核電擁有安全的未來——訪原機(jī)械工業(yè)部副部長(zhǎng)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)孫昌基

本刊記者 奚大華 肖吉德

自1951年12月美國(guó)實(shí)驗(yàn)增殖堆1號(hào)（EBR-1）首次利用核能發(fā)電以來，人類利用核能進(jìn)行電能開發(fā)已有50年的歷史。在過去的半個(gè)世紀(jì)里，人類利用核電的能力和規(guī)模取得了快速的發(fā)展。BP公司的《世界能源統(tǒng)計(jì)》表明，1965年全球的核電消費(fèi)量已達(dá)257億kW·h，2006年達(dá)到最高點(diǎn)28079億kW·h，增長(zhǎng)了108倍。

2010年全球核電消費(fèi)量為27672億kW·h，同比增長(zhǎng)2.0%，占全球發(fā)電量的13.2%。2010年核電消費(fèi)量最多的是美國(guó)、法國(guó)和日本，分別占全球核電消費(fèi)量的30.7%、15.5%和10.6%，這3個(gè)國(guó)家的核電消費(fèi)量占全球的比重達(dá)到56.8%，是全球核電利用的絕對(duì)主力，俄羅斯作為全球第4大核電利用國(guó)，2010年核電消費(fèi)量占全球的6.2%。

中國(guó)是核電開發(fā)的遲到者，在《世界能源統(tǒng)計(jì)》里，到1993年才有中國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。中國(guó)核電開發(fā)的歷史雖然不長(zhǎng)，但在今天全球新一代核電開發(fā)中卻居于最重要的位置，2010年中國(guó)核電消費(fèi)量為739億kW·h，占全球的2.7%，是全球第9大核電利用國(guó)，是全球在建核電規(guī)模最大的國(guó)家。

今年日本“3·11”百年難遇的特大地震引發(fā)了巨大的海嘯，從而導(dǎo)致了日本福島核電站發(fā)生了自1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故以來全球最嚴(yán)重的放射性物質(zhì)泄漏危機(jī)。這兩次核電事故都是7級(jí)，是核電事故的最高級(jí)別，再加上1979年美國(guó)三里島核電站發(fā)生的5級(jí)事故，人類核電利用史上已發(fā)生了3次重大事故。

日本福島核電危機(jī)發(fā)生后，核電事故造成的巨大災(zāi)難引起了人類的深思。在全球氣候變暖，迫切需要減少化石能源消耗的大背景下，到底需不需要繼續(xù)大規(guī)模開發(fā)利用核電又進(jìn)行了一次空前的爭(zhēng)論。中國(guó)作為全球核電進(jìn)一步開發(fā)的中心成為這次爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

在這樣的背景下，記者采訪了原機(jī)械工業(yè)部副部長(zhǎng)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、國(guó)家核電技術(shù)公司專家委員會(huì)副主任孫昌基先生。

在確保安全的前提下繼續(xù)發(fā)展核電

孫昌基指出，日本“3·11”地震和海嘯導(dǎo)致的福島核電站事故讓人類再次認(rèn)識(shí)到核電可能對(duì)人類造成的重大損害，但并不代表人類就應(yīng)該考慮停止繼續(xù)使用核電，要做的應(yīng)該是進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)一步提高核電的安全性。核電作為一種先進(jìn)的發(fā)電方式，有突出的優(yōu)點(diǎn)，特別是在氣候變暖和人類生存環(huán)境繼續(xù)惡化，迫切需要減少化石能源消耗的大背景下，核電的優(yōu)點(diǎn)就更加突出。

