問題。