中國核電的發展與展望

魏杰

中電華元核電工程技術有限公司煙臺分公司，中國·山東 煙臺 265100

1 核電的發展歷史與現狀

核能來源于核反應時原子核裂變釋放的能量。1942年美國芝加哥大學建成世界上第一座核反應堆，產生可控的核裂變鏈式反應。隨后，這種能量被應用于軍事和民用領域。1951年美國首次實現核能發電，1954年，蘇聯建成世界上第一座裝機容量為5MW的核電站，英、美等國也緊跟其后。由于核濃縮技術的發展，到1966年，核電的成本已低于火力發電的成本，核電真正邁入實用階段。世界核電至今已有60年的發展歷史，核電成為全球整體供電量的重要組成部分，在保障能源安全、改善環境質量等方面發揮了重要作用。

目前，火力發電仍然是中國電力供應的主導，不僅消耗了大量的不可再生化石能源，還造成了嚴重的空氣污染。隨著中國對能源需求的不斷增加和化石燃料消費所帶來的氣候變化以及資源短缺問題，催生了中國的核能發電科學研究和產業化。至2020年12月，中國在役的核電站為49座，2021年1月隨著“華龍一號”首堆福建福清3號機組并網商業運行，目前中國在役的核電站達到50座。2021年在建的核電站5所，在役和在建的裝機總量約為7000萬kW。2020年核電發電量占全中國發電量的4.98%。但遠低于全球核電15%的占比。中國的核電發展空間很大，以核電逐步造福人民的發展模式，必將成為碳達峰碳中和的最佳選項。

從核電的發展初期，到目前的核電應用狀況，大致可以劃分為4個階段。

第一代是20世紀50年代開發的原型堆核電技術；

第二代是20世紀下半葉發展的大型商用核電技術；

第三代是世紀之交前后二十年發展起來的輕水堆核電技術；

第四代是當前及今后待開發的核電技術。

中國“華龍一號”是代表第三代核電技術水平的經典之作，可以相信繼“華龍一號”之后，中國核電科技人員和建設者在創新中發展第四代核電技術，并將在不遠的明天造福人民。

2 中國核電的發展成就

經過50多年的發展，中國已成為全球少數幾個擁有完整核電工業體系的國家之一，無論是核電技術研發、工程設計、裝備制造、建筑安裝還是管理運營、燃料保障等，都可以支撐未來規模發展的需要。當前，提倡碳達峰碳中和的經濟發展理念，中國核電發展在迎接機遇的同時，也面臨著一些發展不充分、不平衡、不協調的問題與挑戰。尤其要注意發展核電仍然要以安全為前提，踏實進取，保證核電安全高效高質量發展[1]。

2.1 “七二八”核電工程

華東地區特別是上海區域是中國經濟發展的龍頭，能源成為制約區域經濟發展的瓶頸。周恩來在聽取上海缺電制約經濟發展的匯報后，1970年2月8日，在國務院有關會上指出，上海的工業產值占全國的1/6，但既沒有石油，也沒有煤炭。其他國家都在搞核電站，中國上海也要建設核電站，并批示二機部不能光是爆炸部，要和平利用核能搞核電站。由此誕生以七二八為代號的秦山核電站工程建設[2]。該電站是中國第一座自己研究、設計和建造的核電站，一期工程額定發電功率30萬kW，采用國際上成熟的壓水型反應堆，1984年破土動工，1991年并網發電，設計壽命30年?！捌叨恕惫こ探ㄔO，展現了老一輩核電人“自力更生、艱苦奮斗、科學嚴謹、敢為人新、團結協作，為國爭光”的作風和精神。例如，作為參研單位的華東化工學院主要承擔熔鹽純化工藝流程的研究，如氟化鈹、氟化鋰、四氟化釷、四氟化鈾的制備、提純和元素分析，以及這些化合物的熔點、沸點、密度、黏度、蒸氣壓、導熱系數、熱容等性狀參數的測定，并對熔鹽純化所需的設備的構造、流程提出具體方案。主要工作放在華東化工學院的簡陋的無機大樓實驗室內“秘密”進行?！捌叨恕惫こ?，是中國和平利用核能的重要里程碑，它的建成使中國成了世界上第7個能夠自主設計、自主建造核電廠的國家。為紀念“七二八”工程50周年，上海市相關單位專門組織了一場別開生面的座談會；中國中央電視臺專門制作了五集紀錄片《“七二八”工程揭秘》，以此宣揚中國第一代核電人的不朽功績。

