核燃料的發(fā)展趨勢

【專家解說】：網(wǎng)絡(luò)資料，僅供參考!! 3 世界核電技術(shù)發(fā)展的趨勢 3.1 提高安全性、改善經(jīng)濟(jì)性成為核電技術(shù)發(fā)展的主要趨向 在核電市場競爭中，一個(gè)機(jī)型能保持持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展而不被市場競爭所淘汰，關(guān)鍵是能夠確保安全、在經(jīng)濟(jì)上有競爭力。在近十年來，指導(dǎo)核電技術(shù)發(fā)展的用戶要求文件(URD、EUR)、最新提出的第四代核電站的性能要求以及美國最近頒布的新的能源政策，都貫穿一條主線，就是要提高安全性、改善經(jīng)濟(jì)性，在滿足確定的安全要求的條件下，爭取最好的經(jīng)濟(jì)性。如堆芯熔化概率<1.0×10-5/堆年，大量放射性釋放概率<1.0×10-6/堆年，燃料熱工安全裕量≥15%等。 3.2 延長在役核電站的壽期已是世界各國都實(shí)際采取的行動(dòng) 在經(jīng)濟(jì)上，延長壽期相對于新建核電站更經(jīng)濟(jì)。從可行性看，迅速更換反應(yīng)堆的部件等措施、延長反應(yīng)堆壽期在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上已得到了驗(yàn)證。絕大部分原設(shè)計(jì)壽期40年的核電站機(jī)組都可延長到60年。目前，美國、英國、日本等國家做了許多關(guān)于延長壽命的研究驗(yàn)證工作，并通過核安全當(dāng)局的審查，批準(zhǔn)延長壽期。 3.3 單機(jī)容量繼續(xù)向大型化方向發(fā)展 為提高核電站的經(jīng)濟(jì)性，繼續(xù)向大型化方向發(fā)展:俄羅斯提出建造150萬kW的壓水堆機(jī)組的概念;日本三菱公司提出了建造150萬至170萬kW的壓水堆機(jī)組;日本的東芝、日立提出了建170萬kW的ABWR-II的概念;美國西屋公司也在AP-600的基礎(chǔ)上向AP-1000發(fā)展。 3.4 采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)、簡化系統(tǒng)、減少設(shè)備來提高安全性 世界各國最新提出的設(shè)計(jì)概念，一般都在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加非能動(dòng)安全系統(tǒng)代替原有的主動(dòng)安全系統(tǒng)，也不追求全部采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，而根據(jù)技術(shù)成熟程度和對機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)性能的改進(jìn)程度確定采用哪幾個(gè)非能動(dòng)安全系統(tǒng)，即是非能動(dòng)、能動(dòng)混合型的安全系統(tǒng)。 3.5 為便于堆內(nèi)安全系統(tǒng)的設(shè)置和安排一般采用兩個(gè)或四個(gè)的偶數(shù)環(huán)路 過去百萬千瓦級機(jī)組一般采用三個(gè)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路30萬kW。但最近提出的一些設(shè)計(jì)概念都采用偶數(shù)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路容量根據(jù)設(shè)計(jì)的單機(jī)總?cè)萘看_定，不限制在30萬kW一個(gè)環(huán)路。如美國的AP-1000是雙環(huán)路，每個(gè)環(huán)路50萬kW;韓國的CP-1300也是雙環(huán)路，每個(gè)環(huán)路65萬kW;日本三菱的NP-21，單機(jī)容量150萬至170萬kW，四個(gè)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路37.5萬或42.5萬kW;俄羅斯的150萬kW的設(shè)計(jì)概念，也是四個(gè)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路37.5萬kW。