我國核電建設(shè)情況及發(fā)展前景怎樣?

杜忠明(電力規(guī)劃設(shè)計總院黨委書記、院長)：核電作為一種清潔能源，是我國主要的電力來源之一，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、構(gòu)建新型能源體系、助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要作用。

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核電是指利用鈾核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電，具備能量密度高、單機功率大、土地利用率高、不受季節(jié)和氣候影響、發(fā)電成本穩(wěn)定且相對較低等特點，可長期穩(wěn)定高效運行。相比其他發(fā)電方式，核電機組的年發(fā)電利用小時數(shù)常年保持在7000小時以上，位居所有電源之首，而且在生產(chǎn)過程中不排放二氧化硫、氮氧化物、煙塵和二氧化碳。核電全壽期二氧化碳排放當(dāng)量僅約12.2克/千瓦時，與水電基本持平，低于風(fēng)電、光伏。安全是核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提，現(xiàn)有的三代核電主要在安全系統(tǒng)改進(jìn)上提升了核電站的安全性，已從設(shè)計上實現(xiàn)實際消除大量放射性物質(zhì)釋放的可能。

自1985年秦山核電開工建設(shè)以來，經(jīng)過近40年的發(fā)展，我國已躋身世界核電大國行列。截至目前，我國商運核電機組超50臺，主要集中在沿海的遼寧、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西和海南8省(區(qū))，總裝機容量超5600萬千瓦，位列全球第三，僅次于美國和法國。在建核電機組超20臺，在建機組裝機容量已連續(xù)十多年保持全球第一?！叭A龍一號”機組陸續(xù)投運，標(biāo)志著我國實現(xiàn)了由二代向自主三代核電技術(shù)的全面跨越。全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站石島灣高溫氣冷堆示范工程首次并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核能技術(shù)的國家之一。

我國核電工程建設(shè)隊伍不斷發(fā)展，具備同時建造40余臺核電機組的工程施工能力，能夠應(yīng)對多項目、多基地、幾個堆型同步建設(shè)的挑戰(zhàn)。核電平均建設(shè)工期為73個月(含AP1000、EPR等首堆工程)，低于全球平均水平85個月。“華龍一號”全球首堆福建福清核電5號機組，從開工建設(shè)到投入商運歷時約68個月，如期完成建設(shè)目標(biāo)，成為全球首個按期投產(chǎn)的三代核電首堆。此外，我國已實現(xiàn)核安全關(guān)鍵設(shè)備和材料的自主研發(fā)和國產(chǎn)化，自主三代核電綜合國產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，形成了每年8—10臺(套)百萬千瓦級核電主設(shè)備供貨能力?！皣鸵惶枴?、快堆和小型堆示范工程正按期有序推進(jìn)，釷基熔鹽堆、鉛基快堆、聚變堆等先進(jìn)反應(yīng)堆系統(tǒng)研發(fā)取得新進(jìn)展，并走在世界前列。

我國高度重視核安全，建立了嚴(yán)格的核安全監(jiān)管體系，在運核電安全總體水平居世界先進(jìn)行列。近年來，在世界核電運營者協(xié)會同類機組綜合排名中，80%以上指標(biāo)優(yōu)于世界中值水平，70%以上指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)值。同時，建立了較為完整、自主的核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，核燃料供應(yīng)及后端處理能力不斷增強，形成了加大國內(nèi)鈾資源勘查開發(fā)力度、加強海外天然鈾開發(fā)、提高天然鈾產(chǎn)品和資源儲備能力、拓寬國際鈾資源貿(mào)易的鈾資源保障體系，從而滿足中長期核電發(fā)展需要。

核電在電力供應(yīng)方面將發(fā)揮更大作用，成為新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要支撐性電源。全社會用電量將在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定增長，預(yù)計2030年超過12.5萬億千瓦時，年均增長約4.2%;電力在終端能源中的消費占比將持續(xù)提高，2030年達(dá)到35%左右。基于電力和電量需求平衡分析，未來我國核電需維持一定的建設(shè)速度與規(guī)模，在確保安全的前提下，積極有序推動沿海核電項目建設(shè)。

我國具有完整的核工業(yè)體系，目前核電產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)成效如何?

