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自黨的十九大提出“構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系”的戰(zhàn)略要求以來，核電作為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，發(fā)揮了不可替代的作用。近年來，科技競爭與大國博弈升級、生態(tài)惡化與能源危機加劇，迫使核能領(lǐng)域持續(xù)加大科技創(chuàng)新支持力度。根據(jù)國際原子能機構(gòu)（IAEA）動力反應堆信息系統(tǒng)（PRIS）數(shù)據(jù)，截至2023年3月，38個成員國共有422個商用反應堆正在運行，總凈裝機容量為377 GWe；另有18個成員國正在建造57臺核電機組，總凈容量59 GWe。核電提供了全球10%的電力，是僅次于水電的第二大低碳電力來源，約占全球低碳電力的28%。從全球視角來看，核能利用將在未來能源科技發(fā)展中占據(jù)重要地位。為了更好地保障國家能源安全，形成綠色多元的能源供給體系至關(guān)重要。核能作為能源發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要組成部分，既要從批量化、市場化角度建設成熟可靠的反應堆技術(shù)，滿足我國核電規(guī)模化發(fā)展的需要；又要從技術(shù)進步角度探索研發(fā)創(chuàng)新型反應堆技術(shù)，做好未來技術(shù)儲備，滿足長期可持續(xù)發(fā)展的需要。如何合理選擇下一代核能系統(tǒng)技術(shù)路線，集中力量突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建核能多用途應用場景，拓寬核能應用市場，將直接影響我國核工業(yè)的長遠發(fā)展，關(guān)系我國能否在核能領(lǐng)域占領(lǐng)技術(shù)制高點并形成引領(lǐng)優(yōu)勢，也是未來較長時期內(nèi)我國核能行業(yè)政策的重點關(guān)注內(nèi)容。

多年以來，國際原子能機構(gòu)（IAEA）、經(jīng)濟合作組織核能署（OECD-NEA）、第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）等國際組織在先進核能系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)、市場推廣、監(jiān)管協(xié)調(diào)等領(lǐng)域組織開展了大量工作，部分先進核能發(fā)展理念已形成全球核能行業(yè)共識。我國在開展相關(guān)研究過程中，有必要梳理國外發(fā)展情況、借鑒相關(guān)經(jīng)驗，結(jié)合當下國情和未來發(fā)展需要，明確下一階段方向，合理規(guī)劃布局。

一、國外先進核能技術(shù)發(fā)展概況

2001年，在美、英、日等9個國家的高級政府代表的見證下，第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）宣告成立。GIF于2006年正式吸納我國為成員國，目前成員（ 含歐盟 ）總數(shù)為14個。

GIF旨在尋求技術(shù)創(chuàng)新和先進的反應堆設計，通過挖掘市場需求等方式提升經(jīng)濟性，提高設計靈活性和熱效率，減少放射性廢物體積和毒性，滿足第四代核能系統(tǒng)的可持續(xù)性、經(jīng)濟性、安全可靠性和防擴散及實物保護的目標；在各成員國的政策與資金支持下，力爭2030年后實現(xiàn)先進核能系統(tǒng)的示范與商業(yè)化部署。

為滿足對可持續(xù)性、經(jīng)濟性、安全可靠性以及防擴散和實物保護方面的進一步提升要求，六種第四代反應堆技術(shù)路線入選GIF第四代核能系統(tǒng)選型，包括鈉冷快堆（SFR）、鉛冷快堆（LFR）、氣冷快堆（GFR）、超高溫氣冷堆（VHTR）、超臨界水堆（SCWR）以及熔鹽堆（MSR）。成員國針對六種概念的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行合作，通過技術(shù)、體制和組織創(chuàng)新實現(xiàn)上述目標。經(jīng)過20年的探索，部分第四代核能系統(tǒng)研發(fā)取得了實質(zhì)性進展，并且對當前小型模塊化反應堆的開發(fā)起到指導性作用。

近年來，IAEA不斷加大對小型模塊化反應堆發(fā)展與推廣的支持力度，為此開發(fā)了小型模塊化反應堆應用平臺，協(xié)助各國應對核能開發(fā)過程中所遇到的相關(guān)挑戰(zhàn)。2021年，IAEA先后發(fā)布了小型模塊化反應堆部署技術(shù)路線圖、小型模塊化快堆的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)等重要研究報告。2022年，為促進小堆技術(shù)、市場與監(jiān)管協(xié)調(diào)發(fā)展，IAEA發(fā)起了“核協(xié)調(diào)與標準化倡議”，將決策者、監(jiān)管者、設計者、供應商和營運者聚集在一起，為小堆制定共同的監(jiān)管和工業(yè)界解決方案，促進中小型模塊堆和其他先進核技術(shù)的安全可靠部署。

