第四代核電站

2012年12月9日，中國自主研發的世界首座具有第四代核電特徵的高溫氣冷堆核電站在位於中國東部沿海山東省榮成市的華能石島灣核電廠重新開工建設。石島灣核電站由華能集團、清華大學和中核建設集團合資建設，是中國擁有自主智慧財產權的第一座高溫氣冷堆示範電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統安全特性模組式高溫氣冷堆商用規模示範電站；計畫投資40億元建設一台20萬千瓦高溫氣冷堆核電機組，預計2017年底前投產發電。2016年3月20日，全球首座具有第四代核能系統安全特徵的20萬千瓦高溫氣冷堆核電站山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程，反應堆壓力容器成功吊裝就位。

基本信息

• 中文名：第四代核電站

• 地點：山東榮成
• 投產時間：2017年底
• 投資額：40億

介紹

第四代核電

第四代核能系統是一種具有更好的安全性、經濟競爭力，核廢物量少，可有效防止核擴散的先進核能系統，代表了先進核能系統的發展趨勢和技術前沿。1999年，美國政府提出了“第四代核能系統”的概念，其中對核電站的最根本要求就是要達到“固有安全”。2001年7月，美國能源部宣布成立由美國領導的的“第四代核能系統國際論壇”，推出了包括高溫氣冷堆、鈉冷快堆在內的6種第四代堆型的概念。

技術比較

目前全球運行的核電站中，絕大部分採用的是二代和二代改進技術，比如日本福島核電站採用的就是第二代核電技術。以美國西屋公司AP1000和法國阿海琺公司EPR為代表的三代技術目前正在進行商業化推廣，中國目前正在建設和已經建成的核電站就採用了三代技術。但不管是二代還是三代，均屬於熱堆技術，其堆型絕大多數為壓水堆。三代技術與二代相比，沒有實質性的差別，只是在安全性上提高了一些，技術上更先進一些。

四代核電技術採用的是高溫保護，而不是像二代、三代那樣發生泄漏需要冷卻，此外，四代核電可以在幾千度的高溫下運行，也提高了它的熱電轉換效率。在安全性方面，四代明顯優於三代和二代。因為它採用的是氦氣這種冷卻劑，在高溫條件下，是利用自然對流的方式來控制核反應堆。即使在1600攝氏度的高溫下加熱幾百小時，堆芯包覆顆粒燃料仍可保持完整性。

四代核電技術不能保證完全不會發生核泄漏。從設計角度來說，四代不會產生溶堆，理論上能夠達到這種效果，但是在實際操作中，各種不可預知的風險都是存在的。

國外發展

中國實驗快堆

1999年6月，美國能源部（Department of Energy, DOE）核能、科學與技術辦公室首次提出了第四代核電站的倡議。2000年1月，DOE又發起、組織了由阿根廷、巴西、加拿大、法國、日本、韓國、南非、英國和美國等九個國家參加的高級政府代表會議，就開發第四代核電的國際合作問題進行了討論，並在發展核電方面達成了十點共識，其基本思想是：全世界（特別是開發中國家）為社會發展和改善全球生態環境需要發展核電；第三代核電還需改進；發展核電必須提高其經濟性和安全性，並且必須減少廢物，防止核擴散；核電技術要同核燃料循環統一考慮。會議決定成立高級技術專家組，對細節問題作進一步研究，並提出推薦性意見。

2000年5月，DOE又組織了近百名國內外專家就第四代核電的一般目標問題進行研討，目的是選出一個或幾個第四代核電的概念，以便進一步開展工作。2001年7月，上述九國成立了第四代核能系統國際論壇（Generation IV International Forum, GIF）並簽署了協定。2002年9月19日至20日，GIF在東京召開了會議，參加國家除上述九國外，還增加了瑞士（2002年2月加盟）。會上各國對第四代核電站堆型的技術方向形成共識，即在2030年以前開發六種第四代核電站的新堆型。

2009年9月，美國能源部發表聲明說：“下一代核電站(NextGenerationNuclear Plant，NGNP)項目將採用新型的高溫氣冷堆技術，一個設施支持多種工業套用，比如發電的同時進行石油精煉。NGNP項目將使核能利用延伸到更寬廣的工業和交通領域，降低燃料消耗和污染，並在現有的商業化輕水堆技術基礎上提高固有安全性。

