核能科技創(chuàng)新：民用核能第一國的做法與啟示

文 | 高清遠

作者系核能產(chǎn)業(yè)觀察人士

美國核能科技研發(fā)體系完善，但是研發(fā)具有革新意義的先進核能技術仍面臨諸多困難。近年來美國從法規(guī)、政策和體制機制等方面采取措施，加快推進先進核能技術創(chuàng)新。而這一切，對于中國又有哪些借鑒意義呢？

美國是全球民用核能第一大國和第一強國，其核能發(fā)展規(guī)模、運營業(yè)績和相關技術均長期處于國際領先水平。2018年全美99臺核電機組平均負荷因子92.3%，發(fā)電量占比19.3%，是美國第一大零碳電源，2018年核電平均成本0.032美元/KWh（約合人民幣0.22元），亦處于全球較低水平。

近年來，受低價天然氣和可再生能源沖擊，美國部分處于開放電力市場中的核電站在壽期內(nèi)提前關閉，未來幾年，將有更多的新建核電站因工程和成本問題嚴重受挫。在當前市場條件下，現(xiàn)有核電技術已無法有效支撐美國核能可持續(xù)發(fā)展。過去幾屆美國政府的政策導向都是支持并推動核能發(fā)展，加強核能技術創(chuàng)新理所應當成為了美國核能發(fā)展的核心要務。

美國擁有非常完善的核能科技研發(fā)體系，能源部下屬多個核領域國家實驗室，這些實驗室大都是二戰(zhàn)時美國曼哈頓工程的重點研發(fā)機構(gòu)，是美國核科技研發(fā)的核心力量，它們與相關大學科研機構(gòu)一起，重點開展核能領域基礎研究。西屋、通用-日立等傳統(tǒng)核能技術公司，連同多家中小技術創(chuàng)新企業(yè)，共同開展先進核能技術的設計和研發(fā)，美國政府經(jīng)過評估篩選，向技術成熟度和可行性較高的企業(yè)提供部分資金支持。據(jù)統(tǒng)計，目前美國共有五十多家企業(yè)開展核能技術創(chuàng)新。

即便如此，研發(fā)具有革新意義的先進核能技術仍面臨諸多困難，難以在短時期內(nèi)實現(xiàn)工程和商業(yè)化應用。正因為如此，近年來美國推出了一系列組合舉措，從法規(guī)、政策和體制機制等方面，加快推進先進核能技術創(chuàng)新。

立法先行是美國的慣常做法，國會兩院在兩年內(nèi)先后討論通過兩項以推動核能技術創(chuàng)新為主要目標的法案。2018年9月美國總統(tǒng)簽署《核能創(chuàng)新能力法案》（Nuclear Energy Innovation Capability Act，下稱NEICA法案），2019年1月簽署《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》（Nuclear Energy Innovation and Modernization Act，下稱NEIMA法案），前者側(cè)重核能技術創(chuàng)新體制機制優(yōu)化、基礎研究設施建設和共享、資金支持、公私合作等，后者則主要聚焦于美國核管會對先進核能技術的監(jiān)管框架優(yōu)化。

體制機制優(yōu)化

NEICA法案要求主管核能發(fā)展的能源部與負責核安全監(jiān)管的核安全監(jiān)管委員會加強合作，共享相關專業(yè)技術和能力，包括先進核反應堆測試和示范、反應堆技術和工程共享數(shù)據(jù)庫、計算機和軟件代碼等，通過相關技術資源的共享和合作，同時推動能源部核能技術的創(chuàng)新研發(fā)和核管會對新技術的設計認證和評估審批。

自從1974年美國能源重組法案將核能主管部門和監(jiān)管部門分開后，兩者一直相互獨立分工明確，能源部和核工業(yè)界合作進行核能技術研發(fā)，核管會則進行安全評審，一定程度上形成制衡。NEICA法案打破這一慣例，從法律層面要求加強主管部門和監(jiān)管部門的合作和互動，能源部和行業(yè)在新技術研發(fā)過程中即與核管會保持互動溝通，可有效避免走彎路，同時核管會提前掌握核能新技術的細節(jié)，也有助于縮短未來技術審評流程，而核能新技術監(jiān)管審批流程繁復冗長正是制約其商業(yè)化進程的主要因素之一。

2019年10月，能源部和核管會正式簽署合作諒解備忘錄，明確分別通過下屬先進反應堆部署辦公室和核能監(jiān)管研究辦公室，建立專業(yè)技術和知識共享機制以及合作協(xié)同機制。

針對核管會監(jiān)管框架的問題，由于現(xiàn)行框架是基于傳統(tǒng)輕水堆商業(yè)機組發(fā)展完善的，對反應堆技術的設計認證和許可證審批流程缺乏透明度，流程冗長且取費過高，成為先進反應堆技術商業(yè)化面臨的難題之一。

基于此，NEIMA法案重點提出對美國核管會的改革舉措，推動核管會有能力以安全、及時和透明的方式審批先進反應堆技術，建立一套新的適用于先進反應堆技術的監(jiān)管框架。

