中美核电技术

1、闲谈核电技术未来何奎谢菲尔德大学机械工程系最近国际上发生几件大事，欧元急剧贬值，中国足球队表现出要冲出亚洲的样子，等等，让人 应接不暇。然而最大的变化，作为井底之蛙的人类，是看不到的。那就是极端气候已经严重影 响到人们的生活，迫使以前不愿意承担减排任务的美国开始考虑付出更多的努力来减排。核能 显然是一种重要的减排手段，这是奥巴马2011喊出复兴核能的根源。然而，日本福岛核事故 给他泼了瓢冷水。时至今日，不仅美国，还包括其它有核电国家都被该事故所拖累。公众谈核 色变，核电计划无法继续推进。这种状况主要是由于公众对核电了解不深引起的。大家都有个 常识，当你不认识一个人或事物时，就会有紧张感。关于核

2、电公众认识还是太粗浅。认为核电 出事后就会死很多人，但实际上人类最严重的一次核电事故，切尔诺贝利核电事故，因为核电 辐射死亡的人数只有7000人，死这么多人归根结底还是由于前苏联政府封锁消息，想凭大国 一己之力扑灭这场灾难，反观同样是严重核事故的三里岛事件，并没有造成任何人员伤亡。需 要纠正大家的一个偏见是核事故不同与核爆炸，它的发生是缓慢的，在事故扩散之前，专业人 员完全有能力争取时间，让大家离开受影响的区域，日本福岛事故就是很好的例子。核电让人 恐慌首要原因是其辐射影响是深远的，不仅影响当代人，也会影响下一代人。由辐射引起的疾 病是广泛的，可怕的，不可治愈的。然而人类从来就不会因为经历了一

3、场灾难而停止发展的脚 步，要不然就不会有今天的飞机，火车和轮船。每天都有关于上述交通工具的事故，但是人们 似乎从来不认为这些东西应该停止发展。核电之所以有人反对，最根本的原因还是有其他替代 能源可以用。如果别无选择人类只好背水一战。公众不了解的是，现在的核电技术还是上个世纪50-60年美苏争霸时期两国竞争的产物。现今 的几个主要反应堆堆型，如轻水堆，金属熔融盐堆等都是这个时期提出的。苏联解体以后，美 国失去了最重要的竞争对手，因此关于核技术的研究经费大量被削减，几个商业公司只从当时 所提出的几个堆型里挑出一些相对技术成熟的堆型，如轻水堆，进行应用推广。在漫长的近 40年里核电技术进步缓慢。即使

4、是这样，今天核电也发展到了第三代，安全性也前所未有地 提高，已对造成核事故最多原因的-人的因素进行最大防范。公众还没有意识到的是，对于别的国家，面对核电，他们还可以有选择，但是对一个有13亿 人口的国家，我们无法对核电说不。如果13亿人都过上现代化的生活，多建火力发电厂，我们 就会失去蓝天，新鲜空气，多建水坝，我们已经没有那么多河流，多建风电，太阳能，我们还 没有富到用的起。作为一个人口如此众多的国家，发展高能量密度的核电厂，是解决减少污染 排放的不二法门。最近，作为全球核电技术最强的国家，美国也觉得不该躺在过去的功劳簿上，应该大规模改进 核电技术，克服其现有的弱点。美国做出这样的反应最根本的

5、原因在于它感受到来自中国的威 胁。如今公众不知道的是，中国对几乎所有第四代反应堆堆型进行全面的基础研究开发。这些 堆型最初是由美，英，法于2000年提出的，包括，超临界水冷堆（本人研究的方向），超高 温气冷堆，气冷快堆，金属熔融盐堆，钠冷快堆，铅冷快堆。现在中国已经在超临界水冷堆和 高温气冷堆取得了一定进展，其中高温气冷商业示范堆已经开始在山东石岛湾建设。中国进步如此之快，无不与我们的举国体制，和巨大的商业需求推动有关。今年开年，中国国 家主席习近平就我国核工业创建60周年作出重要指示，鼓励在安全的基础上继续发展核电。山雨欲来风满楼，核电在减速4年后就要迎来加速发展期。然而，中国核电同行们还任

6、重而道 远。抛开技术进步不说，对公众进行核电知识的宣传已经落后于发达国家，当然这与中国国情 是政府强势而民众弱势有关。但是民众的自我保护意识正渐渐增强，已经到了影响核电建设的 程度。2012年，国家计划在江西彭泽县建设核电站，而遭到上游望江县反对就是个例子。本文将对中美核电技术做综合比较，懿旨让公众知道未来核电发展的方向，增强公众对核电的 信心。另外一个原因，在于本人发现，中美的核电技术发展思路已经有分化，而美国的设计理 念的改变是发人深思的。众所周知，美国是一个高度市场化的国家，这种市场化体现在私人引领的技术进步所占的比重 很大。私人引领的技术进步往往是高度盈利的，其相关项目的特点是研发周期

