2010年是我国提升核电技术水平、增强核电科技研发实力、完善核工业体系的重要一年,我国的实验快堆项目、中国先进研究堆项目以及乏燃料后处理中试厂项目将于今年投入运行。中核集团下属中国原子能科学研究院则是承担这些项目的主要科研单位。《中国能源报》记者日前专访中国原子能科学研究院院长赵志祥,请他为读者介绍以上三个项目及我国核电科技创新体系的有关情况。
关注前瞻性科技研究
中国能源报:中国原子能科学研究院目前在核电领域研发有哪几个重点部分?
赵志祥:核电是我院科研工作很重要的一块,可以分成三个部分。第一部分就是我们所说的下一代核电,即具有第四代特征的核电技术研发,比如快中子实验堆,我们院是国家唯一一个快堆实验基地;再如嬗变长寿命核废料加速器驱动的次临界系统的研发,这是在国家两期“973”项目的支持下开展的,目前还在基础研究阶段。第二部分就是先进核燃料循环体系的一些关键环节。闭式核燃料循环体系的建设是在核电大规模发展的条件下提出来的,包括铀资源的探明、开采,核燃料的生产供应,乏燃料的后处理,设施退役等,我们院为此在做技术支撑的工作。第三部分是核电的通用技术和技术服务,我们做的也是一些比较前瞻性的研究,支撑现在核电国产化和安全化发展。比如临界安全问题、核电站的事故分析及处置、辐射防护、人员培训等,院里有专门的研究中心、实验室和研究生部来做相关工作。这些是不论什么堆型的核电站都需要的技术支持。
助力我国核电健康发展
中国能源报:能否介绍一下实验快堆项目现在的进展?
赵志祥:国家的中长期发展规划,以及各个部门的中长期发展规划都把发展块堆技术列入其中。从总体上看,我国核能发展是三步走的战略,即现期的压水堆、中期的块堆、远期的聚变堆。
我先说一说为什么要发展块堆技术。发展块堆可以克服核能大规模发展的两个问题:首先是大规模发展核电对铀资源提出的挑战。这个问题绝对不是说先把核电站建起来,再来考虑的。国外的铀资源当然可以利用,但是作为一个大国,我们不可能把能源安全寄托于国外。第二个问题是压水堆产生很多长寿命的放射性废料,百万千瓦级核电站每年要卸除大概30吨的核废料,里面含有很多长寿命的放射性核素,寿命可能长达几百万年。那么,如何将这些废料安全处置就需要有一个解决方案,这可能是公众比较关心的问题。
这两个问题都可以通过发展快堆技术来解决。压水堆核电站卸出的乏燃料的主要成份为铀238,不易发生裂变。经过后处理将其中的钚239、铀238提出来制成新的燃料,放入快堆中燃烧后,铀238会转变为钚239,等于又生成了新的核燃料,可以说核燃料在快堆中是越烧越多。这就把铀资源的利用率较单独发展压水堆提高了60至70倍。另外,快堆可以把长寿命的放射性废料转换成稳定的核素,或者说寿命比较短的核素,这个过程我们叫做嬗变或者焚烧。由于快堆具有这两种特点,因此它是第四代核能的一个重要选择。快堆技术本身也在发展,现在快堆技术不仅有这两个特点,同时它安全性好,堆芯融化的概率比现在的三代核电技术还要低一个到两个数量级。正因为这些原因,我国确定了要坚定不移地发展快堆技术。
发展一种新的堆型要走过这样几个阶段,即基础研究、实验堆、建原型堆、建示范堆,最后实现商业推广。中国原子能科学研究院现在已经建成了实验块堆,热功率是65兆瓦、电功率20兆瓦,现在等待最后的装料。
中国能源报:您觉得我国何时可以开工建设快堆示范项目?
赵志祥:实验快堆临界以后要经过一段时间的运行,达到额定的功率后还要并网发电,按照验收指标需要达到40%的电功率。之后就要进入实验运行阶段,通过这个堆的运行,一来检验我们对技术掌握的程度,二来要积累我们的运行维护经验,三来实验快堆本身也是下一步发展原型快堆和示范快堆的平台,一些试验工作可以利用这个平台来开展。与此同时,根据我们现在的技术掌握和集成情况,我们决定跨过原形快堆的阶段,直接做示范快堆,可能功率小一点,不到百万千瓦。示范块堆的厂址已经选在福建三明,相关的工作正在推进,计划2020年建成。中国实验快堆具有自主知识产权,设备的国产化达到了70%,另有一些设备从俄罗斯进口。
中国能源报:有消息指出,中国先进研究堆将在近期临界。请您介绍一下中国先进研究堆的情况。
赵志祥:核反应堆可以总体上分为两类:一类是利用核裂变产生的能量,也就是核电站的反应堆;另一类则是利用核裂变产生的中子,也就是研究堆。之所以叫中国先进研究堆,一个是反映在它的指标上,中国先进研究堆的反应堆功率、最高热中子注量达到亚洲地区最高水平,在世界上排名前三位,因此说它是比较先进的。
在设计上,这个堆采取了很特殊的设计来确保安全,所以不会发生堆芯熔化,不需要厂外撤离。中国先进研究堆将来不仅仅是支持核电的科研,而且也是我国核科技国际竞争实力的重要体现。
从核电的利用上来看,它是核材料和核燃料元件辐照检验的重要平台。对于我们好多和核电相关的研发,例如新型燃料元件的开发、热工水力相关的研究也都提供了一个非常重要的平台。但是利用的程度怎么样,需要靠我们科技人员去动脑子,利用好它的特点。
中国能源报:在乏燃料后处理方面,中国原子能研究院承担了国家的重要任务。能介绍一下这方面工作的情况吗?