沒有人會(huì)懷疑科技進(jìn)步在人類發(fā)展過程中的重要作用，但科技進(jìn)步往往是在曲折中前行的，電的發(fā)明和開始應(yīng)用就是這樣的。發(fā)明大王美國(guó)人愛迪生發(fā)明電燈后，在美國(guó)開始推廣應(yīng)用。在推廣應(yīng)用的初期，并不成熟的電力系統(tǒng)出現(xiàn)電死人等眾多的讓人難以接受的現(xiàn)象。但隨著時(shí)間的流逝，電力技術(shù)越來越成熟，電的安全性很快就得到了解決，越來越多的人認(rèn)識(shí)到電的好處，于是電能在全球進(jìn)行了全面的推廣應(yīng)用。今天再也不會(huì)有人會(huì)提出停止使用電能了，實(shí)際上是人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)一刻也離不開電。很多科技的進(jìn)步也是這樣的，交通領(lǐng)域就是一個(gè)很突出的例證，汽車的使用會(huì)對(duì)人們的生命造成傷害，但并沒有妨礙汽車應(yīng)用的快速推廣發(fā)展；飛機(jī)有可能掉下來對(duì)眾多的生命帶來致命的傷害，人類要做的是進(jìn)一步提高飛機(jī)的可靠性；火車的速度越來越快，發(fā)生事故造成的損害可能會(huì)更嚴(yán)重，但人類會(huì)努力提高鐵路系統(tǒng)的可靠性，今天快速發(fā)展的高鐵系統(tǒng)也正處在進(jìn)一步完善的進(jìn)程中，絕對(duì)不會(huì)因?yàn)槌隽酥卮笫鹿示屯Ｖ垢哞F的發(fā)展。

核電科技的進(jìn)步和發(fā)展也是同樣的道理，不應(yīng)該因?yàn)閹状问鹿示屯Ｖ惯M(jìn)一步的發(fā)展。核電的開發(fā)和利用是當(dāng)今人類生活的一項(xiàng)重要高科技技術(shù)，她的進(jìn)步也是一步步前進(jìn)的，前進(jìn)的過程中遇到挫折也是正常的。今天，不同的國(guó)家對(duì)于核電進(jìn)一步發(fā)展的態(tài)度有分岐，存在很多的爭(zhēng)論，但人類不會(huì)放棄核電的進(jìn)一步開發(fā)和利用。廣大科技工作者正在致力于提高核電技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性，并已取得了重大的進(jìn)展。在半個(gè)世紀(jì)的核電發(fā)展歷史中，核電技術(shù)大致可以分四代。其實(shí)在核電的升級(jí)換代中，最重要的標(biāo)準(zhǔn)就核電系統(tǒng)可靠性的提高。

核電站的開發(fā)與建設(shè)開始于20世紀(jì)50年代。1954年，前蘇聯(lián)建成功率為5MW的實(shí)驗(yàn)性核電站，1957年，美國(guó)建成功率為9萬(wàn)kW的shipping port 原型核電站。國(guó)際上把上述實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組稱為第一代核電機(jī)組。

20世紀(jì)60年代后期，在實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成電功率在30萬(wàn)kW的壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核電機(jī)組，它們?cè)谶M(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時(shí)，使核電的經(jīng)濟(jì)性也得以證明。20世紀(jì)70年代，因石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電的大發(fā)展。目前世界上商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組絕大部分是在這段時(shí)期建成的，稱為第二代核電機(jī)組。

20世紀(jì)90年代，為了解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴(yán)重事故的負(fù)面影響，世界核電業(yè)界集中力量對(duì)嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解進(jìn)行了研究和攻關(guān)，美國(guó)和歐洲先后出臺(tái)了“先進(jìn)輕水堆用戶要求”文件，即URD文件和“歐洲用戶對(duì)輕水堆核電站的要求”，即（EUR）文，進(jìn)一步明確了預(yù)防與緩解嚴(yán)重事故、提高安全可靠性等方面的要求。國(guó)際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機(jī)組稱為第三代核電機(jī)組。

2000年，在美國(guó)能源部的倡議下，美國(guó)、英國(guó)、瑞士、南非、日本、法國(guó)、加拿大、巴西、韓國(guó)和阿根廷等十個(gè)有意發(fā)展核能的國(guó)家，聯(lián)合組成了“第四代國(guó)際核能論壇”（GIF），并于2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開發(fā)第四代核能技術(shù)。根據(jù)設(shè)想，第四代核能方案的安全性和經(jīng)濟(jì)性將更加優(yōu)越，廢物量極少，無需廠外應(yīng)急，并具備固有的防止核擴(kuò)散的能力。高溫氣冷堆、熔鹽堆、鈉冷快堆等就是具有第四代特點(diǎn)的反應(yīng)堆。