白云生(中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院院長)：核電既有“核”的特點，也有“電”的屬性，具有高科技產(chǎn)業(yè)知識密集、資金密集、人才密集等特征，涉及上下游幾十個行業(yè)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，產(chǎn)業(yè)鏈長，帶動性強。隨著我國核能的持續(xù)發(fā)展，核電產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)逐步建立并不斷完善，已形成涵蓋核電研發(fā)設(shè)計、核電建造、天然鈾生產(chǎn)、核燃料加工、裝備制造、核電運營、核電退役、乏燃料及核廢物管理等的核電全產(chǎn)業(yè)鏈。

在核電研發(fā)設(shè)計方面，創(chuàng)新能力持續(xù)增強，自主品牌逐步建立。我國核電研發(fā)設(shè)計經(jīng)歷了從技術(shù)后援到引進(jìn)、消化吸收、自主設(shè)計再到自主品牌形成的過程，逐步實現(xiàn)了百萬千瓦級壓水堆核電站研發(fā)設(shè)計的“四級跳”。目前，已擁有“華龍一號”和“國和一號”兩種自主三代核電技術(shù)，掌握高溫氣冷堆研發(fā)設(shè)計技術(shù)，國內(nèi)各核電集團(tuán)積極推進(jìn)小型壓水反應(yīng)堆研發(fā)設(shè)計和示范應(yīng)用，鈉冷快堆、鉛基快堆、釷基熔鹽堆等先進(jìn)核能系統(tǒng)的研發(fā)和示范項目正在加緊推進(jìn)。

在核燃料加工方面，產(chǎn)業(yè)能力逐步進(jìn)入世界前列。我國已建成南北兩個鈾純化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)基地，新一代鈾濃縮離心機研制進(jìn)展順利，單機分離功能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步提高，建成了覆蓋國內(nèi)多機型、多堆種的核燃料元件加工供應(yīng)能力。目前，擁有壓水堆核燃料元件產(chǎn)能1400噸鈾/年，重水堆燃料元件產(chǎn)能200噸鈾/年，高溫氣冷堆元件產(chǎn)能形成一定規(guī)模，具備快速擴(kuò)充產(chǎn)能規(guī)模的綜合實力。

在核電建造方面，核電工程建設(shè)管理自主化能力及總承包能力持續(xù)提升。我國已全面掌握涵蓋全球首臺AP1000機組、重水堆、壓水堆、第四代核電鈉冷快堆和高溫氣冷堆等國際核電主流及科研堆型的建設(shè)能力，并構(gòu)建了高質(zhì)量精細(xì)化管理新模式。

在裝備制造方面，核電裝備產(chǎn)業(yè)布局已基本完成，核心環(huán)節(jié)自主可控。目前，我國形成了東北、上海、四川三大核電裝備制造基地，發(fā)展壯大了一批核電配套裝備及零部件生產(chǎn)企業(yè)。裝備企業(yè)自主研制的核電產(chǎn)品及系統(tǒng)已成功應(yīng)用于“華龍一號”“國和一號”“玲龍一號”以及示范快堆等核電項目，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，已具備產(chǎn)業(yè)化、批量化生產(chǎn)能力。

在核電運營方面，商運核電機組裝機規(guī)模持續(xù)增長，運行業(yè)績?nèi)蝾I(lǐng)先。根據(jù)世界核電運營者協(xié)會發(fā)布的2022年業(yè)績指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國核電廠滿足該協(xié)會綜合指數(shù)計算條件的51臺機組中，有37臺機組達(dá)到滿分100，占世界滿分機組(74臺)的50%，綜合指數(shù)滿分比例和平均值均高于美國、俄羅斯、法國、韓國等主要核電國家，同時優(yōu)于全球機組的平均水平。

整體而言，核電產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大將持續(xù)帶動上下游產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈自主可控水平也將進(jìn)一步提高。預(yù)計2030年前，我國在運核電裝機規(guī)模有望成為世界第一，在世界核電產(chǎn)業(yè)格局中占據(jù)更加重要的地位。

除了發(fā)電外，我國核電站還有哪些應(yīng)用場景?

