中美核電技術(shù)

1、閑談核電技術(shù)未來何奎謝菲爾德大學(xué)機械工程系最近國際上發(fā)生幾件大事，歐元急劇貶值，中國足球隊表現(xiàn)出要沖出亞洲的樣子，等等，讓人 應(yīng)接不暇。然而最大的變化，作為井底之蛙的人類，是看不到的。那就是極端氣候已經(jīng)嚴重影 響到人們的生活，迫使以前不愿意承擔(dān)減排任務(wù)的美國開始考慮付出更多的努力來減排。核能 顯然是一種重要的減排手段，這是奧巴馬2011喊出復(fù)興核能的根源。然而，日本福島核事故 給他潑了瓢冷水。時至今日，不僅美國，還包括其它有核電國家都被該事故所拖累。公眾談核 色變，核電計劃無法繼續(xù)推進。這種狀況主要是由于公眾對核電了解不深引起的。大家都有個 常識，當(dāng)你不認識一個人或事物時，就會有緊張感。關(guān)于核

2、電公眾認識還是太粗淺。認為核電 出事后就會死很多人，但實際上人類最嚴重的一次核電事故，切爾諾貝利核電事故，因為核電 輻射死亡的人數(shù)只有7000人，死這么多人歸根結(jié)底還是由于前蘇聯(lián)政府封鎖消息，想憑大國 一己之力撲滅這場災(zāi)難，反觀同樣是嚴重核事故的三里島事件，并沒有造成任何人員傷亡。需 要糾正大家的一個偏見是核事故不同與核爆炸，它的發(fā)生是緩慢的，在事故擴散之前，專業(yè)人 員完全有能力爭取時間，讓大家離開受影響的區(qū)域，日本福島事故就是很好的例子。核電讓人 恐慌首要原因是其輻射影響是深遠的，不僅影響當(dāng)代人，也會影響下一代人。由輻射引起的疾 病是廣泛的，可怕的，不可治愈的。然而人類從來就不會因為經(jīng)歷了一

3、場災(zāi)難而停止發(fā)展的腳 步，要不然就不會有今天的飛機，火車和輪船。每天都有關(guān)于上述交通工具的事故，但是人們 似乎從來不認為這些東西應(yīng)該停止發(fā)展。核電之所以有人反對，最根本的原因還是有其他替代 能源可以用。如果別無選擇人類只好背水一戰(zhàn)。公眾不了解的是，現(xiàn)在的核電技術(shù)還是上個世紀50-60年美蘇爭霸時期兩國競爭的產(chǎn)物。現(xiàn)今 的幾個主要反應(yīng)堆堆型，如輕水堆，金屬熔融鹽堆等都是這個時期提出的。蘇聯(lián)解體以后，美 國失去了最重要的競爭對手，因此關(guān)于核技術(shù)的研究經(jīng)費大量被削減，幾個商業(yè)公司只從當(dāng)時 所提出的幾個堆型里挑出一些相對技術(shù)成熟的堆型，如輕水堆，進行應(yīng)用推廣。在漫長的近 40年里核電技術(shù)進步緩慢。即使

4、是這樣，今天核電也發(fā)展到了第三代，安全性也前所未有地 提高，已對造成核事故最多原因的-人的因素進行最大防范。公眾還沒有意識到的是，對于別的國家，面對核電，他們還可以有選擇，但是對一個有13億 人口的國家，我們無法對核電說不。如果13億人都過上現(xiàn)代化的生活，多建火力發(fā)電廠，我們 就會失去藍天，新鮮空氣，多建水壩，我們已經(jīng)沒有那么多河流，多建風(fēng)電，太陽能，我們還 沒有富到用的起。作為一個人口如此眾多的國家，發(fā)展高能量密度的核電廠，是解決減少污染 排放的不二法門。最近，作為全球核電技術(shù)最強的國家，美國也覺得不該躺在過去的功勞簿上，應(yīng)該大規(guī)模改進 核電技術(shù)，克服其現(xiàn)有的弱點。美國做出這樣的反應(yīng)最根本的