目前世界上正在運(yùn)行的核電站絕大部分屬于第二代核電站，二代半的核電技術(shù)也在一些地區(qū)有應(yīng)用。第三代核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性均較第二代有所提高，目前世界上正在或準(zhǔn)備建造核電站主要是這一代。第四代核電站強(qiáng)化了防止核擴(kuò)散等方面的要求，目前處在原型堆技術(shù)研發(fā)階段。

這次出事的日本福島核電站就屬于第二代核電，采用40年前美國(guó)一家公司的技術(shù)建造的，屬于沸水堆機(jī)組。從今天成熟的第三代核電技術(shù)來看，日本福島核電站的可靠性確實(shí)存在嚴(yán)重的缺陷，在應(yīng)對(duì)疊加的嚴(yán)重自然災(zāi)害面前出現(xiàn)了重大事故，更為嚴(yán)重的是這座核電站還存在超期服役的問題。目前正在對(duì)歐洲的核電進(jìn)行壓力測(cè)試，即根據(jù)需要提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所有的核電站用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來衡量，查找差距，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。歐洲的壓力測(cè)試最終結(jié)果預(yù)計(jì)要到2012年2月。

相對(duì)于第二代核電站，第三代核電技術(shù)在可靠性上有了重大的進(jìn)步，是安全可靠的。核電的堆芯需要冷卻，否則會(huì)融化，堆芯融化就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。日本福島地震引發(fā)的海嘯把冷卻用的柴油機(jī)淹沒，柴油機(jī)不能工作，最終出現(xiàn)了災(zāi)難。

三代核電技術(shù)，以美國(guó)的AP1000為例，主要對(duì)安全系統(tǒng)進(jìn)行了徹底地改革，在做減法的基礎(chǔ)上提高了可靠性，即在外部環(huán)境造成系統(tǒng)停電后，非能動(dòng)的冷卻系統(tǒng)能確保72h安全，解決了堆芯的冷卻問題。

三代核電技術(shù)正處在開發(fā)應(yīng)用的時(shí)候，而以中國(guó)為代表的國(guó)家正在進(jìn)行屬于第四代核電的高溫氣冷堆的工程應(yīng)用。高溫氣冷堆從根本上解決了堆芯融化的難題，但缺點(diǎn)是容量不大，現(xiàn)在的20萬(wàn)kW的高溫氣冷堆機(jī)組已經(jīng)與100萬(wàn)kW的壓水堆機(jī)組體積差不多。

由于核電系統(tǒng)的特殊性，對(duì)可靠性的要求特別高，因此一座核電站建造的周期長(zhǎng)達(dá)10年。總體上看，第三代核電和高溫氣冷堆是今后核電的發(fā)展趨勢(shì)。在核電技術(shù)處于領(lǐng)先地位的美國(guó)業(yè)界有一個(gè)值得注意的思路，就是在主要國(guó)家都在核電應(yīng)用徘徊的時(shí)候，要加緊突破技術(shù)，到時(shí)核電加速發(fā)展時(shí)美國(guó)又能處在最領(lǐng)先的地位。

中國(guó)核電應(yīng)用引領(lǐng)全球

孫昌基指出，從國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源情況、能源結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面分析，中國(guó)都還需要發(fā)展核電，關(guān)鍵的問題如何在確保安全的前提下發(fā)展。

近年來，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的電力彈性系數(shù)都大于1，就是電能的發(fā)展速度要快于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。而中國(guó)經(jīng)濟(jì)還處在高能耗的發(fā)展階段，中國(guó)經(jīng)濟(jì)要繼續(xù)發(fā)展，能源的消耗仍然需要快速增長(zhǎng)，從能源效率提高的角度考慮，電能的增長(zhǎng)速度會(huì)快于能源的增長(zhǎng)速度。就是電力彈性系數(shù)小于1了，GDP的繼續(xù)發(fā)展仍然需要電力進(jìn)行較快的發(fā)展。