為應對氣候變化和能源危機，經(jīng)濟合作組織核能署（OECD-NEA）于2015年發(fā)起了一項核創(chuàng)新倡議（Nuclear Innovation 2050， NI2050）。項目涵蓋了廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，涉及反應堆系統(tǒng)設計和運行、燃料和燃料循環(huán)技術(shù)、廢物管理和退役以及發(fā)電以外的相關(guān)應用。此外，該項目還挖掘供熱市場的潛力，并力求提升反應堆運行的靈活性。

隨著可再生能源、儲能等能源技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電系統(tǒng)越來越多樣化。除電力部門外，各種低碳能源技術(shù)正在瞄準重工業(yè)和長途運輸?shù)阮I(lǐng)域的減排需求快速發(fā)展。OECD/NEA于2021年發(fā)布《Advanced Nuclear Reactor Systems and Future Energy Market Needs（ 先進核反應堆系統(tǒng)和未來能源市場需求 ）》專題報告。報告針對先進核反應堆系統(tǒng)（ 第三代/第三代+反應堆、小型模塊化反應堆和第四代核能系統(tǒng) ）技術(shù)特征，探討了如何滿足未來的能源市場需求。

二、先進核能發(fā)展理念與研究進展

面對氣候危機、能源危機以及先進核能技術(shù)提升需求，國際組織根據(jù)其性質(zhì)和成員國訴求等因素提出了不同的先進核能發(fā)展理念與發(fā)展行動。

（ 一 ）國際原子能機構(gòu)（IAEA）

2018年，IAEA有針對性地成立了小型模塊化反應堆專項技術(shù)工作組（TWG-SMR），由核動力處下屬核動力技術(shù)發(fā)展科（NPTDS）牽頭負責該工作組運作。目前該工作組共有成員國21個，觀察員國1個，國際組織2個。工作組主要職能是就與IAEA SMR活動有關(guān)的具體議題向分管核能的副總干事提供咨詢意見；分享關(guān)于SMR的國家和國際計劃信息等。

工作組下設三個小組，分別是：

·SG-1：通用用戶需求和標準（GURC）的開發(fā)；

·SG-2：研發(fā)與創(chuàng)新；法規(guī)與標準；

·SG-3：產(chǎn)業(yè)化、工程設計、調(diào)試、制造、供應鏈與建筑技術(shù)。

結(jié)合以往二代、三代大型商用核電站運行經(jīng)驗和能源市場情況，IAEA有針對性地設定了SMR發(fā)展目標（見表1）。

面對當前各國小堆發(fā)展所面臨的共性問題，IAEA將其提煉，并作為下一步亟待研究解決的方向：

·FOAK的安全性和運行性能示范，創(chuàng)造性的設計和技術(shù)；

·項目的連續(xù)性，與其他替代電/熱源的成本競爭力，穩(wěn)健的供應鏈和可行的融資方案；

·監(jiān)管框架，執(zhí)照許可途徑：全球部署所需要的協(xié)調(diào)工作；

·發(fā)展核能基礎(chǔ)設施，加速部署，特別是在無核電的國家。

為助推小型模塊化反應堆在全球安全可靠部署，IAEA于2022年面向成員國發(fā)起《核協(xié)調(diào)與標準化倡議（Nuclear Harmonisation and Standardisation Initiative， NHSI）》，旨在建立一個涵蓋全球核能監(jiān)管機構(gòu)、核能企業(yè)、技術(shù)持有者以及相關(guān)國際組織的交流平臺，在小型模塊化反應堆行業(yè)標準和監(jiān)管要求方面開展廣泛討論，凝聚共識，形成通用的業(yè)界規(guī)范和統(tǒng)一的監(jiān)管方法。

具體工作分為兩個組別開展，一個面向監(jiān)管機構(gòu)，另一個面向工業(yè)界，包含技術(shù)持有者和運營商。兩組相互獨立但又互為補充支撐。

監(jiān)管組設立目標是加強國際監(jiān)管合作，避免重復審查工作，在不損害核安全和國家主權(quán)的前提下提升效率并達成共同的監(jiān)管立場。監(jiān)管組設立三個工作組，分別負責共享信息框架構(gòu)建、許可設計預審查以及監(jiān)管經(jīng)驗借鑒。

工業(yè)組目標是為小堆的制造、建設和運營開發(fā)制定標準化程度更高的工業(yè)方案，從而縮短執(zhí)照申請時間，降低成本，并最終縮短部署周期。SMR商業(yè)模式通常基于批量生產(chǎn)，采用標準設計的首座反應堆部署后，周期與成本將得以縮減。該組任務劃分為四個議題，分別是通用用戶要求及準則協(xié)調(diào)、法規(guī)標準融合、實驗與模型驗證、基礎(chǔ)設施加速實施。

