第四代核电国际赛跑
- 来源:瞭望东方周刊
- 关键字:第四代,核电,国际,赛跑
- 发布时间:2011-01-05 15:45
中国核电正在步入黄金时代。
自2005年起，国家重启核电建设，“十五计划”提出的“适度发展核电”，在“十一五规划”中修改为“积极发展核电”，今年10月公布的“中共中央关于‘十二五规划’的建议”中，提出“在确保安全的基础上高效发展核电”。
根据待批的《新兴能源产业发展规划》，到2020年，规划核电装机容量为8600万千瓦。尽管目前我国核发电量占比仅为2%，但25台、2773万千瓦的在建规模却占全世界在建核电机组的40%。
目前，从美国引进的第三代核电技术AP1000风行中国，如果大规模商用成功，将会取代已成熟运营的二代加技术成为未来中国核电的主导技术。
在全国核电建设高潮的喧嚣之外，清华大学核能与新能源技术研究院（简称“清华核研院”）则在默默推进着中国第四代核电技术高温气冷堆的商业示范工程。
相对于二、三代技术，外界对于第四代核电技术知之甚少，更不了解，中国的高温气冷堆技术已经走在了世界前列。
“如果石岛湾的商业示范工程取得成功，中国将是世界上第一个拥有高温气冷堆商业电站的国家，这将重新定义中国在世界核电产业中的地位。这种技术和商业上的首发优势将有可能使中国从一个核电技术引进国变成一个技术输出大国。”清华核研院院长张作义告诉《望东方周刊》。
目前，该项目只等一纸建造许可证。经过30年的跋涉，伴随着863计划诞生的中国高温气冷堆项目走到了一个关键节点。
代际之辩
为什么有了四代还要搞三代，有了三代还要继续搞二代？
张作义认为，以代来划分核电技术发展不太科学。在核电领域，代际之间并不是普遍意义上的互相替代的关系。“比如，目前占据主导地位的是二代加技术，但是三代也要建。同时，发展三代，也不是说二代加技术就要被淘汰，因为它仍然满足目前的技术和安全标准。”
北京大学政府管理学院教授路风也对本刊记者表示：“世界主流核电技术不是沿着一条直线发展的，一、二、三、四代这种划分给人造成了错觉。”
1999年，美国政府提出了“第四代核能系统”的概念，其中对核电站的最根本要求就是要达到“固有安全”。2001年7月，美国能源部宣布成立由美国领导的的“第四代核能系统国际论坛”，推出了包括高温气冷堆、钠冷快堆在内的6种第四代堆型的概念。
高温气冷堆是用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆，除了用于发电外，还可以制氢。
2009年9月，美国能源部发表声明说：“下一代核电站（NextGenerationNuclearPlant，NGNP）项目将采用新型的高温气冷堆技术，一个设施支持多种工业应用，比如发电的同时进行石油精炼。NGNP项目将使核能利用延伸到更宽广的工业和交通领域，降低燃料消耗和污染，并在现有的商业化轻水堆技术基础上提高固有安全性。”
“目前看到的压水堆机组是庞然大物，实际上，反应堆的体积仅占约千分之一，由于反应堆过小，产生的单位热量极大，容易发生堆芯熔化，因此需要大量的水来冷却以确保其安全。但如果将反应堆做得足够大，易于散热，就无需用水冷却就可防止堆芯熔化。高温气冷堆就是这种原理。”张作义解释说。
2009年11月，美国橡树岭国家实验室对清华大学设计出的这种高温气冷堆做出调研报告，认为：这个反应堆最大的好处就是安全，从物理上可以完全排除三哩岛和切尔诺贝利那样的核事故，同时，由于高温，发电效率也会比轻水堆高得多，几乎可与火电媲美。
中国领跑
早在上个世纪40年代，美国就已经对这种高温气冷堆提出了概念，二战后，美国橡树岭国家实验室承担了分析和实验工作。1960年代初，美国国内停止了这一研究，将项目转移到德国继续进行。1967年～1990年，德国曾建造运行过使用高温气冷堆技术的一个实验堆和一座示范电站。1990年代，由于德国国内绿色和平主义思想盛行，政府最终决定淘汰核能，高温气冷堆的项目也随之停止。
