記者日前在中國(guó)能源研究會(huì)核能專業(yè)委員會(huì)舉辦的“生態(tài)核電”論壇上了解到，隨著核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國(guó)際核能界正將核能燃料的更新?lián)Q代和創(chuàng)新研發(fā)作為提升核電本質(zhì)安全的路徑，包括中國(guó)在內(nèi)的核電國(guó)家正在該領(lǐng)域積極開(kāi)展嘗試和探索。

高成本制約核能發(fā)展

廈門大學(xué)能源學(xué)院院長(zhǎng)李寧在“生態(tài)核電”論壇上介紹，核電從最初的高速發(fā)展，到上世紀(jì)九十年代陷入停滯，發(fā)展疲軟狀況持續(xù)了二十多年。“目前全球無(wú)碳電力的發(fā)展中，核電占比較高。但最近十年中，核電發(fā)展卻全面落后于水電、風(fēng)電和光伏發(fā)電。”

據(jù)了解，全球目前在運(yùn)400多臺(tái)反應(yīng)堆，容量?jī)H接近400GW。全球核能發(fā)電裝機(jī)比例約為10.3%，但在一次能源的利用中，核能的利用率不到5%。

成本上升以及公眾對(duì)核電安全的擔(dān)憂，無(wú)疑是當(dāng)下核電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)中，未來(lái)核能都只有小規(guī)模增長(zhǎng)。一位參會(huì)的業(yè)內(nèi)專家表示，隨著安全標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，核電的經(jīng)濟(jì)性和部署靈活性正在降低。

記者了解到，長(zhǎng)期以來(lái)，核電安全防護(hù)采用的都是縱深防御的概念。“以往采用的方案是，加強(qiáng)縱深防御，進(jìn)一步防護(hù)。一層不夠兩層，兩層不夠三層。除了反應(yīng)堆本身，外面的大部分系統(tǒng)都是反應(yīng)堆的安全應(yīng)急系統(tǒng)。”李寧指出，“目前核電的安全應(yīng)急系統(tǒng)占到了整個(gè)核電站反應(yīng)堆構(gòu)造的30%-40%。”

對(duì)于系統(tǒng)冗余和成本增加的問(wèn)題，一位業(yè)內(nèi)人士向記者表示，縱深防御概念本身目的是為了讓核電站更加安全，但防御的思路或許會(huì)逐漸發(fā)生變化。“比如將一層層的外部防御轉(zhuǎn)移到反應(yīng)堆內(nèi)部的燃料安全防御，讓燃料變得更安全，相應(yīng)的外部防御減少，使核電站的成本得以下降。”

聚焦燃料優(yōu)化

“長(zhǎng)期以來(lái)，大家都認(rèn)為核電站的核燃料采購(gòu)管理和燃煤電廠是一樣的配置。這種思維下，沒(méi)人想要去改變氧化鈾燃料和鋯合金包殼，優(yōu)化和改革也僅僅局限于工程設(shè)備。除了燃料本身，什么都能改。”李寧認(rèn)為，保障核能安全要調(diào)整思路和角度。

李寧介紹，核電最大的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)是放射性泄漏和污染發(fā)生。“災(zāi)害=放射性總量×放射性泄漏幾率，所以不論放射性總量有多少，降低泄漏幾率就能避免或降低災(zāi)害發(fā)生。而放射性總量由能量決定，幾率由燃料和堆型決定，這種情況下，應(yīng)該對(duì)各種基于安全的設(shè)計(jì)路徑以及反應(yīng)堆堆型進(jìn)行系統(tǒng)性分析。放射性物質(zhì)在燃料中，要防范放射性，就要聚焦燃料本身。”

“我們要意識(shí)到，核燃料是能量和放射性的集中所在，現(xiàn)有燃料芯塊對(duì)裂變產(chǎn)物的結(jié)合與圍堵較弱，燃料包殼同時(shí)承擔(dān)結(jié)構(gòu)和包容功能。所以要重新聚焦于核燃料與包殼。”李寧表示。

資料顯示，目前核電的成本中，建造成本占60%-80%，運(yùn)維成本占15%-20%，燃料成本占5%-15%。

上述業(yè)內(nèi)專家進(jìn)一步表示，燃料成本的占比較低，其改造升級(jí)或者造價(jià)的增加，應(yīng)該不會(huì)對(duì)整個(gè)核電站的建造產(chǎn)生顛覆性的影響。但是，核燃料上的改進(jìn)卻可以帶來(lái)整體安全性和經(jīng)濟(jì)性的提升。“對(duì)核電競(jìng)爭(zhēng)力而言，非常重要。”

本質(zhì)安全新實(shí)踐

據(jù)記者此前了解，福島核事故發(fā)生后，基于更安全、更可靠以及更具經(jīng)濟(jì)性的考慮，美國(guó)、法國(guó)等核電強(qiáng)國(guó)紛紛加強(qiáng)了先進(jìn)燃料型號(hào)及材料的研發(fā)。

法國(guó)Orano(原阿海琺)新型核燃料陣營(yíng)中主要包括ATRIUMTM11先進(jìn)沸水堆燃料，以及GAIA和HTPTM壓水堆燃料。該公司曾透露，從2020年將開(kāi)始向4個(gè)不同的核電設(shè)施供應(yīng)ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。

此外，美國(guó)西屋等公司專注于具有事故容錯(cuò)燃料(ATF)特征的新型核燃料研發(fā)。據(jù)了解，ATF可以提高燃料元件抵御嚴(yán)重事故的能力，與現(xiàn)有核燃料相比，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)抵抗嚴(yán)重事故工況。有預(yù)計(jì)認(rèn)為，采用事故容錯(cuò)燃料技術(shù)研制的新型核燃料有望于2022年前后在商業(yè)反應(yīng)堆中測(cè)試并推廣。

公開(kāi)信息顯示，我國(guó)ATF國(guó)家重大專項(xiàng)已在概率設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與選型方法、燃料元件三維分析軟件開(kāi)發(fā)及行為研究、安全分析評(píng)價(jià)、概率安全分析、離子輻照方法與分析等燃料總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)方面取得一定研究成果，正在進(jìn)一步探索燃料升級(jí)，提升核能利用的安全性。

中廣核研究院副總經(jīng)理郝志堅(jiān)曾在國(guó)家科技重大專項(xiàng)事故容錯(cuò)燃料研發(fā)項(xiàng)目專家委員會(huì)第二次全體會(huì)議上表示，中廣核順利完成了ATF燃料概念設(shè)計(jì)，并突破了先進(jìn)包殼與芯塊材料的成分設(shè)計(jì)與制備工藝，初步評(píng)價(jià)了事故工況下ATF的安全收益。

此外，中核集團(tuán)董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記余劍鋒日前公開(kāi)表示，該集團(tuán)從2010年開(kāi)始研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CF系列燃料組件。目前，在MOX燃料元件、環(huán)形燃料元件、耐事故燃料元件等新型燃料元件技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域也取得重大進(jìn)展。