取偶數(shù)環(huán)路的主要原因是在壓力容器內(nèi)安全系統(tǒng)布置比較容易，也比較好。 3.6 儀表控制系統(tǒng)(I&C)的數(shù)字化和施工建設(shè)的模塊化 世界各核設(shè)備供應(yīng)商提出的新的核電機(jī)型，無一例外地都采用了全數(shù)字的儀表控制系統(tǒng)，并且進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展。法國的N4和日本的兩臺(tái)ABWR機(jī)組，都是全數(shù)字的儀表控制系統(tǒng)。新設(shè)計(jì)的機(jī)組更是采用全數(shù)字的儀表控制系統(tǒng)。 核電的建設(shè)施工為縮短工期、提高經(jīng)濟(jì)性，都突破原有方式，向模塊化方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化條件下，加大工廠制造安裝量，通過大模塊運(yùn)輸、吊裝、拼接，減少現(xiàn)場的施工量。這是新一代機(jī)型共同采取的新技術(shù)。美國GE公司和日本聯(lián)合建設(shè)的兩臺(tái)ABWR機(jī)組都已成功地采用了這種技術(shù)。 3.7 發(fā)展快中子堆技術(shù)，建立閉式核燃料循環(huán)，使核電能可持續(xù)發(fā)展 主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建立本國的核燃料循環(huán)技術(shù)和體系，已經(jīng)基本掌握了快中子增殖堆技術(shù)，但由于多種因素，一些國家停止了快堆的工程發(fā)展。至今，曾充當(dāng)開發(fā)快堆技術(shù)世界先鋒的美國，雖然較早停止了快堆的工程建設(shè)，但現(xiàn)在正在研究是否重新啟動(dòng)快中子輻照試驗(yàn)堆FFTF，同時(shí)還從事著與快堆技術(shù)相關(guān)的其他研究。法國正在研究利用鳳凰快堆電站進(jìn)行燃燒錒系核素和長壽命裂變產(chǎn)物的工作。 俄羅斯是看好快堆技術(shù)最熱心的國家，它把發(fā)展快堆和實(shí)施閉式燃料循環(huán)技術(shù)和體系看作21世紀(jì)上半世紀(jì)核動(dòng)力發(fā)展戰(zhàn)略的奠基石，并正籌備重新啟動(dòng)自1989年以來一直處于凍結(jié)狀態(tài)的一項(xiàng)BN-800快堆電站計(jì)劃，并開始設(shè)計(jì)BN-1600。 美國最近頒布的能源政策中提出了研究先進(jìn)的核燃料循環(huán)，要改變過去對乏燃料不作后處理的一次通過燃料循環(huán)(once-through fuel cycle)。美、英、法、德、日等國正在研究一種先進(jìn)的燃料循環(huán)(Advanced Fuel Cycle)體系，不作鈾钚分離，直接處理出滿足快堆核電站要求的鈾、钚混合燃料。這樣使核能發(fā)展既滿足了可持續(xù)發(fā)展的要求，又滿足了防止核擴(kuò)散的要求。 3.8 模塊化高溫氣冷堆受到關(guān)注 南非國家電力公司(ESKOM)提出了模塊化高溫氣冷堆設(shè)計(jì)，國際上有較大反響。采用耐高溫包覆顆粒燃料，不會(huì)出現(xiàn)堆芯熔化事故，石墨慢化、氦氣做冷卻劑、全壽命的負(fù)溫度系數(shù)，是安全性能很好的機(jī)型。由于采用高溫氦氣透平直接循環(huán)，熱效率高;非能動(dòng)安全系統(tǒng)，簡化系統(tǒng);采用一次通過循環(huán)，乏燃料不作后處理，因而有較好的經(jīng)濟(jì)性。但這種機(jī)型尚有一些重大關(guān)鍵技術(shù)，如高溫高壓氦氣透平等尚未經(jīng)過工程驗(yàn)證，尤其是乏燃料后處理技術(shù)十分困難，難于實(shí)現(xiàn)裂變物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和增殖，所包含的裂變物質(zhì)和錒系元素難于處理處置，在資源和環(huán)境上都不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。由于這種堆型確有不少優(yōu)點(diǎn)，得到了國際的關(guān)注，我們也應(yīng)給予注意。 