新闻中心

新一代核电站陆续建在数十万人口城市区域谁来保障绝对安全？

来源：杏彩体育唯一官网发布时间：2024-11-11 06:37:13

　　近日，烟台市人民政府发布关于烟台市高水平发展核电产业提案的答复，其中披露了烟台市核电项目建设情况及核电产业引育情况，推动实现2024年全市核电项目新增投资190亿元以上。

　　信息由烟台市发改委发出，文章中显示，国家电投山东海阳核电项目和一体化小型堆示范工程项目位于海阳市，总投资1309亿元，规划建设6台压水堆核电机组(单机容量125万千瓦，总装机容量750万千瓦)和1台一体化小型堆(热功率为200兆瓦，最大供汽能力250吨/小时)。

　　海阳市是山东省辖县级市，由烟台市代管。位于山东半岛东南部，烟台市境南部，东邻乳山、牟平，西接莱阳，非流动人口57.48万人，是“地雷战”的故乡。

　　而在去年12月，我国具有完全自主知识产权第四代核电站“华能石岛湾高温气冷堆核电站”已经正式投入商业运行，这也是全球首座投入商业运行的第四代核电站，位于山东荣成市（71万人口）附近100公里远的石岛湾。

　　石岛湾核电站目前发电效率要比第三代核电站约高出10%，装机容量20万千瓦，每年发电量约14亿度，理想状态下可最多为200万户居民提供生活用电。

　　在第四代核电技术的研发商用过程中，中国已经走到了世界前列，但这背后有一个老生常谈的疑问：在人口城市密集区建立核电站，能否保证绝对安全？

　　自从国内绿电加速配置以来，核电也没闲着。8月下旬，国务院常务会公布了一个备受业界关注的决定：核准江苏徐圩一期工程等5个核电项目，共计11台核电机组。

　　这次项目批准之所以受到瞩目，一是因为单次核准数量高，自2022年我国核电项目重回发展轨道后，今年这次审批已经创下了单次核准量新高；二是因为，这些项目虽然以第三代核电技术为主，但也包括了1台高温气冷堆核能发电机组，而“高温气冷堆”正是第四代核电技术路线的一种，且我国具备完全自主知识产权，正处于商业化的开端。

　　它的商用价值体现在哪？江苏徐圩核能供热发电厂一期工程建设规模包含2台百万千瓦级第三代压水堆机组及1台高温气冷堆机组，还配套建设了蒸汽换热站，单台建设的工期要54-58个月。

　　一旦建成投用，将为连云港万亿级石化产业基地大规模供应高品质低碳工业蒸汽，同时利用剩余热能发电，每年供应工业蒸汽3250万吨，最大发电量超115亿度，可减少燃用标准煤726万吨，减少排放二氧化碳1960万吨，绿电减排脱碳一气呵成。

　　国务院总理李强8月19日主持召开国务院常务会议，决定核准江苏徐圩一期工程等五个核电项目

　　第四代核电站常常被称为“未来形态核电站”，那第四代核电站比第三代有何进步之处？

　　在核电领域，通常把上世纪五六十年代建造的验证性核电站称为第一代；七八十年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发成熟的先进轻水堆。第四代核电技术则是指正在开发中的新一代核电技术，国际上对其提出了经济性更好、安全性更高、核废物最少、防止核扩散能力强等多项要求。

　　简单来说，每一代技术的更迭的核心指标就是机组逐步的提升的安全标准，比如第四代高温气冷堆在业内被称为“不可能烧毁的反应堆”，最突出的特性就是“固有安全性”。

　　我们现在常说的风光水电虽好，但是建造起来都有大大小小的问题。水库建设会引起径流、水温、泥沙的大规模变化，风电需要看当地风力强度，光伏要求光照强度达到某些特定的程度才能发电……这种“看天吃饭”的发电方式的痼疾就不可以做到稳定输出，往往需要配套的储能项目才能做到灵活应用。

　　但核电不同，比尔·盖茨曾在自己的书中推崇核电的优势：“核能是唯一能够一年四季、不分昼夜提供较为可靠电力的无碳能源”，它既绿色又高效，再加上可规模生产的优势，一直被视为化石能源的最佳替代选项。但一到推广应用的时候，核安全问题就像一把高悬的达摩克利斯之剑，挥之不去。

　　从发电原理来看，之前《电脑报》文章中提到过的“人造太阳”属于核聚变——若不是反应条件太苛刻，它才是理论上真正的未来能源。但从现实商用的角度看，还是利用核裂变过程释放的能量来发电更符合核电站目前的需求。

　　以第二代技术的代表“压水堆核电站”为例，在核反应堆中，核燃料如浓缩铀要经过裂变反应产生大量的热能，这些热能首先用于加热闭合的一回路系统中的高压水；加热后的水不是直接变为蒸汽，而是通过蒸汽发生器传递热量给二回路系统的水，使其变为蒸汽；随后，高压蒸汽被引导至汽轮机，推动轮机转动，从而带动发电机产生电力。这也代表了目前核电站的运作过程，即核能转化为热能，热能再转换为机械能最终变为电。