5、原因在于它感受到來自中國的威 脅。如今公眾不知道的是，中國對幾乎所有第四代反應(yīng)堆堆型進行全面的基礎(chǔ)研究開發(fā)。這些 堆型最初是由美，英，法于2000年提出的，包括，超臨界水冷堆（本人研究的方向），超高 溫氣冷堆，氣冷快堆，金屬熔融鹽堆，鈉冷快堆，鉛冷快堆。現(xiàn)在中國已經(jīng)在超臨界水冷堆和 高溫氣冷堆取得了一定進展，其中高溫氣冷商業(yè)示范堆已經(jīng)開始在山東石島灣建設(shè)。中國進步如此之快，無不與我們的舉國體制，和巨大的商業(yè)需求推動有關(guān)。今年開年，中國國 家主席習(xí)近平就我國核工業(yè)創(chuàng)建60周年作出重要指示，鼓勵在安全的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展核電。山雨欲來風(fēng)滿樓，核電在減速4年后就要迎來加速發(fā)展期。然而，中國核電同行們還任

6、重而道 遠。拋開技術(shù)進步不說，對公眾進行核電知識的宣傳已經(jīng)落后于發(fā)達國家，當(dāng)然這與中國國情 是政府強勢而民眾弱勢有關(guān)。但是民眾的自我保護意識正漸漸增強，已經(jīng)到了影響核電建設(shè)的 程度。2012年，國家計劃在江西彭澤縣建設(shè)核電站，而遭到上游望江縣反對就是個例子。本文將對中美核電技術(shù)做綜合比較，懿旨讓公眾知道未來核電發(fā)展的方向，增強公眾對核電的 信心。另外一個原因，在于本人發(fā)現(xiàn)，中美的核電技術(shù)發(fā)展思路已經(jīng)有分化，而美國的設(shè)計理 念的改變是發(fā)人深思的。眾所周知，美國是一個高度市場化的國家，這種市場化體現(xiàn)在私人引領(lǐng)的技術(shù)進步所占的比重 很大。私人引領(lǐng)的技術(shù)進步往往是高度盈利的，其相關(guān)項目的特點是研發(fā)周期

7、不是太長，投入 不是太大。這就是美國政府減少對核電的研究開發(fā)以后，美國核電技術(shù)就沒有什么革命性突破 的原因。在有更高盈利項目的時期，私人資本是不會進入研發(fā)周期長，投入大，具有高度風(fēng)險 的核電技術(shù)開發(fā)。然而核電發(fā)展的思路改變以后，就會改變這種局面。私人資本無法投資大型 核能發(fā)電的開發(fā)實驗，但是他們有能力投資小型的實驗反應(yīng)堆。而這正是反應(yīng)堆未來發(fā)展的一 個方向，即反應(yīng)堆不是向大的方向發(fā)展而是向小的方向發(fā)展?，F(xiàn)在反應(yīng)堆越做越大主要是為了 提高經(jīng)濟性，但是也帶來了建設(shè)周期長，發(fā)生事故就危害大，波及范圍廣的問題。所謂小型反 應(yīng)堆，就是指發(fā)電功率300兆瓦以下，壓力容器直徑5米以下，相比單堆功率1000兆

8、瓦的大 型反應(yīng)堆，體型堪比迷你。但是經(jīng)過計算，這種反應(yīng)堆單堆發(fā)電也可供美國45000個家庭使 用。為此，美國政府已經(jīng)投入4億5千萬美元進行相關(guān)研究，這還不是重點，重點是一些私人 企業(yè)，如比爾蓋茨基金會，Babcock & Wilcox公司，已經(jīng)進入小型堆商業(yè)開發(fā)。美國歷史經(jīng)驗 表明，私人公司加入某個行業(yè)，這個行業(yè)就離突破性進展不遠了，因為私人的資本往往比政府 資本嗅覺更靈敏，也講求效率。為了讓公眾對未來該發(fā)展方向有所了解，現(xiàn)對小型反應(yīng)堆進行 簡要介紹。小型反應(yīng)堆具有以下特點：可以模塊化設(shè)計制造。只要將工廠生產(chǎn)的幾個模塊拼接在一起就可以形成一個發(fā)電廠，這使 得電站建設(shè)速度可以很快。由于體型小還可

