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講座名稱：核電技術當前發展狀況
報告人：葉奇蓁院士
報告單位：中國工程院
講座時長：18:22
內容簡介:中國電機工程學會核能發電分會2015年核電站新技術交流研討會
核電技術當前發展狀況
葉奇蓁院士發表“技術進步確保核電安全高效發展”演講。我國建立了完整的核科研和核工業體系。通過30年發展，我國核電產業已經初具規模，在運核電機組27臺，總裝機容量2549.8萬千瓦，在建機組24臺，總裝機容量2636萬千瓦，占世界在建總裝機容量的36%，居世界第一。
發展核電有利于減排改善環境，實現綠色低碳發展。
我國經濟社會發展面臨著國內資源環境制約日趨強化和應對氣候變化減緩CO2排放的雙重挑戰。當前我國生態環境污染形勢已極其嚴峻，近年來PM2.5彌漫造成的霧霾天氣已經成為威脅人民健康和降低幸福指數的重要殺手。治理霧霾和減排已成為中國能源結構調整刻不容緩的戰略任務。
核電從鈾礦開采到廢物處置的全生命周期每度電碳排放量僅為2-6克，與風能和太陽能發電相當，核電鏈溫室氣體排放僅約為煤電鏈的1%。在全球碳減排的邊際成本中，核能的邊際成本遠低于風能、太陽能、碳捕獲及封存等技術的邊際成本。鑒于核電是穩定、潔凈、高能量密度的能源，發展核電將對我國突破資源環境的制約，保障能源安全，減緩CO2排放，實現綠色低碳發展具有不可替代的作用，核電將成為我國未來可持續能源體系中的重要支柱之一。
國家在核電中長期發展規劃中提出的目標：2020年實現運行5800萬千瓦，在建3000萬千瓦核電裝機，2030年實現1.5億千瓦，在建5000萬千瓦核電裝機。為此每年需建造6-8臺機組，縱觀核電發展歷史，美國在核電建設高峰期，每年核電同時建設達6-8臺機組，個別年份甚至有10臺的記錄。
核電安全性有保障
我國核電安全標準與當前國際核電最高安全標準接軌，并持續改進，不斷提高；我國核電自秦山一期機組投運二十年來，在運機組安全水平進一步提升，未發生二級及以上運行事件（事故）；運行業績良好，主要運行指標高于世界平均值，部分指標處于國際前列，核電廠工作人員照射劑量低于國家容許標準，核電廠周圍環境輻射水平保持在天然本底范圍內，沒有對公眾造成不良影響。
我國自主開發的華龍一號和CAP1400壓水堆機型，采用先進的三代核電技術，有完善的嚴重事故預防和緩解措施，全面貫徹縱深防御原則，設置多道實體安全屏障，實現放射性物質包容。
三代壓水堆核電機組采用雙層安全殼，外層安全殼能夠承受強地震、龍卷風等外部自然災害，以及火災、爆炸等人為事故的破壞與襲擊，包括大型商用飛機惡意撞擊，內層安全殼能耐受嚴重事故情況下所產生的內部高溫高壓、高輻射等環境條件，安全殼的完整性保障了實際消除大量放射性物質的釋放。
核電是清潔能源
核電不僅不排放溫室氣體、有害氣體、微塵，還對放射性流出物進行嚴格處理和監控。按照國家環境保護法規，依據管理部門批準的排放限值，我國核電廠對放射性流出物的排放進行了嚴格的控制，對核電廠周圍環境進行了有效監控。 2013年運行核電廠放射性流出物的監察結果表明：我國商業運行核電廠的放射性流出物均遠低于國家標準值。
核電廠工作人員的職業照射按國家規定，連續5年平均年有效劑量不超過20mSv；任何一年不超過50mSv。2013年數據表明：我國核電廠平均個人劑量與年度最大個人劑量均遠低于國家標準。
中低放放射性固體廢物亦受到嚴格控制，規定每座核電廠年固體廢物不超過50立方米。中低放放射性固體廢物在核電廠暫存后，運到永久處置場存放。上述固體廢物目前還存儲在核電廠，受到完全的監控。相關地方正積極按國家標準建設永久處置場。
