核電已成為破解科學(xué)降碳和用能成本難題的重要選項

——2024第三屆深圳核博會觀察

“核能作為新型能源體系中的關(guān)鍵力量，承載著推動能源高質(zhì)量發(fā)展的重要使命。核電已成為破解科學(xué)降碳和用能成本難題的重要選項，也成為多元化清潔能源供給體系的重要組成部分。”在日前召開的2024年第三屆中國核能高質(zhì)量發(fā)展大會上，國家能源局監(jiān)管總監(jiān)黃學(xué)農(nóng)表示。

核能作為低碳基荷能源，具有高科技含量、高能源密度、高穩(wěn)定性等典型特點(diǎn)，在我國能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中扮演著重要角色。

數(shù)據(jù)顯示，2023年我國清潔能源發(fā)電量約3.1萬億千瓦時，其中核電4300億千瓦時，占比超過13%。“在全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，我們面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，必須貫徹落實新發(fā)展理念，聚焦打造核能新質(zhì)生產(chǎn)力，推動核能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。”中國能源研究會理事長史玉波表示。

在運(yùn)在建裝機(jī)規(guī)模躍居世界首位

黨的十八大以來，在“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略指引下，我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化、綠色低碳轉(zhuǎn)型取得積極進(jìn)展，走出了一條符合國情、適應(yīng)全球發(fā)展大勢、適應(yīng)時代要求的能源轉(zhuǎn)型之路。

“在能源低碳轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，核能是目前可實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展且支持低成本低碳轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實選擇，人類實現(xiàn)碳中和離不開核能的貢獻(xiàn)。”中核集團(tuán)戰(zhàn)咨委委員白云生表示。

數(shù)據(jù)顯示，2023年全球核電發(fā)電量為2.7萬億千瓦時，核能發(fā)電量約占全球總發(fā)電量的9%左右，占世界低碳發(fā)電量的23%。從1971年到2023年，全球核能發(fā)電累計等效減少二氧化碳排放量約700億噸。

“我國核能事業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已成功實現(xiàn)從跟跑到并跑再到部分領(lǐng)跑的歷史性跨越。以‘華龍一號’‘國和一號’高溫氣冷堆為代表的具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核電工程，成為推動我國核能技術(shù)升級跨越，助力我國戰(zhàn)略高新技術(shù)實現(xiàn)引領(lǐng)突破，從核能大國向核能強(qiáng)國的重要力量，成為新時代我國打造國際影響力的新的國家名片。”中國能源研究會監(jiān)事長韓水表示。

在運(yùn)行機(jī)組規(guī)模方面，史玉波介紹，截至目前，我國已投運(yùn)核電機(jī)組5808萬千瓦，核準(zhǔn)在建5505萬千瓦，在運(yùn)在建裝機(jī)規(guī)模躍居世界首位。

此外，在廣東、浙江、福建等電力負(fù)荷中心地區(qū)，核電發(fā)電占比已經(jīng)接近或者超過了20%，有效發(fā)揮了核電在電力保供、電網(wǎng)支撐和清潔降碳等方面的作用。

“核能是低碳清潔的高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，發(fā)展核能已成為各國應(yīng)對全球氣候變化的共同選擇。”中國廣核集團(tuán)有限公司黨委副書記、總經(jīng)理高立剛表示，中廣核始終積極服務(wù)國家戰(zhàn)略，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈在科技創(chuàng)新、設(shè)計建造、燃料保障等方面的牽引作用，與合作伙伴一道，共建先進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，以高水平自立自強(qiáng)先進(jìn)核能技術(shù)助推行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

堅持“熱堆-快堆-聚變堆”發(fā)展戰(zhàn)略

聚焦核能發(fā)展路徑，我國核能“熱堆—快堆—聚變堆”的發(fā)展戰(zhàn)略(以下簡稱“三步走”戰(zhàn)略)被與會專家頻頻提及。

據(jù)了解，該戰(zhàn)略提出于1983年，其核心內(nèi)容是解決我國核能可持續(xù)發(fā)展、核燃料長期安全有效供應(yīng)的問題。

近年來，按照核能“三步走”戰(zhàn)略的發(fā)展脈絡(luò)，我國在熱堆、快堆以及可控核聚變領(lǐng)域均取得了不同程度的進(jìn)展，為我國核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動能。

在熱堆方面，目前，我國熱堆技術(shù)日臻成熟，熱堆在核能發(fā)電中的占比達(dá)到90%以上，是近中期我國核電發(fā)展的主力堆型，在支撐我國“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)、優(yōu)化能源電力結(jié)構(gòu)、建設(shè)新型能源體系中發(fā)揮著重要作用。

作為“三步走”戰(zhàn)略的中間環(huán)節(jié)，快堆核能系統(tǒng)則具有鈾資源利用率高、反應(yīng)堆固有安全性高、高放廢物最小化等優(yōu)勢。如在鈾資源利用率方面，目前熱堆反應(yīng)主要原料為鈾-235，但鈾-235在天然鈾中的比重僅為0.7%左右，絕大部分自然界中的鈾資源沒有得到利用。快堆則可充分利用天然鈾資源中占比達(dá)99.3%的鈾-238，從而可提高鈾資源的利用率。