除了SMR技術(shù)工作組和《核協(xié)調(diào)與標準化倡議》外，為促進小堆積極穩(wěn)妥可持續(xù)發(fā)展，IAEA還發(fā)起多項協(xié)調(diào)研究項目，包括“制定確定小型模塊化反應堆部署應急規(guī)劃區(qū)技術(shù)基礎(chǔ)的方法、方法和標準”“增強小型模塊化反應堆競爭力和早期部署的技術(shù)”“小型模塊化反應堆（SMR）項目的經(jīng)濟評估：方法和應用”等。

圖1　IAEA核協(xié)調(diào)與標準化倡議

（ 二 ）經(jīng)濟合作組織核能署（OECD/NEA）

與IAEA全方位關(guān)注小堆開發(fā)略有不同，OECD NEA更側(cè)重發(fā)展小堆技術(shù)以外的市場推廣、應用場景以及經(jīng)濟效益等問題。

2021年，OECD NEA發(fā)布《小型模塊化反應堆：挑戰(zhàn)與機遇》報告。報告詳述了SMR技術(shù)經(jīng)濟特征、牌照頒發(fā)和監(jiān)管事宜、法律框架、政策指引等核工業(yè)及能源投資領(lǐng)域所關(guān)注的話題。報告中列舉了小堆發(fā)展所面臨的主要問題：

·技術(shù)選型；

·法規(guī)許可框架；

·新技術(shù)所帶來的不確定性；

·供應鏈和燃料循環(huán)；

·公眾認知與參與。

對此，NEA在報告中指出：小堆的開發(fā)，不僅有助于避免近年來大型核電項目所面臨的交付拖期等問題，而且還能擴大核能在能源體系中的應用范圍，從而為多個行業(yè)提供靈活、可調(diào)度的低碳電力和熱力服務；小堆經(jīng)濟性的提升需要以大規(guī)模部署為前提，隨著技術(shù)日趨成熟，風險將逐步降低，促使政策、資金加大支持力度，供應鏈不斷完善；為確保小堆市場的良性發(fā)展，政府、監(jiān)管機構(gòu)、供應商與運營方等需共同努力，在確保安全的前提下建立適用于小堆的示范方案，適當調(diào)整審查機制，發(fā)展制造能力，協(xié)調(diào)公共關(guān)系。

為了跟蹤各SMR型號開發(fā)進展，提供項目相對全面、準確的進度評估，NEA近期開發(fā)了一套綜合評價方法（NEA SMR Dashboard）。該方法結(jié)合小堆公開數(shù)據(jù)和專家判斷，評估了技術(shù)成熟度之外確保項目成功的六類關(guān)鍵條件，包括：1）執(zhí)照申請準備；2）廠址狀態(tài)；3）融資情況；4）供應鏈完備度；5）合作方數(shù)量；6）燃料開發(fā)程度。每一類關(guān)鍵條件作為一項衡量尺度又分為1—5級，0級代表尚未取得進展或信息未公開，5級為進展程度最高。

NEA對目前全球數(shù)十種小型模塊化反應堆和第四代核能系統(tǒng)進行了篩選，對21個小堆型號根據(jù)該方法進行了商業(yè)化和部署進展評估。目前NEA評估項目仍在進行中，尚未公開發(fā)布評估結(jié)果。

NEA SMR Dashboard為業(yè)界衡量小堆開發(fā)進展提供了新視角，通過直觀的方式將開發(fā)進度拆解成不同指標，為小堆項目的整體評估提供了有益的補充。

（ 三 ）第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）

GIF于2001年成立后，長期致力于推動六種先進核能系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)與國際合作。在全球達成碳減排共識前，盡管核能保持著一定比例的非電力應用（ 如城鎮(zhèn)供暖、海水淡化等 ），但經(jīng)濟性一直面臨著如廉價的天然氣等化石能源的強大沖擊。國際形勢的不斷變化使未來能源和環(huán)境充滿了不確定性，包括核能技術(shù)在內(nèi)的未來能源系統(tǒng)，將進一步向更加可靠、環(huán)保、有彈性的綜合能源系統(tǒng)發(fā)展。在此情景下，GIF除了繼續(xù)保持對第四代核能系統(tǒng)的開發(fā)力度外，成立了核熱非電力應用任務組，負責核能非電力應用領(lǐng)域的研究拓展，并將在重新定義未來能源混合中的核能作用方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過該任務組，GIF旨在向其簽署國提供適當?shù)闹R和分析工具，使決策者能夠針對不同的社會經(jīng)濟和地理環(huán)境找到最佳的能源系統(tǒng)解決方案。

按照工藝溫度劃分，可以對非電力應用場景和用途進行分類。圖2顯示了GIF框架下核能驅(qū)動的未來綜合能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用熱、電和加工中間介質(zhì)（ 如氫氣 ）來支持工業(yè)能源需求。