　　全球目前430余台现役核电机组中，超七成来自第二代核反应堆，但第二代核反应堆安全缺陷也很明显，发生堆芯融化事故和大量放射性释放事故的概率相对偏高。

　　核工业西南物理研究院一位研究员的解释是，核裂变是一个链式反应，它会不断放热，正常的反应堆是通过发电把热转化成电，消耗热能，但是如果反应堆故障，就需要人为冷却，否则温度就会慢慢的高，最后堆芯熔化，只能封堆。“切尔诺贝利核电站、福岛核电站都采用第二代核反应堆，它们的问题就出在燃料堆停不了，只能不停地用水降温，然后再排出核污水。”

　　如果说第三代核电技术是在第二代技术基础上来优化，增加了非能动设计和专设安全系统，即使发生意外事故，也能实现自我保护；那么第四代核电技术则是从反应堆架构本身进行革新，保证即使在极端事故条件下也不会释放出放射性物质，在废弃物处置方面也有了根本性的提升。这又是怎么做到的？

　　其实最近两年，核电的“复兴”的态势不仅仅出现在中国。今年6月，美国首座第四代核电站Natrium项目在怀俄明州凯默勒市动工，预计2030年完工，其背后最大的号召者正是世界前首富、核能的坚定支持者比尔·盖茨以及他创办能源企业Terra Power。

　　按照堆形架构技术不同，国际上目前主要的第四代核电站技术路线大概有六种：气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和高温气冷堆。其中，我国重点发展的就是高温气冷堆和钠冷快堆，而Natrium项目走的就是钠冷快堆路线。

　　比尔·盖茨其实最早是想跟中国企业合作，研究一种比较特殊的钠冷快堆“行波堆”，但是由于中美科技领域的合作管制，终究是不了了之。这个行波堆乃至钠冷快堆，与传统的核电站最大的不同就在于，作为冷却剂和传递热能的都不是水，而是液态的金属钠。

　　钠冷快堆的全称是“钠冷快中子反应堆（SFR）”，钠的优势就藏在这一个名字中。

　　一方面，用钠作为冷却剂，反应堆中不可能会出现大家最害怕看到的蒸汽，甚至能尽可能的避免熔毁的风险。前面提到的压水堆核电站，一般为了尽可能提升工作时候的温度会施加150个大气压，水的温度能保持在325℃左右进行热量交换还不至于汽化。钠就不一样了，钠的熔点是98℃而沸点高达890℃，工作时候的温度要比水高得多，这就从另一方面代表着如果用金属钠替代水，能不用加压，直接把反应堆工作时候的温度拉到500℃-600℃都行。再者，钠是金属，导热性比水高50倍有余，很容易把能量带走，解决了反应堆最怕的过热问题。

　　另一方面，钠能够适用于“快中子”核反应。“快堆”就是“快中子增殖反应堆”的简称——能量在1电子伏特以下的中子被称为热中子（慢中子），以上被称为快中子。

　　在传统核电站中，水和铀燃料棒之所以是天生一对，是因为水能让中子减速、促使核分裂的发生，同时又能作为冷却剂传递热量。不过水只能“截停”热中子，然后以燃料棒中的铀-235为裂变燃料。而自然界中，铀-235的蕴藏量仅占0.66%，其余绝大部分是铀-238，它占了99.2%，也就是说，反应堆中线%的浓缩铀能量，余下都是会产生辐射的铀-238核废料。

　　如果能让快中子参与反应，快中子会释放出更多中子，这些中子就能够使铀-238转化为钚-239。钚-239也是很好的核燃料，因此当快中子轰击反应区周围的铀238时，铀-238会以特殊的比例将其吸收，产生新的钚-239。

　　于是，新的核燃料不断产生，再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，核废料越烧越少，因而称之为“快中子增殖”。

　　钠在其中的作用就是让中子继续参与核反应，维持反应的连续性。钠和水不一样，它的中子吸收截面非常小，即钠原子根本不会大量吸收中子，所以钠不是“中子减速剂”，也不会让快中子变为热中子。

　　不过钠冷快堆的安全性还是备受质疑，毕竟钠的活性比锂还高，甚至碰水就会爆炸，历史上的钠冷快堆反应堆大多也没有好结果。现在要说服民众它很安全，恐怕光是理论实验还不够，要等Natrium等项目真正落地实践才能证明。更重要的是，当地政府能不能线不被用作核武器燃料？

　　“高温”指的是反应堆堆芯采用石墨、陶瓷等耐高温材料，使得堆芯温度能达到将近1000摄氏度；“气冷”则是指反应堆采用惰性气体氦气进行堆芯冷却和传热，不同于传统核电站的“水冷”方式，核心元件是主氦风机。再加上我国自主研制的“耐高温陶瓷球形燃料元件”，相当于给高温气冷堆的核燃料穿上了铠甲，可以有很大效果预防放射性物质泄漏。

　　这一技术路线能保证高温反应堆在任何情况下，燃料元件最高温度不超过其安全限值。总的来说，第四代核电站的优点和技术突破还有很多值得深挖探讨的，但目前大规模推广面临的问题都差不多，一是经济性，二是能不能突破福岛核电站等事故带来的阴影，从而被大众接受。