9、以將反應(yīng)堆放入地下，以減少地震海嘯對反應(yīng)堆的 影響。冷卻系統(tǒng)是被動的。可以利用冷卻劑的自然循環(huán)來冷卻堆芯。而且冷卻劑偏向使用氣體和融 融的固體，這也進一步減少了如福島事故時水分解產(chǎn)生氫氣，然后爆炸的可能。裝料少。這就意味著即使反應(yīng)堆發(fā)生泄漏，其影響也非常有限。經(jīng)濟性的問題可以通過建設(shè)小反應(yīng)堆集群的方式來解決。單堆功率雖小，但是可以通過多堆 并網(wǎng)發(fā)電的方式提高經(jīng)濟性，每個堆都是獨立的，即使一個產(chǎn)生問題，可以立刻用卡車拉走處 理，補充新堆，對電站沒有什么影響。任何現(xiàn)有堆型都可以小型化。這就決定小型堆往往可以采用最先進的堆型設(shè)計，因為很多先 進堆的實驗堆型就是小型化的。一些先進快堆設(shè)計可以使用傳統(tǒng)核

10、電站產(chǎn)生的核廢料作為原料， 從而處理了核廢料堆積的問題?，F(xiàn)階段正在開發(fā)的小型模塊化反應(yīng)堆主要有：西屋公司小型化AP1000堆型。該堆型完全采用AP1000的技術(shù)，但是單堆功率從標準的 1200兆瓦下降到225兆瓦。冷卻方法為自然循環(huán)水冷。反應(yīng)容器大小為高27m，直徑9.8m. 一 個發(fā)電廠占地面積從50英畝減小到15英畝，建設(shè)周期從幾年下降到18個月。每2年需要更 換反應(yīng)原料。mPower堆型。Babcock和wilcox基于核潛艇和航母用反應(yīng)堆技術(shù)，提出了一種自然水冷單 堆功率160兆瓦的堆型。其大小為高23m，直徑4.3m，冷卻系統(tǒng)，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)集成在一個 容器內(nèi)，可以使用鐵路和輪船運輸。

11、燃料更換周期4年。Nuscale堆型。自然水冷，單堆功率非常小，只有50兆瓦，但是這個堆型設(shè)計理念的核心是 采用12堆堆群建設(shè)，使電廠總功率達到600兆瓦。通用公司GT-MHR堆型。高溫氣冷，單堆功率285兆瓦。該堆型最初設(shè)計用來處理前蘇聯(lián)核 彈頭中的核材料，該堆特點是可以燃燒武器級的钚。Hyperiono單堆功率只有25兆瓦。反應(yīng)堆體也縮小到高2.5m，直徑1.5m。換料時間10年， 因此，該設(shè)計適合一些遠離電廠的煉油廠。Prism。通用東芝聯(lián)合設(shè)計的鈉冷快堆。6年換料，單堆功率311兆瓦。這一快堆設(shè)計一大 優(yōu)勢是可以燃燒核廢料。熔融鹽反應(yīng)堆。由于釷資源比鈾資源更豐富，所以該設(shè)計能部分解決原料來源問題。Flibe。該堆型是應(yīng)美國軍方的要求設(shè)計，要求反應(yīng)堆可以裝進集裝箱，方便運輸?shù)揭恍┸娛?基地，提供發(fā)電服務(wù)。要求使用鈾233和釷作為燃料。這2種核材料都不