上世纪70年代中期起，清华核研院承担了中国研制高温气冷堆的任务。曾任清华大学校长、清华核研院院长的王大中曾积极倡导这个项目。王大中、张作义等一批中国核能研究领域的顶尖人才都曾留学德国，对德国的高温气冷堆技术非常熟悉。
在“863”计划的支持下，1986年，清华大学正式开始了对高温气冷堆的研发。1995年，清华大学的10MW高温气冷实验堆HTR-10开工建造，2003年1月实现满功率并网发电。
2006年1月，“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程”被列为十六个国家科技重大专项之一，工程建址山东石岛湾，目标是于2013年投运。电站由两个功率为10万千瓦的反应堆模块组成，并连接到一台汽轮发电机组。美国橡树岭国家实验室的研究人员福斯伯格和摩西认为：“模块式”是清华的一个创新，这样既可以保证安全优势，又可以获得批量生产核系统的经济性。
“相比目前的压水堆，我们的高温气冷堆少了冷却这一环节，所以系统大大简化，这对于不擅长制造精密系统的中国工业来说是个极大的优势，这种技术和设备全部可以实现国产化，不需要引进。另一方面，反应堆的材料主要是钢铁和石墨，成本低廉，同时其发热功率大，效益高。再者，高温气冷堆的设备与火电站设备具有兼容性，而中国拥有强大的火电站设备制造能力。”张作义说。
美国橡树岭国家实验室指出：“如果中国成功建造了一个既提高了安全性又经济的模块式反应堆，在向其他国家销售商用核反应堆方面，中国将成为世界领先者。如果这一战略成功的话，它将领先至少10年或者更长的时间。”
为什么中国作为一个后来者，今天已经成为一个领跑者？在张作义看来，这是一场“龟兔赛跑”。
“由于美德的研究中断，我们捡了时间上的便宜。而且作为国家科技重大专项，高温气冷堆在中国是优先发展的项目，政策的支持使我们的研究一直保持了下来。就像兔子睡着了，于是乌龟赶上去了。”张作义说。
不过，核电技术的研发周期非常长，而兔子也总有醒的时候。2009年9月，美国能源部已将高温气冷堆列为美国下一代核电站的技术类型，并开始投入巨大的人力和物力。据张作义介绍，美国现在每年花1.8亿美元投入研发，并组织了一个数千人的高温气冷堆实验室。
相比之下，中国的研究队伍仅有一千人，尽管这已经是个庞大的数字，跟美国相比还远远落后。“美国拥有深厚的技术基础，而我们的技术底子薄，科研经费也比他们少，我们这些年来总共的花费也就相当于他们一年的经费，可以说我们这批人是勒着裤腰带干活的。”张作义说。
最令张作义感到威胁的是，美国的NGNP项目已进入招标阶段，通用原子公司和西屋电气公司正在竞争。
“美国的NGNP一旦投入就是商业电站，而不会经由实验堆再到商用堆，现在的问题是，谁先建成商业电站，谁就能先发制人。”张作义对《望东方周刊》表示。
站在门槛边
在实现高温气冷堆的商业化方面，比张作义更为着急的可能是其合作伙伴中核建设集团公司（以下简称“中核建”）和华能集团。
石岛湾的高温气冷堆商业示范工程共催生了两个公司：一是中核能源科技有限公司（以下简称“中核能源”）。中核能源是核电站核岛的供应商及总承包商，2003年成立初期由清华大学控股、中核建参股，2006年中广核入股。
中核能源被张作义称为“未来的西屋”(西屋电气公司是世界著名的电工设备制造企业，1957年建成了美国第一座商用核电站，也是中国国家核电技术公司主要合作伙伴)。“电站里最重要的设备和投资都在这儿，公司的老总是我们从美国华尔街挖过来的，打算将来打入国际市场，打造一个世界级的产业模式。”
第二个则是为石岛湾核电站成立的业主公司，即由华能集团、中核建和清华大学分别以47.5%、32.5%、20%的投资比例共同建设运营的华能山东石岛湾核电有限公司。
石岛湾项目原本预计在2008年至2009年之间颁发建造许可证。在2010年“两会”期间，中核建总经理穆占英还兴奋地表示，3月底4月初石岛湾项目将正式开工建设。然而，据本刊记者了解，直至今日，石岛湾项目仍未拿到建造许可证。