劉仕倡(華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院副教授)：我國核電站主要分布在江蘇、浙江、福建、廣東等東南沿海地區(qū)，核電站的主要用途是發(fā)電，通過核反應(yīng)堆產(chǎn)生熱能，驅(qū)動渦輪發(fā)電機發(fā)電，為周邊地區(qū)提供電力。在提供清潔電力的同時，核電站還有其他一些應(yīng)用場景，為生產(chǎn)和生活提供低碳高效的能源保障。

一是工業(yè)供熱和供汽。工業(yè)占我國能源消費總量的70%左右，是碳排放的重點產(chǎn)業(yè)。核電站的工業(yè)供熱效率高，且不會產(chǎn)生大量的廢氣和污染物，可以為周邊工業(yè)區(qū)提供穩(wěn)定的供熱、供汽服務(wù)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。我國主要通過壓水堆提供工業(yè)蒸汽。例如，中核集團(tuán)秦山核電與浙江海鹽縣共同建設(shè)的核能工業(yè)供熱項目，在2022年12月正式建成投用，是我國首個核能工業(yè)供熱項目。中核集團(tuán)田灣核電也啟動核能供汽工程。高溫氣冷堆具有堆芯出口溫度高的優(yōu)勢，也是未來工業(yè)供汽尤其是高品質(zhì)供汽的主要路徑。2021年，石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程首次并網(wǎng)發(fā)電，成為我國探索高溫堆提供工業(yè)蒸汽、開展制氫的重要載體。模塊化小堆如國家電投的“和美一號”、中廣核集團(tuán)和清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的NHR200-Ⅱ低溫供熱堆、中核集團(tuán)“燕龍”泳池式低溫供熱堆等也能夠提供清潔蒸汽，為高耗能產(chǎn)業(yè)提供脫碳方案。

二是清潔供暖。我國大約有三分之一的地區(qū)需要冬季采暖，采暖期達(dá)四至六個月。東北、華北和西北地區(qū)數(shù)百座大中型城市每年需要采暖供熱的熱功率高達(dá)幾十萬兆瓦，年耗煤數(shù)十億噸，占總能源消耗的15%以上。核電站中核反應(yīng)會產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能可以轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水，通過管道輸送到城市的供暖系統(tǒng)中，這種方式比傳統(tǒng)的火電站、燃煤鍋爐等供暖方式更為清潔、高效、可靠。無論是大堆還是小堆供熱技術(shù)，在低碳供熱領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

三是海水淡化。海水淡化是指將海水中的鹽分去除，使其變成可以飲用或用于灌溉的淡水，為周邊地區(qū)提供淡水資源，解決水資源短缺問題，尤其適用于沿海地區(qū)。目前常用的海水淡化技術(shù)主要有三種，即多級閃蒸、低溫多效蒸餾、反滲透。由于核電站能同時提供電能和蒸汽，以上三種技術(shù)都可與核電站耦合。一方面，通過利用現(xiàn)有在運核電站，配套建設(shè)海水淡化設(shè)施以熱電聯(lián)產(chǎn)模式運行。例如，山東海陽核電投運“水熱同產(chǎn)同送”科技示范工程，將海水直接變成95攝氏度的高溫高品質(zhì)淡水;中核集團(tuán)田灣核電在提供電力、工業(yè)蒸汽的同時，也在推進(jìn)海水淡化工程;遼寧紅沿河核電廠已實現(xiàn)利用核電站余熱進(jìn)行海水淡化，為核電機組提供冷卻水，產(chǎn)能為10080立方米/天。另一方面，可研發(fā)建造適用于海水淡化等領(lǐng)域的多用途先進(jìn)核能系統(tǒng)。先進(jìn)核能系統(tǒng)因體積小、靈活性強、功率比大、適應(yīng)性好、應(yīng)用領(lǐng)域廣等綜合優(yōu)勢，在海水淡化領(lǐng)域前景廣闊。我國一直緊跟世界前沿研發(fā)多用途先進(jìn)核能系統(tǒng)，目前已成功研發(fā)“燕龍”“玲龍一號”等，適用于海水淡化、供熱等領(lǐng)域。

四是核能制氫。利用核能可進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)，并且具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案。高溫氣冷堆是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代先進(jìn)核能技術(shù)，具有安全性好、堆芯出口溫度高等優(yōu)勢，其高溫高壓的特點與適合大規(guī)模制氫的熱化學(xué)循環(huán)制氫技術(shù)十分匹配，被認(rèn)為是最適合核能制氫的堆型，也是未來最有前景的核能制氫技術(shù)路線。2021年12月，全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站并網(wǎng)發(fā)電，該示范工程投產(chǎn)后，將進(jìn)一步由單一的“電”向“氫、汽、水、熱、電”五大細(xì)分目標(biāo)市場進(jìn)軍，其溫度參數(shù)也覆蓋乙醇提純、鹽化工、石油化工、煤化工、制氫等領(lǐng)域絕大部分熱源需求，將為“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)提供綜合能源解決方案。

核安全是核電發(fā)展的生命線。未來我國在安全有序發(fā)展核電方面應(yīng)注意些什么?