4 對于我國核電技術(shù)發(fā)展的啟示 (1)我國發(fā)展核電，必須發(fā)展更安全、更經(jīng)濟(jì)的新一代機(jī)型 提高安全性、改善經(jīng)濟(jì)性是國際、國內(nèi)核電發(fā)展中提出的必須解決的問題。由三哩島事故和切爾諾貝利核電事故誘發(fā)產(chǎn)生的核能發(fā)展的公眾接受問題，已成為世界核電發(fā)展的最大障礙，如果沒有安全性更好的核電機(jī)型來代替現(xiàn)在的機(jī)型，并得到公眾的認(rèn)可，核電就不可能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。對于我國來說，如果停留在廣東大亞灣M310的水平上，核電的發(fā)展是十分困難的，是沒有前途的，因?yàn)镸310的安全性與用戶要求文件(URD、EUR等)有較大距離，經(jīng)濟(jì)上還難于同常規(guī)火電競爭。我國發(fā)展核電，必須符合國際發(fā)展的趨勢，發(fā)展更安全、更經(jīng)濟(jì)的新一代機(jī)型。 (2)應(yīng)堅(jiān)持壓水堆核電的技術(shù)路線 20世紀(jì)80年代初，由國家計(jì)委、原國家科委聯(lián)合召開的我國發(fā)展核電的技術(shù)政策論證會(huì)確定，后報(bào)經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)頒布實(shí)施，發(fā)展壓水堆核電技術(shù)路線。我國近20年的實(shí)踐和國際最新核電技術(shù)發(fā)展趨勢，都證明我國發(fā)展壓水堆核電技術(shù)的路線是正確的， 在壓水堆核電技術(shù)的發(fā)展上取得了重大的進(jìn)展，并建立了較好的科技工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，培養(yǎng)了一支較強(qiáng)的、專業(yè)配套的科研設(shè)計(jì)隊(duì)伍。中國新型核電機(jī)組應(yīng)該充分利用我國已建立的壓水堆技術(shù)基礎(chǔ)，堅(jiān)定不移地走壓水堆核電的技術(shù)路線，不宜輕易改變。 關(guān)于高溫氣冷堆，雖然國內(nèi)外呼聲較高，也確有不少優(yōu)點(diǎn)，但還有較多的不定因素，現(xiàn)尚不具備以發(fā)展這種堆型為主線的條件。 關(guān)于先進(jìn)沸水堆ABWR，它是一個(gè)好的堆型。如果我國從零開始，可以考慮發(fā)展此堆型。鑒于我國發(fā)展壓水堆已有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，而ABWR相對于壓水堆的優(yōu)勢，尚不足以促使我們放棄壓水堆而改為ABWR。 (3)我國新一代的核電機(jī)型應(yīng)該滿足國際上的用戶要求文件 我國新一代的核電機(jī)型應(yīng)符合世界核電的發(fā)展趨勢，要滿足國際上的一些用戶要求文件，如美國的URD、歐洲的EUR等。當(dāng)然我國應(yīng)把國際上的這些用戶要求文件與我國實(shí)際情況相結(jié)合，制定符合我國實(shí)際的設(shè)計(jì)要求文件，新一代的核電機(jī)型就應(yīng)滿足我國自己的設(shè)計(jì)要求文件。要在符合設(shè)計(jì)要求文件的核安全要求的前提下，爭取最好的經(jīng)濟(jì)性。 (4)新一代的核電機(jī)型應(yīng)考慮采用系統(tǒng)簡化、非能動(dòng)、數(shù)字化的儀表控制系統(tǒng)和模塊化技術(shù)的壓水堆 根據(jù)國際核電技術(shù)發(fā)展的趨勢，中國新型核電機(jī)組應(yīng)考慮采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)來簡化設(shè)計(jì)、提高安全性、改善經(jīng)濟(jì)性，但不要追求全部的非能動(dòng)安全，要根據(jù)改進(jìn)后可能取得效益和實(shí)現(xiàn)的可能性，實(shí)事求是地做出選擇。采用模塊化技術(shù)可縮短建設(shè)周期，提高經(jīng)濟(jì)性。數(shù)字化的儀表控制系統(tǒng)是提高核電的安全性、運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要措施。 (5)抓緊新一代的核電機(jī)型的研究開發(fā)，趕上世界核電發(fā)展的步伐