“国家对于核电项目的批准是非常审慎的，尤其是高温气冷堆作为一种新技术，需要充分验证其安全性。”一位核电业内专家对本刊记者表示。
另一方面则是出于对核电整体布局的考虑。目前，三大核电公司(中核集团、中广核集团、国家核电技术公司)与包括华能集团、中电投集团在内的五大发电集团角逐核电这块上万亿的大蛋糕。此前，由于核电技术路线在“二代加”和“三代”之间争执不下，愈演愈烈的核电“大跃进”被国家能源局暂时叫停，延缓甚至停止了核电项目的审批。
欲速则不达。华能集团在推广高温气冷堆方面的高调颇引人瞩目，它对高温气冷堆寄予的希望非常大，不仅将一个实验室项目变成了示范性的商业项目，并且已经开始这个技术的商业化推广。
石岛湾高温气冷堆的远期规划中，要建成400万千瓦高温气冷堆核电机组。除此之外，华能集团已经在安徽安庆成立了核电工程筹建处，准备建高温气冷堆核电站的商业化推广项目。华能集团甚至设想在海南上马高温气冷堆，但因为这个技术还处于实验室阶段，要到2015年才能投产发电，而海南等不及，才只好作罢，选择了中核集团自主研发的二代技术。
华能山东石岛湾核电有限公司总经理工作部一位人士告诉本刊记者：“本来高温气冷堆项目计划去年8月开工，推迟到现在却还未开工，发改委的立项拿到了，前期的可行性研究报告和安全报告已经做完，核安全局和环保部的评审也通过了，现在就等着开工了。”
张作义则对本刊记者透露，目前示范工程的前期工作已经准备地差不多了，项目的30%已经建成，但是核电站真正意义上的开工是“浇筑第一罐混凝土”，在没有拿到建造许可证之前无法进行这项工作。
“高温气冷堆是20万千瓦的，而现在一个压水堆机组就是100万千瓦，恐怕中国未来十年间都没有高温气冷堆的商用化空间。”一位不愿透露姓名的业内专家对记者表示。
张作义则对高温气冷堆的商业前景十分看好。“一旦我们的示范电站运营成功，很快就会找到市场，现在已经有许多外国能源公司来洽谈技术引进。”
……
自2005年起，国家重启核电建设，“十五计划”提出的“适度发展核电”，在“十一五规划”中修改为“积极发展核电”，今年10月公布的“中共中央关于‘十二五规划’的建议”中，提出“在确保安全的基础上高效发展核电”。
根据待批的《新兴能源产业发展规划》，到2020年，规划核电装机容量为8600万千瓦。尽管目前我国核发电量占比仅为2%，但25台、2773万千瓦的在建规模却占全世界在建核电机组的40%。
目前，从美国引进的第三代核电技术AP1000风行中国，如果大规模商用成功，将会取代已成熟运营的二代加技术成为未来中国核电的主导技术。
在全国核电建设高潮的喧嚣之外，清华大学核能与新能源技术研究院（简称“清华核研院”）则在默默推进着中国第四代核电技术高温气冷堆的商业示范工程。
相对于二、三代技术，外界对于第四代核电技术知之甚少，更不了解，中国的高温气冷堆技术已经走在了世界前列。
“如果石岛湾的商业示范工程取得成功，中国将是世界上第一个拥有高温气冷堆商业电站的国家，这将重新定义中国在世界核电产业中的地位。这种技术和商业上的首发优势将有可能使中国从一个核电技术引进国变成一个技术输出大国。”清华核研院院长张作义告诉《望东方周刊》。
目前，该项目只等一纸建造许可证。经过30年的跋涉，伴随着863计划诞生的中国高温气冷堆项目走到了一个关键节点。
代际之辩
为什么有了四代还要搞三代，有了三代还要继续搞二代？
张作义认为，以代来划分核电技术发展不太科学。在核电领域，代际之间并不是普遍意义上的互相替代的关系。“比如，目前占据主导地位的是二代加技术，但是三代也要建。同时，发展三代，也不是说二代加技术就要被淘汰，因为它仍然满足目前的技术和安全标准。”
北京大学政府管理学院教授路风也对本刊记者表示：“世界主流核电技术不是沿着一条直线发展的，一、二、三、四代这种划分给人造成了错觉。”