趙成昆(中國核能行業(yè)協(xié)會專家委員會常務(wù)副主任、國家核安全局原局長)：截至2022年底，全球在運機組422臺，總裝機容量超過3.78億千瓦，分布于世界32個國家或地區(qū)。全球在建核電機組57臺，分布于18個國家和地區(qū)，總裝機容量達(dá)5958萬千瓦。

國際上主要核工業(yè)大國中，美國有92個可運行的反應(yīng)堆，總裝機容量9471.8萬千瓦，核電發(fā)電量占比約為20%。法國有56個可運行的核反應(yīng)堆，分布在沿海及內(nèi)陸，核電發(fā)電量占70%左右。俄羅斯有37臺可運行的反應(yīng)堆，大部分位于西部地區(qū)，核電發(fā)電量占比約為20%。2011年福島核事故后，日本關(guān)停了所有反應(yīng)堆，近年來受能源供應(yīng)緊張等因素影響，經(jīng)監(jiān)管部門批準(zhǔn)已重新啟動10余臺反應(yīng)堆，另有多臺反應(yīng)堆正在進(jìn)行重啟審批。

經(jīng)過70余年的發(fā)展，美國在核能領(lǐng)域建立了完善的法律法規(guī)，形成了完整的核工業(yè)體系和強大的核科學(xué)與技術(shù)研發(fā)能力。但在三里島核事故后，美國大量鈾礦關(guān)閉，產(chǎn)能逐步萎縮，鈾轉(zhuǎn)化、核電建造能力均明顯下降。近年來，美國重新恢復(fù)對核能發(fā)展的重視，《重塑美國核能競爭優(yōu)勢》報告將推動核燃料循環(huán)前端產(chǎn)業(yè)發(fā)展列為首要任務(wù)，實施國內(nèi)鈾儲備，擴(kuò)大核燃料供應(yīng)，重視微堆研發(fā)，推動核能綜合利用加快發(fā)展。

從國際核電發(fā)展看，歷次核事故的發(fā)生讓各國更加深刻認(rèn)識到核安全的重要性。如今，世界主要核電大國正積極研發(fā)第四代核電技術(shù)，進(jìn)一步提升核電的安全性和經(jīng)濟(jì)性。目前，我國核電布局不均衡，在運在建核電機組全部分布在沿海地區(qū)，核電廠址較為稀缺，而且核電發(fā)電量占總發(fā)電量的比重低于當(dāng)前10%的世界平均水平，與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。

在“雙碳”目標(biāo)下，隨著核電規(guī)模發(fā)展，天然鈾的需求量及乏燃料、放射性廢物的產(chǎn)生量將持續(xù)增加。按照2035年在運壓水堆規(guī)模達(dá)到1.5億千瓦預(yù)測，年天然鈾需求量將達(dá)到3萬噸，乏燃料年產(chǎn)生量約0.3萬噸。另外，一座百萬千瓦級壓水堆運行60年，需天然鈾約1萬噸，1.5億核電裝機全壽命周期需天然鈾約150萬噸。因此，進(jìn)一步完善我國天然鈾的保障能力是實現(xiàn)核電可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

我國擁有相對完整的核工業(yè)體系，基礎(chǔ)研究能力也不斷加強，并自主研發(fā)了三代核電技術(shù)“華龍一號”和“國和一號”。受限于整體工業(yè)水平及相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)能力，當(dāng)前我國核電仍有部分關(guān)鍵設(shè)備、材料等還存在短板和弱項。此外，作為“熱堆—快堆—聚變堆”技術(shù)發(fā)展路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，快堆可以大幅度提高鈾資源的利用率，減少高放廢物，對提高核電的經(jīng)濟(jì)性、安全性具有重要意義。世界核能大國在發(fā)展快堆方面均投入大量人力物力，從基礎(chǔ)研究、設(shè)施開發(fā)到示范工程，加大研發(fā)力度，并力爭控制技術(shù)制高點。我國已開展鈉冷快堆示范工程建設(shè)，正在研究更先進(jìn)的一體化快堆核能系統(tǒng)，但離商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用仍有較大差距，在反應(yīng)堆堆芯設(shè)計、干法后處理技術(shù)，以及金屬燃料元件制造等方面需加大研發(fā)力度。除鈉冷快堆以外，國內(nèi)多家單位開展鉛(鉍)冷快堆研究，有關(guān)部門應(yīng)加強引導(dǎo)形成合力，提高研發(fā)效率。

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