目前，中國(guó)一年的耗能已經(jīng)達(dá)到40億t標(biāo)準(zhǔn)煤，在今天的大環(huán)境下，需要多種能源協(xié)調(diào)發(fā)展，而電能是其中的核心。中國(guó)的水電資源集中在西南地區(qū)，新開發(fā)的水電也多是高水頭的，發(fā)展的空間有限，何況水電的移民問題也很突出，今后水電再發(fā)展的規(guī)模也就1～2億kW的空間。中國(guó)的風(fēng)電這幾年發(fā)展的速度確實(shí)很快，但是風(fēng)電的發(fā)展也存在不小的問題，一個(gè)是越建越高，技術(shù)上有難度，特別還有并網(wǎng)的難題，風(fēng)電能不能成為主力發(fā)電品種還不好說。煤電是目前中國(guó)的主力，雖然資源有，但環(huán)境污染嚴(yán)重，中國(guó)已允諾碳排放要減下來。中國(guó)需要發(fā)展核電，核電這條路是非走不可，問題是如何確保安全地大規(guī)模發(fā)展核電。

中國(guó)的核電開發(fā)時(shí)間還不長(zhǎng)，投入使用的規(guī)模也不大。2010年底中國(guó)的核電裝機(jī)容量?jī)H1082萬(wàn)kW，僅占總裝機(jī)容量的1.12%，核電發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的比重不到2%，和全球核電在整個(gè)電源中的地位相比有很大的差距。中國(guó)的核電有巨大的發(fā)展空間，并已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)候，目前中國(guó)在建的核電居全球第一。

由于進(jìn)入核電開發(fā)的時(shí)間晚，中國(guó)的核電技術(shù)沒能如火電技術(shù)一樣走在世界的前列，但在第三代核電和高溫氣冷堆等先進(jìn)的核電技術(shù)的工程應(yīng)用領(lǐng)域處于全球的最前列。目前全球的發(fā)電技術(shù)主要源自美國(guó)的通用電氣和西屋，核電技術(shù)的兩大流派也源于這兩大公司。20世紀(jì)70年代中國(guó)引進(jìn)發(fā)電技術(shù)談判時(shí)，就是在這兩家之間選擇，最后引進(jìn)了西屋的技術(shù)。21世紀(jì)初中國(guó)決定引進(jìn)核電技術(shù)時(shí)，最后引進(jìn)的也是西屋的壓水堆核電技術(shù)。

作為全球核電技術(shù)的先進(jìn)代表，高溫氣冷堆目前全球只有一臺(tái)1萬(wàn)kW的在中國(guó)投入運(yùn)行。位于北京昌平的1萬(wàn)kW高溫氣冷堆由清華大學(xué)于20世紀(jì)90年代開始建造，2002年投運(yùn)發(fā)電，目前運(yùn)行良好。國(guó)外研究高溫氣冷堆技術(shù)比中國(guó)早得多，特別是德國(guó)處于全球領(lǐng)先地位，但由于各種原因沒有繼續(xù)進(jìn)行研究。高溫氣冷堆出來的壓力溫度相當(dāng)于亞臨界或超臨界的蒸汽壓力，中國(guó)對(duì)技術(shù)進(jìn)行了重大改進(jìn)，攻克了一系列的技術(shù)難關(guān)，并進(jìn)行了工程應(yīng)用。

全世界都在看中國(guó)的核電的進(jìn)一步發(fā)展情況。目前中國(guó)正處在全球核電應(yīng)用的最前列，不但是全球在建核電規(guī)模最大的國(guó)家，也是全球核電最先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)田，全球第一臺(tái)第三代核電站AP1000和20萬(wàn)kW高溫氣冷堆的建造都在中國(guó)進(jìn)行。

日前，科技部公布了《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，明確了核電領(lǐng)域國(guó)家科技重大專項(xiàng)——大型先進(jìn)壓水堆和高溫氣冷堆“十二五”期間的發(fā)展安排。同時(shí)，第四代核能、氫能作為先進(jìn)能源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一將得到進(jìn)一步探索研發(fā)。