7、不是太长，投入 不是太大。这就是美国政府减少对核电的研究开发以后，美国核电技术就没有什么革命性突破 的原因。在有更高盈利项目的时期，私人资本是不会进入研发周期长，投入大，具有高度风险 的核电技术开发。然而核电发展的思路改变以后，就会改变这种局面。私人资本无法投资大型 核能发电的开发实验，但是他们有能力投资小型的实验反应堆。而这正是反应堆未来发展的一 个方向，即反应堆不是向大的方向发展而是向小的方向发展。现在反应堆越做越大主要是为了 提高经济性，但是也带来了建设周期长，发生事故就危害大，波及范围广的问题。所谓小型反 应堆，就是指发电功率300兆瓦以下，压力容器直径5米以下，相比单堆功率1000兆

8、瓦的大 型反应堆，体型堪比迷你。但是经过计算，这种反应堆单堆发电也可供美国45000个家庭使 用。为此，美国政府已经投入4亿5千万美元进行相关研究，这还不是重点，重点是一些私人 企业，如比尔盖茨基金会，Babcock & Wilcox公司，已经进入小型堆商业开发。美国历史经验 表明，私人公司加入某个行业，这个行业就离突破性进展不远了，因为私人的资本往往比政府 资本嗅觉更灵敏，也讲求效率。为了让公众对未来该发展方向有所了解，现对小型反应堆进行 简要介绍。小型反应堆具有以下特点：可以模块化设计制造。只要将工厂生产的几个模块拼接在一起就可以形成一个发电厂，这使 得电站建设速度可以很快。由于体型小还可

9、以将反应堆放入地下，以减少地震海啸对反应堆的 影响。冷却系统是被动的。可以利用冷却剂的自然循环来冷却堆芯。而且冷却剂偏向使用气体和融 融的固体，这也进一步减少了如福岛事故时水分解产生氢气，然后爆炸的可能。装料少。这就意味着即使反应堆发生泄漏，其影响也非常有限。经济性的问题可以通过建设小反应堆集群的方式来解决。单堆功率虽小，但是可以通过多堆 并网发电的方式提高经济性，每个堆都是独立的，即使一个产生问题，可以立刻用卡车拉走处 理，补充新堆，对电站没有什么影响。任何现有堆型都可以小型化。这就决定小型堆往往可以采用最先进的堆型设计，因为很多先 进堆的实验堆型就是小型化的。一些先进快堆设计可以使用传统核

10、电站产生的核废料作为原料， 从而处理了核废料堆积的问题。现阶段正在开发的小型模块化反应堆主要有：西屋公司小型化AP1000堆型。该堆型完全采用AP1000的技术，但是单堆功率从标准的 1200兆瓦下降到225兆瓦。冷却方法为自然循环水冷。反应容器大小为高27m，直径9.8m. 一 个发电厂占地面积从50英亩减小到15英亩，建设周期从几年下降到18个月。每2年需要更 换反应原料。mPower堆型。Babcock和wilcox基于核潜艇和航母用反应堆技术，提出了一种自然水冷单 堆功率160兆瓦的堆型。其大小为高23m，直径4.3m，冷却系统，蒸汽发生系统集成在一个 容器内，可以使用铁路和轮船运输。

11、燃料更换周期4年。Nuscale堆型。自然水冷，单堆功率非常小，只有50兆瓦，但是这个堆型设计理念的核心是 采用12堆堆群建设，使电厂总功率达到600兆瓦。通用公司GT-MHR堆型。高温气冷，单堆功率285兆瓦。该堆型最初设计用来处理前苏联核 弹头中的核材料，该堆特点是可以燃烧武器级的钚。Hyperiono单堆功率只有25兆瓦。反应堆体也缩小到高2.5m，直径1.5m。换料时间10年， 因此，该设计适合一些远离电厂的炼油厂。Prism。通用东芝联合设计的钠冷快堆。6年换料，单堆功率311兆瓦。这一快堆设计一大 优势是可以燃烧核废料。熔融盐反应堆。由于钍资源比铀资源更丰富，所以该设计能部分解决原料来源问题。Flibe。该堆型是应美国军方的要求设计，要求反应堆可以装进集装箱，方便运输到一些军事 基地，提供发电服务。要求使用铀233和钍作为燃料。这2种核材料都不