首先是優(yōu)化改革核管會的預算和取費機制，以降低先進核能技術的開發(fā)成本。其次是建立現(xiàn)代化的監(jiān)管框架，制訂新的問責措施來改進核管會的許可程序，要求核管會建立審批和許可項目的績效標準和里程碑節(jié)點，并定期向國會報告，以確保核管會按計劃時間表完成審批和許可流程。美國核工業(yè)業(yè)界普遍認為，該法案將是美國核安全監(jiān)管機構(gòu)改革和許可流程現(xiàn)代化的分水嶺。

在資金支持方面，NEICA法案要求能源部制定并執(zhí)行先進核能開發(fā)費用共擔資助計劃。該計劃與能源部已有的加快核能創(chuàng)新接口倡議（GAIN）進行銜接，GAIN是2015年美國能源部啟動的一項倡議，主要為先進核能技術開發(fā)方提供技術和資金支持，新計劃則重點關注新技術的許可和審批，由能源部向先進核能技術開發(fā)方提供資金支持，幫助技術開發(fā)方獲得核管會的評審和許可，從而降低技術開發(fā)方的許可成本，避免因許可成本過高導致先進核能技術創(chuàng)新受阻。

加強基礎研究能力

目前，美國開展研發(fā)的新一代先進核能技術大多基于快中子堆，而自從1992年美國關停實驗增殖快堆2號（EBR-2）后，美國幾乎終止了快堆研發(fā)項目，因此缺失相關試驗能力，尤其是用于為先進反應堆技術、燃料和材料研究提供支持的實驗快堆。

NEICA法案要求能源部投資建設一座多功能試驗快堆，具備快中子譜輻照能力，且可滿足未來升級的需要。2018年11月，能源部宣布將使用通用-日立核能技術公司的PRISM鈉冷快堆技術建設多功能試驗快堆。2019年2月，能源部正式啟動多功能試驗快堆項目，由愛達荷國家實驗室牽頭實施，目標是2025年前建成運行，目前已啟動環(huán)境影響評價。

在基礎研究平臺搭建方面，由于開展先進核能技術創(chuàng)新的中小企業(yè)缺乏大型試驗設施和驗證能力，制約其技術創(chuàng)新進程。針對該問題，NEICA法案要求能源部制訂專項方案，充分利用國家實驗室等政府技術資源，為私營企業(yè)的先進反應堆設計提供試驗測試和驗證示范平臺。

2019年8月，能源部宣布建立國家反應堆創(chuàng)新中心（National Reactor Innovation Center，NRIC），作為先進反應堆技術的示范和驗證平臺，將為私營技術創(chuàng)新企業(yè)提供從試驗、驗證到示范的全方位支持。該中心同樣將由愛達荷國家實驗室牽頭，同時與加快核能創(chuàng)新接口倡議（GAIN）對接，國會2020財年預算已為NRIC撥款500萬美元支持資金。

此外，NEICA法案還要求能源部加強將高性能計算機模擬和仿真技術應用于先進反應堆技術研發(fā)。能源部將制訂專項計劃，通過國家戰(zhàn)略計算倡議（NSCI）與其他政府機構(gòu)協(xié)調(diào)，利用高性能超級計算機加快推進先進核能技術創(chuàng)新。

對我國核能技術創(chuàng)新的啟示

筆者參加的某次核能行業(yè)研討會上，有來自大學和科研院所的多位專家學者指出，我國在核能領域基礎研究薄弱，相關共性技術研發(fā)機構(gòu)缺位。往上追溯，我國核工業(yè)在進行公司化改革時，包括基礎和共性技術研究在內(nèi)的大部分科研院所，全部下放到中核集團，目前，原子能院和核動力院均承擔較大部分的基礎研究和共性技術研究。

參照美國核工業(yè)分級科研體系，按照國家抓基礎和共性技術、企業(yè)抓應用技術的基本原則，有必要對我國核工業(yè)科研體系進行優(yōu)化改革，建立由國家層面直接管理的核工業(yè)科技研發(fā)機構(gòu)，開展核領域基礎和前瞻技術研究，形式上可參照美國模式設立國家核實驗室，定位為公共事業(yè)單位，同時服務于軍工和核電企業(yè)。2019年兩會上，近期新晉中國工程院院士的核動力院院長羅琦提交了關于設立核領域國家實驗室的提案。

核工業(yè)國家實驗室可定位為核領域相關戰(zhàn)略性和原創(chuàng)性前沿基礎研究以及重要共性技術研發(fā)等，主要聚焦周期長、需要進行多學科綜合研究的項目，可由相關主管部門直接管理，既可以增強主管部門的技術預見和技術管理，又可以使其研發(fā)活動更接近于核工業(yè)發(fā)展要求，避免走向純理論研究。國家實驗室可以獲得穩(wěn)定的政府支持，沒有經(jīng)營考核等羈絆，保證其更好地專注于科技創(chuàng)新。

另外，在管理體制方面，目前我國核工業(yè)科技研發(fā)存在分頭管理情況，科工局和能源局均管理核相關科研項目，雖然有軍民側(cè)重之分，但對于基礎和共性技術研發(fā)，仍不可避免的出現(xiàn)重疊，導致資源分散，不利于集中管理和整體統(tǒng)籌。國際上，美國、法國和俄羅斯等核工業(yè)強國，相關科技研發(fā)均是由一家主管部門集中管理。