赵志祥:后处理能力是核原料循环体系建设中一个非常关键的因素。后处理可以将乏燃料中的有用部分提取出来继续利用。另一个作用就是大大减少了需要最终深埋的放射性废料。前面所说的一座百万千瓦核电站一年卸出30吨核废料,如果经过后处理,至少可以减少90%。要知道运输和地质处置放射性废料是非常昂贵的。通过后处理,剩下的乏燃料毒性大大降低,这就使得最终处置所要求的标准降低,同样降低了地质储存的风险和成本。
而且通过后处理,我们还可以拿到一些非常昂贵的材料。例如钚238,现在非常贵,一公斤差不多一亿人民币左右,但是却可以作为乏燃料后处理的一种附产品提取到。
我国已经决定发展乏燃料后处理,那就必须要建后处理厂。后处理的研究工作一直是在我院进行,目前在甘肃建了一个中试厂,下一步就是要建商用的后处理大厂。目前,建设后处理大厂的规划还没有出台,但是我们自己的工作肯定要跟上。现在我院的先进无盐二循环技术流程,已经在实验室内完成温实验。明年将开展热试验,然后再到中试厂进行试验。如果都取得成功,就将用于商用后处理大厂,这样的话就将成为我国重大专项研发的一个亮点。毕竟我们不能老是买国外的技术,当然还有一些设备研发和其它的工作要跟进。
不过,设备国产化必须要走过这些路,引进不能解决所有问题。总对国产设备不放心,那我们就永远迈不出这一步。
我国创新体系建设相对滞后
中国能源报:您觉得我国核电科技创新的能力现在如何?
赵志祥:应该说我国是世界公认的核大国之一,在核电科技创新这一块具备一定的基础和能力。为什么到现在我国还没有一个自主知识产权的核电品牌出来,这个过程有一些问题需要我们反思。核电应该说面向的是民用市场,但是核又具有特殊性,如何处理好市场机制与核的特殊性之间这样一种关系,这是需要思考的一个问题。举一个例子,我国现在核燃料产业还实行专营政策,也有一种声音认为应该市场化。但我认为现在进行市场化就是把民族产业压缩了。国外有多年的积累、已经形成了规模,能够低价进入我国市场,那样不需要多久我们自己的核燃料企业就要倒闭。然后,国外产品的价格就会提高,这种事情过去不止一次发生过。韩国为什么做得好?因为他有鼓励自己民族产业发展的政策,他在市场化和核电的特殊性这一问题上处理得比较好,这正是我们需要改进的。
第二个方面,我国的整体基础比较薄弱。上个世纪八十年代初到九十年代,国家提出要面向国民经济建设主战场,所以对核的基础能力投入都有一些降低。因此,我国目前的基础相比于核大国来说还是比较薄弱。另外一方面,我们有限的资源没有很集中的使用,没有发挥社会主义的优越性。例如,我国核科技人才就这么多,现在各企业对人才的争夺非常激烈,这就导致人才稀释。简单的说,两个人才合作,那是一加一大于二;反之,一个人才加一个外行,那是一加一小于二,整体的科技实力反而是变弱了。
中国能源报:您认为我国核电科技的创新体系现状如何呢?
赵志祥:我理解的创新体系有两层含义,一层是从创新的全过程来说它要先有新的想法,然后开展若干个基础研究,实现关键技术的突破,再技术集成,进行工业示范,最后再进入市场变成产品,这个过程叫做创新。那么,这个创新体系的各个环节需要有机的联系。如果我们是搞技术的只搞技术,搞产业的只搞产业,各个环节之间是断裂的,那就不能称之为一个体系了。
第二层含义是我们从核电的产业链来看,核电科技创新体系必须包括产业链上的各个环节。从纵横两个方面来看,我国的核电科技创新体系基本上已经有这样一个框架了,但是在个别环节上与核电先进国家的差距还比较大。还是以快堆为例,我们计划 2020年建成示范堆,2030年实现商业推广,那么我们就需要着手建设前端的快堆燃料生产线和后端针对快堆的后处理设施,这样才能发挥快堆的作用,但整个的体系的建设还有些滞后。现在确实应该采取有利的措施,积极地推进完整的核电科技创新体系建设,缺什么补什么,必须要及早做出安排和部署。