分代標誌

第一代（GEN-I）核電站是早期的原型堆電站，即1950年至1960年前期開發的輕水堆（light water reactors, LWR）核電站，如美國的希平港(Shipping Port)壓水堆（pressurized-water reactor, PWR）、德勒斯登(Dresden)沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英國的鎂諾克斯(magnox)石墨氣冷堆等。
第二代（GEN-Ⅱ）核電站是1960年後期到1990年前期在第一代核電站基礎上開發建設的大型商用核電站，如LWR（PWR，BWR）、加拿大坎度堆（CANDU）、蘇聯的壓水堆VVER/RBMK等。目前世界上的大多數核電站都屬於第二代核電站。
第三代（GEN-Ⅲ）是指先進的輕水堆核電站，即1990年後期到2010年開始運行的核電站。第三代核電站採用標準化、最佳化設計和安全性更高的非能動安全系統，如先進的沸水堆（advanced boiling water reactors, ABWR）、系統80+、AP600、歐洲壓水堆（European pressurized reactor, EPR）等。
第四代（GEN-Ⅳ）是待開發的核電站，其目標是到2030年達到實用化的程度，主要特徵是經濟性高（與天燃氣火力發電站相當）、安全性好、廢物產生量小，並能防止核擴散。
目前，全世界核電站每年發電量約為2500億千瓦時，占世界總發電量的17%，其中法國核電已占全國總發電量的79%。截止2002年底，全世界正在運行的核電機組為444台，其中壓水堆為262台，占59%，在建的50台核電機組中，壓水堆為31台，占62%。因此，壓水堆核電站是當前世界核電的主流堆型。

開發目標

美國開發第四代核電站的初衷主要是防止核擴散，目標是開發出面向開發中國家的超長壽命堆芯的密閉型小型反應堆核電站。但是經過2000年5月的“國際工作小組”會議以及GIF在2000年8月的漢城會議和2001年3月的巴黎會議等，美國採納了其他成員國的意見，決定開展概念更廣的新一代核能系統的開發。第四代核電站的開發目標可分為四個方面。
核能的可持續發展
通過對核燃料的有效利用，實現提供持續生產能源的手段；實現核廢物量的最少化，加強管理，減輕長期管理事務，保證公眾健康，保護環境。
提高安全性、可靠性
確保更高的安全性及可靠性；大幅度降低堆芯損傷的機率及程度，並具有快速恢復反應堆運行的能力；取消在廠址外採取應急措施的必要性。
提高經濟性
發電成本優於其他能源；資金的風險水平能與其他能源相比。

防止核擴散
利用反應堆系統本身的特性，在商用核燃料循環中通過處理的材料，對於核擴散具有更高的防止性，保證難以用於核武器或被盜竊；為了評價核能的核不擴散性，DOE針對第四代核電站正在開發定量評價防止核擴散的方法。

研究

中國實驗快堆燃料元件安裝現場

從20世紀70年代中期起，清華核研院就開始進行高溫氣冷堆的研發。2004年9月底，由國際原子能機構主持，清華大學核研院在10兆瓦高溫氣冷堆實驗堆上進行了固有安全驗證實驗。實驗結果顯示，在嚴重事故下，包括喪失所有冷卻能力的情況下，不採取任何人為和機器的干預，反應堆能保持安全狀態，並將剩餘熱量排出。美國核學會前任主席克達克教授對這一安全實驗給予了高度評價：“中國這個高溫氣冷實驗堆的技術及安全水平已經走在了世界前列。”
作為國家科技重大專項之一，2011年3月1日，高溫氣冷堆核電站示範工程項目通過國務院批准。同年3月，日本發生福島核電站事故，中國很快暫停了所有在建的核電項目。直到2012年10月24日，國務院討論通過《能源發展“十二五”規劃》、《核電安全規劃（2011－2020年）》和《核電中長期發展規劃（2011－2020年）》，才正式提出將穩妥恢覆核電正常建設。

背景

以燃煤發電為主的能源結構給中國生態環境帶來極大挑戰。2013年進入1月中旬以來，中國中東部地區持續出現大範圍霧霾天氣，中國能源結構調整和清潔能源發展迫在眉睫。
據華能集團介紹，華能石島灣核電廠址擁有得天獨厚的自然條件，是中國為數不多的、經過充分論證的、具備開發建設大型核電基地條件的優良濱海廠址。在這裡，施工用水、電、路以及培訓中心、生活區等配套設施已經建成，綜合辦公樓也已投入使用。大件運輸碼頭、海水取排水工程、應急指揮中心等設施也在統籌規劃中。
張作義說，目前石島灣核電站關鍵技術的研發工作已經完成，反應堆壓力容器、蒸汽發生器等核島7項主設備製造供貨契約已簽訂完畢，燃料元件原型生產線試生產成功，為示範工程建設創造了良好條件。
按照國家優先開發沿海核電廠址的政策，為充分利用廠址優勢資源和配套條件，華能集團對石島灣廠址進行了統籌規劃，除了一台高溫氣冷堆核電機組外，還規劃建設4台百萬千瓦級壓水堆核電機組以及一台CAP1400大型先進壓水堆示範工程。目前，壓水堆擴建工程各項前期工作和施工準備工作基本結束，具備隨時啟動開工建設的條件。

進程

具有中國自主智慧財產權的第四代核電商用示範電站正在山東榮成逐漸成型。2016年3月20日，全球首座具有第四代核能系統安全特徵的20萬千瓦高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程，反應堆壓力容器成功吊裝就位。

意義

張廷克說：“石島灣核電示範工程一旦取得成功，中國將成為世界上首個擁有高溫氣冷堆商業核電站的國家。屆時，中國將有望從一個核電技術引進大國，變成一個核電技術和設備輸出大國。中國在世界核電產業中的地位也將因此而大幅提升。”