“在我國核燃料后處理、示范快堆近期取得成就的基礎(chǔ)上，經(jīng)多方論證，中核集團(tuán)提出了一體化快堆核能系統(tǒng)。作為我國下一步核裂變能發(fā)展目標(biāo)，其可產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并可在時間上滿足‘雙碳’目標(biāo)對核能發(fā)展需求。”白云生表示。

一體化快堆是同廠址布置的快堆核能系統(tǒng)的簡稱。即將快堆、燃料再生子項(含乏燃料后處理和新燃料制造)及其他配套子項置于同一廠址，從而構(gòu)成廠內(nèi)核燃料自持循環(huán)、快速循環(huán)的完整核能系統(tǒng)。

“快堆對工業(yè)钚需求很大，呈‘前緊后松’狀態(tài)，應(yīng)把握節(jié)奏，循序漸進(jìn)發(fā)展，力爭2035年建成一體化快堆首堆工程。”白云生介紹。

在熱堆與快堆技術(shù)快速發(fā)展的同時，我國也在聚變領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)著突破。

“聚變能具有資源豐富、利用率高、環(huán)境友好等優(yōu)勢，是人類未來的理想能源。”中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任顏曉虹表示。

據(jù)顏曉虹介紹，我國聚變研究始于20世紀(jì)50年代，幾乎與世界同時起步。同時自2008年開始，每年設(shè)立國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項，加大聚變技術(shù)的研發(fā)投入，加大對聚變能源研發(fā)人才的支持力度。目前已初步形成了一支具有國際視野的高水平聚變科學(xué)、工程技術(shù)和管理人才隊伍。

不過顏曉虹也坦言，從國際熱核聚變實驗堆到聚變電站仍面臨一些科學(xué)技術(shù)難題，面向未來能源，尚需要所有各界的協(xié)同努力。

總體來看，白云生強(qiáng)調(diào)，我國應(yīng)堅持“熱堆—快堆—聚變堆”發(fā)展，熱堆發(fā)展以大型先進(jìn)壓水堆為主，持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化建設(shè);快堆發(fā)展以鈉堆快堆核能系統(tǒng)為主，實現(xiàn)燃料閉式循環(huán)，逐步形成核能熱—快二元利用體系;聚變堆發(fā)展以磁約束為主，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和工程驗證，盡早實現(xiàn)工程化應(yīng)用。

核能綜合利用

實現(xiàn)了核電向核能的轉(zhuǎn)變

核能是清潔低碳安全高效的優(yōu)質(zhì)能源，在發(fā)電的同時，還可以為經(jīng)濟(jì)社會低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展提供多元化服務(wù)。正如在此次會議上，“核能綜合利用”已然成為討論交流中的高頻詞匯。

在此方面，核能供暖更為人所熟知。

“目前城市核供熱主要有兩種方式，一方面可將核電站設(shè)計或改造成熱電聯(lián)供的電站，利用核電站二回路的抽汽向熱網(wǎng)供熱;另一方面可采用城市供熱專用低溫供熱堆，由于參數(shù)低、安全性好，可建設(shè)在城市近郊，具有固有安全性好等優(yōu)點(diǎn)。”中國工程院院士葉奇蓁介紹。

近年來，核電企業(yè)積極探索核能供暖新路徑，在山東海陽、浙江秦山、遼寧紅沿河等地建成了核能供暖示范工程，為冬季清潔供暖提供了新思路。

“我們創(chuàng)新性開展核能綜合利用的研究與實踐，海陽核電開創(chuàng)了國內(nèi)核能供暖的先河，打造了國內(nèi)首個零碳供暖城市，‘暖核一號’三期項目的順利投產(chǎn)，開啟了我國跨城核能供暖的新模式。”國家電力投資集團(tuán)有限公司核技術(shù)總工程師劉永德介紹。

與此同時，核電行業(yè)也在不斷擴(kuò)展核能綜合利用的外延，在核能供汽、制氫等領(lǐng)域作出了諸多有益嘗試。今年6月19日，我國首個工業(yè)用途核能供汽項目“和氣一號”在田灣核電基地正式建成投產(chǎn)，首次實現(xiàn)國內(nèi)大規(guī)模核能工業(yè)供汽。

劉永德明確，核能綜合利用實現(xiàn)了核電向核能的轉(zhuǎn)變，重新定義了核能發(fā)展在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的定位，為未來核能產(chǎn)業(yè)多元化發(fā)展方向提供了重要參考。

“我們正以高質(zhì)量推進(jìn)‘國和一號’先進(jìn)三代核電建設(shè)和核能綜合利用落地為目標(biāo)，積極引領(lǐng)核能產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈建設(shè)，建設(shè)系列技術(shù)品牌基地，努力提升核電產(chǎn)業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為我國核能事業(yè)的安全持續(xù)健康發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。”劉永德表示。