1999年，美国政府提出了“第四代核能系统”的概念，其中对核电站的最根本要求就是要达到“固有安全”。2001年7月，美国能源部宣布成立由美国领导的的“第四代核能系统国际论坛”，推出了包括高温气冷堆、钠冷快堆在内的6种第四代堆型的概念。
高温气冷堆是用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆，除了用于发电外，还可以制氢。
2009年9月，美国能源部发表声明说：“下一代核电站（NextGenerationNuclearPlant，NGNP）项目将采用新型的高温气冷堆技术，一个设施支持多种工业应用，比如发电的同时进行石油精炼。NGNP项目将使核能利用延伸到更宽广的工业和交通领域，降低燃料消耗和污染，并在现有的商业化轻水堆技术基础上提高固有安全性。”
“目前看到的压水堆机组是庞然大物，实际上，反应堆的体积仅占约千分之一，由于反应堆过小，产生的单位热量极大，容易发生堆芯熔化，因此需要大量的水来冷却以确保其安全。但如果将反应堆做得足够大，易于散热，就无需用水冷却就可防止堆芯熔化。高温气冷堆就是这种原理。”张作义解释说。
2009年11月，美国橡树岭国家实验室对清华大学设计出的这种高温气冷堆做出调研报告，认为：这个反应堆最大的好处就是安全，从物理上可以完全排除三哩岛和切尔诺贝利那样的核事故，同时，由于高温，发电效率也会比轻水堆高得多，几乎可与火电媲美。
中国领跑
早在上个世纪40年代，美国就已经对这种高温气冷堆提出了概念，二战后，美国橡树岭国家实验室承担了分析和实验工作。1960年代初，美国国内停止了这一研究，将项目转移到德国继续进行。1967年～1990年，德国曾建造运行过使用高温气冷堆技术的一个实验堆和一座示范电站。1990年代，由于德国国内绿色和平主义思想盛行，政府最终决定淘汰核能，高温气冷堆的项目也随之停止。
上世纪70年代中期起，清华核研院承担了中国研制高温气冷堆的任务。曾任清华大学校长、清华核研院院长的王大中曾积极倡导这个项目。王大中、张作义等一批中国核能研究领域的顶尖人才都曾留学德国，对德国的高温气冷堆技术非常熟悉。
在“863”计划的支持下，1986年，清华大学正式开始了对高温气冷堆的研发。1995年，清华大学的10MW高温气冷实验堆HTR-10开工建造，2003年1月实现满功率并网发电。
2006年1月，“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程”被列为十六个国家科技重大专项之一，工程建址山东石岛湾，目标是于2013年投运。电站由两个功率为10万千瓦的反应堆模块组成，并连接到一台汽轮发电机组。美国橡树岭国家实验室的研究人员福斯伯格和摩西认为：“模块式”是清华的一个创新，这样既可以保证安全优势，又可以获得批量生产核系统的经济性。
“相比目前的压水堆，我们的高温气冷堆少了冷却这一环节，所以系统大大简化，这对于不擅长制造精密系统的中国工业来说是个极大的优势，这种技术和设备全部可以实现国产化，不需要引进。另一方面，反应堆的材料主要是钢铁和石墨，成本低廉，同时其发热功率大，效益高。再者，高温气冷堆的设备与火电站设备具有兼容性，而中国拥有强大的火电站设备制造能力。”张作义说。
美国橡树岭国家实验室指出：“如果中国成功建造了一个既提高了安全性又经济的模块式反应堆，在向其他国家销售商用核反应堆方面，中国将成为世界领先者。如果这一战略成功的话，它将领先至少10年或者更长的时间。”
为什么中国作为一个后来者，今天已经成为一个领跑者？在张作义看来，这是一场“龟兔赛跑”。
“由于美德的研究中断，我们捡了时间上的便宜。而且作为国家科技重大专项，高温气冷堆在中国是优先发展的项目，政策的支持使我们的研究一直保持了下来。就像兔子睡着了，于是乌龟赶上去了。”张作义说。
不过，核电技术的研发周期非常长，而兔子也总有醒的时候。2009年9月，美国能源部已将高温气冷堆列为美国下一代核电站的技术类型，并开始投入巨大的人力和物力。据张作义介绍，美国现在每年花1.8亿美元投入研发，并组织了一个数千人的高温气冷堆实验室。