《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》表明，中國(guó)要突破先進(jìn)壓水堆和高溫氣冷堆技術(shù)，完善標(biāo)準(zhǔn)體系，搭建技術(shù)平臺(tái)，提升核電產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。要依托裝機(jī)容量為1000MW的先進(jìn)非能動(dòng)核電技術(shù)（AP1000）核電站建設(shè)項(xiàng)目，全面掌握AP1000核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備材料制造技術(shù)，自主完成內(nèi)陸廠址標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。完成中國(guó)的裝機(jī)容量為1400MW的先進(jìn)非能動(dòng)核電技術(shù)（CAP1400）標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)并建設(shè)示范電站。完成高溫氣冷堆關(guān)鍵技術(shù)研究，2013年前后示范電站建成并試運(yùn)行。加強(qiáng)壓水堆及高溫氣冷堆安全技術(shù)支撐和核電站乏燃料后處理科研攻關(guān)，保障核電安全。探索第四代核能、氫能也是“十二五”期間先進(jìn)能源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。

目前，中國(guó)的AP1000依托項(xiàng)目四臺(tái)機(jī)組建設(shè)正穩(wěn)步推進(jìn)。比AP1000功率更高、具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAP1400核電站的概念設(shè)計(jì)在2010年底通過了國(guó)家評(píng)審。到2011年3月， CAP1400核電站示范工程初步設(shè)計(jì)已經(jīng)全面開展，廠址勘查、總平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及可行性研究報(bào)告和環(huán)境影響、廠址安全“兩評(píng)”報(bào)告的編制與報(bào)評(píng)也已經(jīng)完成。CAP1400示范電站具有功率大、壽命長(zhǎng)、安全性好、可利用率高、簡(jiǎn)化型設(shè)計(jì)、模塊化施工等特點(diǎn)，是正在開發(fā)的目前世界上功率最大的非能動(dòng)壓水堆核電站。高溫氣冷堆能大大提升發(fā)電效率，其良好的固有安全性能保證反應(yīng)堆在任何事故下不發(fā)生堆芯熔化和放射性大量釋放。排除了由于反應(yīng)堆剩余發(fā)熱導(dǎo)致堆芯熔化的可能性，在技術(shù)上不需要采取廠外應(yīng)急措施，達(dá)到第四代核能系統(tǒng)核安全目標(biāo)。目前世界上確定的六種四代核能系統(tǒng)中，我國(guó)正在研發(fā)和建設(shè)的有三種，包括鈉冷快堆、高溫氣冷堆以及釷基熔鹽堆。

2011年3月日本福島核泄漏事故后，國(guó)務(wù)院在3月16日召開常務(wù)會(huì)議，決定立即組織對(duì)全國(guó)的核設(shè)施進(jìn)行安全檢查，包括正在運(yùn)行的核設(shè)施，以及在建核電站。同時(shí)抓緊編制核安全規(guī)劃，調(diào)整完善核電發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，核安全規(guī)劃批準(zhǔn)前，暫停審批核電項(xiàng)目包括開展前期工作的項(xiàng)目。

目前，已運(yùn)行核電站的檢查工作已完成，正在撰寫調(diào)查報(bào)告，在建核電站的檢查工作已接近完成。然后要根據(jù)在歐洲、美國(guó)等的壓力測(cè)試的結(jié)果，結(jié)合新的規(guī)則和準(zhǔn)則，結(jié)合中國(guó)的實(shí)際情況，建立中國(guó)新的核電準(zhǔn)則和安全規(guī)則，再來制定中國(guó)核電今后的發(fā)展規(guī)劃。

以AP1000和高溫氣冷堆技術(shù)為代表，中國(guó)正在進(jìn)行以安全第一的全球核電應(yīng)用突破的努力工作，中國(guó)的企業(yè)正在進(jìn)行核電技術(shù)的引進(jìn)、消化和再創(chuàng)新的路上。相信不久，中國(guó)將成為全球核電應(yīng)用的大國(guó)和強(qiáng)國(guó)，并成為全球核電技術(shù)的主要出口國(guó)。