关于我国核燃料闭合循环战略的讨论
发布时间：2021-03-15
摘要:按我国制定的《核电中长期发展规划(2005—2020年)》,其中要求我们国家需要走核燃料闭合循环的道路。基于此,该文着重介绍了闭合循环的意义,简要介绍了国际发展的基本态势。对几个相关问题,如商用乏燃料处理厂建设时机;钚的产用平衡;MOX燃料在热堆核电站使用的适应性、经济性等作了讨论,并提出政策建议。
关键词:核能核燃料循环发展战略
随着我国核电的快速发展及核设施三废退役治理进度的加快,势必将要建设大量的核燃料循环设施,用以生产核电厂需要的燃料元件,回收处理核电厂产生的乏燃料,以及对相应的废水、废气和固体废物进行处理处置。但是与之相对应的安全标准建设未能跟上,如至今尚未开展过核燃料循环设施的物项安全分级的研究,从而使得我国核燃料循环设施的设计、建造、制造无法选用合适的规范和标准,也给安全审评和监督等工作带来了许多困难。
1我国自主核燃料品牌建设的重点攻关方向
1.1完善核燃料设计技术体系和基础产业能力
(1)在进行设计分析体系时,应该把核燃料棒性能分析、核燃料组件性能分析程序的自主开发、适用于自主化核燃料的先进堆芯设计程序开发、混合堆芯安全评价技术等作为重点的关注对象,并将这些技术体系加以改进与完善。
(2)材料研发方面,为了强化其他核燃料关键材料研发保障体系建设,其中包括覆盖材料成分筛选、工艺研究、性能测试评估以及芯块和吸收材料,可以在已有的锆合金材料研发工作的基础之上,对锆合金研制及性能评价保障体系进行进一步的夯实。
(3)在制造加工方面,需要把自主核燃料研制相匹配的批量化工艺能力建设和质保体系建设工作作为重点进行关注,另外,补强核燃料运输和贮存相关的核燃料基础产业保障能力都有待加强。
(4)在试验验证方面,为了解决实验中出现的疑难问题,需要提高自身能力,可以从强化CHF等核燃料综合性能试验实施能力、数据处理和评估能力以及试验经验积累等方面着手。
1.2建立以市场为驱动的可持续核燃料研发发展模式
第一,为了从行业、国家产业角度开展联动模式搜索,可对我国现有的有利政策(重大专项等)以及保障手段进行充分利用,从而提高资源利用率,加大对基础资源与设施的开放共享程度,用以完善和补充当前的核燃料研制与国内的一些基础能力。
第二,为使我国当前的核燃料研发工作摆脱依靠国家支持的落后模式,可根据实际,适时进行核燃料用户联盟的创建工作,产业联盟的当今形势下核燃料的发展趋势,其主要以灵活多样的项目开展工作,从而满足市场需求,与此同时,还可以通过对市场手段的利用完成核燃料的更新换代。
2核燃料闭合循环战略的意义
2.1核燃料循环成本对核电竞争力的影响
目前,从市场整体情况看,我国市场上的清洁能源,如风电、火电,其价格远远高于核电价格,所以说核电在价位上面有很大的竞争优势,但是,在世界范围内,随着核电站的快速发展,建设步伐在稳步提升,核燃料价格也是水涨船高,这样一来,核电本来存在的优势也就面临极大的挑战,当前,价格问题对我国的核电能否继续健康发展起着至关重要的作用,所以,为了解决这一问题,可使相关单位降低核燃料循环成本。
2.2有利于环境保护与环境安全实施
核燃料是进行闭合循环的,这样一来,将乏燃料当成废物直接进行最终处置的乏燃料废物量要少很多,使长寿命放射性废物的体积和潜在的放射性毒性得到极大程度的降低,从而有效地减少了处置废物所需要的空间。如果在核燃料的处置中实施铀钚再循环,使其最终处置量降低为“一次通过”的1/4左右,这样一来,就是说如果在“一次通过”要建四个最终地质处置库实,施铀钚再循环只需要建一个最终地质处置库实就可以了,在实施快堆增殖循环时,需要分离高放废物,之后,将分离出的长寿命裂变产物和次锕系核素放到快堆中嬗变成短寿命的放射性物质,剩下很少需要处置的废物,从而使核能发展的环境生态可持续发展得到解决。
2.3在国际核燃料合作中表现突出