相比之下，中国的研究队伍仅有一千人，尽管这已经是个庞大的数字，跟美国相比还远远落后。“美国拥有深厚的技术基础，而我们的技术底子薄，科研经费也比他们少，我们这些年来总共的花费也就相当于他们一年的经费，可以说我们这批人是勒着裤腰带干活的。”张作义说。
最令张作义感到威胁的是，美国的NGNP项目已进入招标阶段，通用原子公司和西屋电气公司正在竞争。
“美国的NGNP一旦投入就是商业电站，而不会经由实验堆再到商用堆，现在的问题是，谁先建成商业电站，谁就能先发制人。”张作义对《望东方周刊》表示。
站在门槛边
在实现高温气冷堆的商业化方面，比张作义更为着急的可能是其合作伙伴中核建设集团公司（以下简称“中核建”）和华能集团。
石岛湾的高温气冷堆商业示范工程共催生了两个公司：一是中核能源科技有限公司（以下简称“中核能源”）。中核能源是核电站核岛的供应商及总承包商，2003年成立初期由清华大学控股、中核建参股，2006年中广核入股。
中核能源被张作义称为“未来的西屋”(西屋电气公司是世界著名的电工设备制造企业，1957年建成了美国第一座商用核电站，也是中国国家核电技术公司主要合作伙伴)。“电站里最重要的设备和投资都在这儿，公司的老总是我们从美国华尔街挖过来的，打算将来打入国际市场，打造一个世界级的产业模式。”
第二个则是为石岛湾核电站成立的业主公司，即由华能集团、中核建和清华大学分别以47.5%、32.5%、20%的投资比例共同建设运营的华能山东石岛湾核电有限公司。
石岛湾项目原本预计在2008年至2009年之间颁发建造许可证。在2010年“两会”期间，中核建总经理穆占英还兴奋地表示，3月底4月初石岛湾项目将正式开工建设。然而，据本刊记者了解，直至今日，石岛湾项目仍未拿到建造许可证。
“国家对于核电项目的批准是非常审慎的，尤其是高温气冷堆作为一种新技术，需要充分验证其安全性。”一位核电业内专家对本刊记者表示。
另一方面则是出于对核电整体布局的考虑。目前，三大核电公司(中核集团、中广核集团、国家核电技术公司)与包括华能集团、中电投集团在内的五大发电集团角逐核电这块上万亿的大蛋糕。此前，由于核电技术路线在“二代加”和“三代”之间争执不下，愈演愈烈的核电“大跃进”被国家能源局暂时叫停，延缓甚至停止了核电项目的审批。
欲速则不达。华能集团在推广高温气冷堆方面的高调颇引人瞩目，它对高温气冷堆寄予的希望非常大，不仅将一个实验室项目变成了示范性的商业项目，并且已经开始这个技术的商业化推广。
石岛湾高温气冷堆的远期规划中，要建成400万千瓦高温气冷堆核电机组。除此之外，华能集团已经在安徽安庆成立了核电工程筹建处，准备建高温气冷堆核电站的商业化推广项目。华能集团甚至设想在海南上马高温气冷堆，但因为这个技术还处于实验室阶段，要到2015年才能投产发电，而海南等不及，才只好作罢，选择了中核集团自主研发的二代技术。
华能山东石岛湾核电有限公司总经理工作部一位人士告诉本刊记者：“本来高温气冷堆项目计划去年8月开工，推迟到现在却还未开工，发改委的立项拿到了，前期的可行性研究报告和安全报告已经做完，核安全局和环保部的评审也通过了，现在就等着开工了。”
张作义则对本刊记者透露，目前示范工程的前期工作已经准备地差不多了，项目的30%已经建成，但是核电站真正意义上的开工是“浇筑第一罐混凝土”，在没有拿到建造许可证之前无法进行这项工作。
“高温气冷堆是20万千瓦的，而现在一个压水堆机组就是100万千瓦，恐怕中国未来十年间都没有高温气冷堆的商用化空间。”一位不愿透露姓名的业内专家对记者表示。
张作义则对高温气冷堆的商业前景十分看好。“一旦我们的示范电站运营成功，很快就会找到市场，现在已经有许多外国能源公司来洽谈技术引进。”
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