　圖2　GIF框架下先進核反應堆與核能產(chǎn)品的應用路徑圖

GIF試圖對復雜能源供應矩陣提出解決方案。第四代反應堆技術(shù)與非電力應用場景相結(jié)合的最優(yōu)解，涉及多標準和多變量問題。圖3通過簡化的6×3×6矩陣說明了第四代核能技術(shù)的潛在應用領(lǐng)域。矩陣對應了3種功率等級、6種第四代核能技術(shù)和6種非電力應用場景。

核熱非電力應用任務組采用了簡化的方式研究復雜能源供應矩陣，并總結(jié)出當前形勢下第四代核能技術(shù)現(xiàn)狀、熱電聯(lián)產(chǎn)或其他非電力應用方案需要開展的行動：

·突破現(xiàn)有技術(shù)與執(zhí)照申請方面的障礙；

·確定非電力應用對反應堆運行等提出的具體要求和規(guī)范；或提出相應方案解決潛在的限制；

·從安全、執(zhí)照申請、互通性、耦合系統(tǒng)的可靠性、過程控制、瞬態(tài)管理等方面分析第四代反應堆與核熱非電力應用過程耦合的結(jié)果；

·從政府行政角度分析支撐相關(guān)復雜系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟條件（ 例如，國家政策、特定地理環(huán)境、發(fā)展工業(yè)所需的基礎(chǔ)設施等 ）；

·分析非電力應用生產(chǎn)設施與核電廠共用廠址/耦合在法規(guī)層面的挑戰(zhàn)；

·推動示范需求落實，促使投資方和最終用戶了解解決方案的技術(shù)和經(jīng)濟特性。

圖3　第四代反應堆系統(tǒng)矩陣、反應堆尺寸和應用場景

三、先進核能系統(tǒng)未來展望

近年來，全球能源結(jié)構(gòu)正在向綠色、清潔、低碳轉(zhuǎn)型，以小型模塊化反應堆為代表的先進核能系統(tǒng)將在未來能源系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。小型模塊化反應堆概念的興起，催生了核能行業(yè)的一系列變革。安全、經(jīng)濟、可持續(xù)等先進核能理念均被納入近期開發(fā)的小堆發(fā)展目標。與大型反應堆相比，小堆主要具有以下顯著優(yōu)勢：

·小堆可以融入更豐富的模塊化屬性，增加工廠制造組件比例，替代高成本的現(xiàn)場施工；

·較低的功率水平使小堆系統(tǒng)設計更為簡化（ 如采用完全非能動系統(tǒng)，縮小應急規(guī)劃區(qū)域 ）；

·供應鏈體系改進，具備批量建造更多小堆設備裝置的能力，使小堆進一步縮短建設周期、降低成本、提高質(zhì)量；

·單堆/單模塊功率較低為小堆拓展了特定的用戶市場，能夠為工業(yè)活動提供脫碳解決方案，如采礦、化工、制氫等；

·降低SMR放射性源項和工作人員/公眾劑量，使應急計劃區(qū)范圍最小化，從而使SMR與工廠或化工設施等用戶共用廠址，提升聯(lián)產(chǎn)部署的可行性和經(jīng)濟性。

本文梳理了近期主要國際組織在先進核能領(lǐng)域的部分行動，通過以上特點可以看出，先進核能系統(tǒng)的開發(fā)更強調(diào)安全性、經(jīng)濟性、可持續(xù)性等特征的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。為達到這一目標，結(jié)合IAEA等國際組織的理念與經(jīng)驗，本文嘗試對我國未來先進核能系統(tǒng)發(fā)展提出以下建議：

1.技術(shù)開發(fā)、法規(guī)監(jiān)管、供應鏈配套、市場推廣等方面的協(xié)同發(fā)展對開發(fā)下一代先進核能系統(tǒng)至關(guān)重要，在此過程中需要重視用戶要求文件的指導意義和標準化體系的促進作用；

2.政府、監(jiān)管機構(gòu)、供應商與運營方等需共同努力，在確保安全的前提下建立適用于小堆的示范方案，合理制定法規(guī)審查機制，發(fā)展制造業(yè)與供應鏈，協(xié)調(diào)公共關(guān)系；

3.結(jié)合各地實際情況，探索核能綜合利用場景與需求，開展核能與其他清潔能源的耦合，構(gòu)建清潔低碳的綜合能源系統(tǒng)；

4.建立有效的創(chuàng)新機制，加大研發(fā)投入，包括小堆燃料材料研制，AI等先進技術(shù)在小堆中的應用研究以及小堆設計和安全分析軟件開發(fā)等，全面推動先進核能系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)突破。 

（作者:李漢辰  單位：中國核能行業(yè)協(xié)會）