在步入21世纪之初,“核电”在世界上开始出现复苏,这种现象不仅是在发达国家,许多发展中国家也同时提出了要发展核电的要求,虽然说核电复苏有利于解决当前的核燃料供应问题,但是也增加了核扩散的风险,所以做到既支持发展中国家发展核电,又要有效、可靠的防止核扩散,成为发展核电的主要矛盾,也是世界核能发展的焦点问题,在国际外交中,这个问题也尤为突出,因为核燃料关系到多边国际合作,所以在防止核扩散的条件下支持发展中国家发展核能是大势所趋,同时也有利于发展中国家进一步发展,是个好事;但是,如果使发展中国家发展核电,会造成国际核燃料在生产和供应上出现格局固化的问题,从而导致一些国家将永远不具备发展核电的能力。目前我国作为核大国之一,有能力也有义务在核燃料国际合作中承担更多的责任,为核电的发展做贡献,为了我国能够在国际核燃料中发挥更大的作用,应抓紧时间,建立闭合燃料循环体系,以此来增强核燃料的生产供应能力和水平。
相关期刊推荐：《中国核电》(季刊)创刊于2008年，由原子能出版社主办。报道国内外核电建设和运营的最新动态和信息;跟踪国外先进核电技术;加强与国际相关组织机构的信息与技术交流;普及核电知识。设有：核电专访、核电规划、核电研发、设备制造、核电管理、核电运营、人才培养、核电资讯等栏目。
3我国自主核燃料品牌建设的重点攻关方向
3.1强化核燃料基础产业设计技术体系和能力
就现阶段来说,在我们国家内部进行的自主核燃料研发工作中,已经取得了一系列的科研成果,与此同时,促进国内核燃料基础产业的发展。但是,看到成绩的同时,我们也不能忽略自身存在的不足,也就是新燃料的研发工作至今未完成,后续工作还有待完善,虽然已经具备了开发新产品的一系列条件,还应该在健全体系和提升能力方面加以努力。
第一,设计分析体系方,首先要把眼光放在提升核燃料性能方面,深入研究核燃料组件的相关程序和自主研发水平,大力研究堆芯设计等先进的技术;
第二,材料研发,在已经使用材料的基础上,增加对材料性能的评价和开发,特别是应该重点优化以芯块和吸收体材料为主要对象,保证其才能性能比例达到最优状态;
第三,在制造加工方面,需要把自主核燃料研制相匹配的批量化工艺能力建设和质保体系建设工作作为重点进行关注,另外,补强核燃料运输和贮存相关的核燃料基础产业保障能力都有待加强。
第四,在试验验证方面,为了解决实验中出现的疑难问题,需要提高自身能力,可以从强化CHF等核燃料综合性能试验实施能力、数据处理和评估能力以及试验经验积累等方面着手。
第五,在辐照性能评估方面,为了使辐照性能评估保障体系水平得到有效提升,必须要对先导棒、先导组件辐照后池边检查以及热室检查的手段加以完善,提高其基础能力。
3.2建立以市场为驱动的可持续核燃料研发发展模式
第一,为了从行业、国家产业角度开展联动模式搜索,可对我国现有的有利政策(重大专项等)以及保障手段进行充分利用,从而加大对基础资源与设施的开放共享程度,用以完善和补充当前的核燃料研制与国内的一些基础能力。
第二,为了能够及时的进行经验交流,可以从以下方面着手:建立核燃料领域的学术交流会(类似于Topfuel)、举办相关学术论坛、成立核燃料分会等,通过打造这些经验反馈平台,达到信息共享的效果,这样一来,不仅促进了我国核燃料界的交流互动,而且为我国核燃料的研发改进提供极大支持。
第三,为使我国当前的核燃料研发工作摆脱依靠国家支持的落后模式,可根据实际,适时进行核燃料用户联盟的创建工作,产业联盟的当今形势下核燃料的发展趋势,其主要以灵活多样的项目开展工作,从而满足市场需求,与此同时,利用市场手段达到品牌升级的目的。
总而言之,对于核电厂,核燃料在一定程度上决定了核电行业的竞争力。所以,核电厂需要进一步研究影响核燃料的因素,并且采取相对科学的管理方式实现对核燃料换料管理和循环管理,为核电厂的运行管理提供一定的指导。——论文作者：王猛王彦杨洁陈海龙
