快堆和我国核能的可持续发展

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1、快堆和我国核能的可持续发展徐銤（中国原子能科学研究院，北京102413） 摘要：能源可持续供应是国家稳定、发展和安全的基础。核能是我国能源大家庭中的一员，由于其对环境影响小、安全、可靠、经济性可接受且可大规模应用，正在加速发展。我们预测，核能将发展成为我国的主要能源。基于热中子反应堆核能的大规模利用，必须考虑铀资源的有限性和长寿命高放废物对环境的潜在风险。我国核能发展战略的第二步-快堆，因其易裂变燃料在堆中可增殖和可嬗变高放长寿命核素的特性，实现热堆－快堆匹配闭式核燃料循环可保证核能的可持续发展。作为我国快堆工程技术发展的起步，65MW热功率中国实验快堆已处调试阶段；正在申请

2、800～900MWe的示范快堆项目。在当前压水堆发展计划的基础上，加快快堆及其相关闭式核燃料循环的发展以实现如下三个战略目标：一、2030年前批量建成示范快堆，增加核电容量。二、2050年核电容量发展到240GWe，约佔国家总电力生产的16%。三、2050－2100年实现核能大规模替代化石能源，大大减少CO2的排放。关键词：快堆；核能可持续发展；增殖；嬗变中图分类号：      文献标识码：         文章编号：                           1. 引言我国国民经济持续高速发展，相应地一次能源的生产也有较快的增长速度。表1列出了2001－2006年

3、我国一次能源生产的发展情况。能源的可持续、安全的供应是国家稳定、发展和安全的保证。核能是我国能源大家庭中新的一员。国内外的经验已证明，它具有安全、可靠、清洁、经济性可接爱且可大规模利用的特点。2006年我国政府已决策2020年将运行40GWe容量的核电，并有18GWe在建。十五年前国家八六三高技术计划能源领域完成的《2050年中国能源需求》、1990年国务院核电办、国家计委、国家科委、能源部、机电部、核工业总公司共同制定“我国核电发展《八五》计划和十年规划纲要之后，国务院核电领导小组组织全国性论证提出的和2005年工程院关于我国未来能源预测的咨询报告中均提出2050年我国核电

4、应发展到约240GWe。佔总电力的比例达到16～20%。我们预测2050－2100年间设想用核能大规模替代化石燃料，减少CO2的排放，则需要数千GWe的核电容量。 表1　我国一次能源生产 年度200120022003200420052006一次能源（亿吨标煤）年增率（％）14.315.26.317.515.020.316.022.310.024.612.0 2. 核能的可持续发展   我国是一个发展中的大国，核能的可持续发展不像当今的法国，核电发展到58～60GWe就达饱和。如用人均来计算，我国现在就应有上千GWe的核电容量。所以我国核能的持续发展不仅要走向可观的核电总容量，

5、而且需要极高的增长速度。2.1 发展快堆，消除大规模核能应用引起的铀资源匮乏之虞   自然界中，易于裂变的只有天然铀中佔0.71%左右的铀-235，而铀-235用于热中子反应堆可获高的中子经济性。对1000GWe的核电站而言，建压水堆只要用建快堆一半铀-235的量就能运行，所以各国发展核能都是从热中子堆开始的。但是压水堆对铀资源的利用率太低：如果燃料一次通过，只能利用铀资源的0.45%左右；若乏燃料经后处理，取出未烧尽的铀-235和由铀-238转换出来的钚再返回堆中利用，且无限次循环，考虑损耗从数学上也只能利用1%左右，而从中子学的角度是难以实现的。   正因为此，一座100

6、0MWe压水堆，燃料一次通过，60年寿命总共要消耗10000吨天然铀。大规模发展压水堆应考虑到经济可采铀资源的有限性和可能开采的铀资源实际上存在不确定性。     快堆是我国核能发展基本战略中的第二步。快堆中引起裂变链式反应的中子平均速度比热中子堆的中子快千倍。快堆运行发电时，一方面消耗易裂变燃料，另一方面又生产新的易裂变燃料，而且能所产多于所耗，易裂变燃料得到了增殖，所以快堆又称为快中子增殖堆。在快堆中真正消耗的是铀-238。发展快堆，燃料无限次循环，从理论上可将铀资源的利用率提高到100%。考虑到燃料后处理和制造中的损耗，亦如图1所示，利用率可达60－70%。比起单单发展

7、压水堆来，对铀资源的利用率提高60－70倍，甚至130－150倍。 钚在快堆中有好的中子经济性，压水堆生产的钚最适于作快堆的燃料。铀-235给压水堆装料，压水堆生产的钚给快堆作初装料，快堆自已增殖，通过闭式循环，将天然铀充分的利用，这是一个自然的完美匹配，通过这一配合将为国家提供几乎取之不尽的、持久供应的裂变核能。所以我国核能发展的基本战略是热堆－快堆和聚变堆。2.2 发展快堆，焚烧和嬗变热堆运行生产的高放长寿命核素，消除环境之忧核能的发展除掉应考虑核燃料是否能支撑大规模核电装机容量发展的问题，还应考虑