2.2 “華龍一號”第三代核電技術結晶

隨著中國經濟改革開放的進一步發展，核電事業在核電人的不懈的創新奮中，從核電技術的引進、消化到創新，創造了多個新型的核電新技術及其裝備，帶動了一批裝備制造業企業。

1999年7月，中核集團啟動了百萬千瓦級壓水堆核電廠概念設計。歷經十余年的艱辛，老中青三代中核人的共同努力，研發出了具有完整自主知識產權的三代壓水堆核電品牌——ACP1000。

中廣核自2005年以來，同樣在法國引進的百萬千瓦級堆型——M310型的基礎上，也開展了自主研發的歷程，通過多項技術改進，從CPR1000發展到CPR1000+技術，再到最終的ACPR1000+技術。

2013年4月25日，中國國家能源局主持召開了自主創新三代核電技術合作協調會，中廣核和中核同意在前期兩集團分別研發的ACPR1000+和ACP1000的基礎上，聯合開發“華龍一號”[3]。依托中廣核防城港核電站3、4號機組和中核福清5、6號機組建設“華龍一號”中國示范項目。

“華龍一號”作為中國核電“走出去”的主打品牌，“華龍一號”提出的“能動和非能動相結合”的安全設計理念，采用177個燃料組件的反應堆堆芯、多重冗余的安全系統、單堆布置、雙層安全殼，全面平衡貫徹了“縱深防御”的設計原則。特別是日本的核電事故之后，“華龍一號”設置了完善的嚴重事故預防和緩解措施，其安全指標和技術性能達到了國際三代核電技術的先進水平。

“華龍一號”凝聚了中國核電建設者的智慧和心血，實現了先進性和成熟性的統一、安全性和經濟性的平衡、能動與非能動的結合。“華龍一號”是中國在50余年核電科研、設計、制造、建設和運行經驗基礎上，研發設計的具有完全自主知識產權的三代核電技術。

2021年1月30日，全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行。2021年3月18日，“華龍一號”核電機組海外首堆——巴基斯坦卡拉奇2號機組首次并網成功。這是中國自主三代核電“華龍一號”海外建設取得的重大里程碑。目前共有12座“華龍一號”機組在建，占中國現有三代核電半數以上，基本奠定了以“華龍一號”為主的第三代核電技術路線。

3 核電的未來發展

3.1 開發模塊化，多用途中小型反應堆。

模塊化主要的考慮是把一個大型的電站分散成若干個小型的模塊，每個模塊都包括一個反應堆堆芯，與此同時，其他一些設備可以公用，如幾個模塊共用一個安全殼，或者渦輪機乃至整個二回路。這樣的做的優勢在于在供應可觀發電量的同時，大大提升了堆芯的安全性。另外，分散成若干模塊也更有利于功率調節，在電網功率需求產生變化時，小型堆比大型堆能夠更容易的調節功率。今后發展的海上浮動堆，實質就是模塊化小堆。讓核電從大變小，這會明顯增加核電的商業應用場景。

3.2 盡可能減少核廢料

核廢料泛指在核燃料生產、加工和核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。反應堆的核燃料是由鈾礦石加工而成，在自然狀態下，鈾的放射性并不算高，短時間的接觸幾乎不會對人體造成放射性損傷，而使用過后核廢料則具有高強度的放射性，幾分鐘的接觸就可以導致死亡。

加強核燃料循環后段科技自主創新，在掌握關鍵技術的基礎上加快推進商用后處理工作，通過引進與自主研發相結合，掌握大型乏燃料后處理及再循環工程的標準設計技術。

3.3 核電聯合制氫

氫是清潔能源，廣泛應用于氫燃料電池的交通工具、煉油和焊接及金屬加工等領域。但氫屬于二次能源，需要以一次能源來制備。以可持續方式大規模生產氫是實現氫廣泛利用的前提。

高溫氣冷堆是中國自主研發的第四代先進核能技術，能夠提供高溫工藝熱，是目前最理想的高溫制氫的核反應堆。作為第四代核電技術，將核反應堆耦合熱化學循環制氫裝置，以核反應堆提供的高溫作為熱源，使水在800℃~1000℃下催化熱分解，從而制取氫和氧。核電聯產氫能是實現節約資源和保護環境的有效途徑，通過核能制氫，有利于推動中國形成綠色發展方式和生活方式，為百姓創造良好生產生活環境，為全球生態安全作出貢獻。

4 結語

核電是安全、經濟、高效的清潔能源，是人類應對氣候變化的重要能源選擇。經過50余年努力，中國自主三代核電技術躋身世界前列，積累了世界一流的核電設計、制造、建設、調試、運行的全套經驗，形成了世界首屈一指的產業發展能力。面向十四五及未來較長一段時期，應堅持安全有序的發展方針，加快發展核電和核能的綜合利用，全方位落實碳達峰碳中和國家重大戰略部署。