內陸核電建設
我國建設內陸核電勢在必行，內陸地區經濟有了很大發展，電網容量亦有很大發展，有些省份同樣缺乏煤炭和水力資源，2007年初南方各省發生了大面積、長時間的雪災，造成了廣大地區長時間斷電，帶來嚴重的后果，僅依靠遠距離輸電和長途運煤是難以保障用電安全，除提高電網的抗災害能力，建設緊急情況下不依賴燃料運輸的支撐電站----核電站是很必要的。
內陸核電廠大多采用冷卻塔閉式循環帶走余熱，不對水域產生熱污染，僅需蒸發補水1-2秒方，不與地方爭奪水資源；由于沒有循環冷卻水對放射性廢液的稀釋， GB－14587—修訂版征求意見稿，提出了100Bq/L的排放罐出口濃度控制值，以減少對江河稀釋要求。事實上目前工業化廢水凈化的技術已可凈化到20-30Bq/L，經處理過的水完全可以在工藝上復用，從而實現廢水“零排放”，或近“零排放”。凈化后的水如再進行電滲透處理，可以凈化到2 Bq/L左右，相當于天然本底。核電廠的廢水采用槽式排放，亦就是說可控排放，可以根據廢水中的核素進行必要專門處理，不會對環境造成不良影響。
放射性廢氣排放亦是可控制。根據我國26個擬選內陸廠址氣象條件的統計，較高的靜風頻率是我國部分擬選內陸廠址的一個重要特征。對26個擬選內陸廠址的長期大氣彌散因子進行計算，在規劃建設容量下，計算得到的運行狀態下放射性物質釋放導致廠址周圍公眾個人最大有效劑量和氣態途徑劑量占個人劑量約束值0.25mSv的份額均不超過40%，絕大多數低于20%，滿足國家標準的要求。針對以上26個廠址中的兩個典型內陸廠址，開展了示蹤物試驗，詳細研究了廠址的大氣彌散情況。采用符合廠址實際情況的大氣彌散模式計算廠址年均彌散因子，進一步計算分析表明：氣載放射性流出物對廠址周圍公眾個人所致的最大有效劑量為10-7--10-6Sv/a，不超過運行狀態下劑量約束值（0.25mSv）的1%。
持續的核安全研究將不斷提高核電的安全性
我國和國際上都在進行核電安全性研究，主要有實際消除大規模放射性釋放，保持安全殼完整性，嚴重事故預防和緩解（包括：嚴重事故管理導則，極端自然災害預防管理導則），耐事故燃料（ATF）研究等。其中耐事故燃料的研究集中于降低堆芯（燃料）熔化的風險，緩解或消除鋯水反應導致的氫爆風險，提高事故下燃料對裂變產物的包容能力。2011年美國國會通過法案，要求能源部組織制定一項旨在提高現役電站核燃料抵抗嚴重事故能力研究；目標是在2022年左右實現首個ATF燃料組件進入商用反應堆輻照；法國、日本、韓國等也在開展耐事故燃料的研發；OECD組織了多次耐事故燃料國際會議，IAEA正在籌備一項“ATFOR”的合作研究項目。我國相關研究院所亦已開展耐事故燃料的研發，我國有廣泛的碳纖維工業基礎，有SiC包覆燃料的工藝和經驗。耐事故燃料研究成功不僅將提高新建核電廠的安全性，而且將提高和改善已投產運行的二代改進型核電廠安全。
關于核廢物問題
每個核電廠每年卸約20-30噸乏燃料，存貯在核電廠內部乏燃料廠房中，乏燃料廠房存貯容量可滿足15-20年的卸料量和一個整堆燃料。壓水堆核電站乏燃料中含有：約95%鈾-238；約0.9%鈾-235；約1%Pu-239；約3%裂變產物；約0.1%次錒系元素。其中僅裂變產物和次錒系元素為高放和長壽命放射性廢物，其它均是可再利用的戰略物資。我國實施閉式燃料循環技術路線，提取乏燃料中的鈾和钚作為快中子增殖堆的燃料。我國自主設計的第一座動力堆乏燃料后處理中試廠熱試成功，正式投產；并正在規劃自主建設我國首個商業規模的乏燃料后處理示范工程，為實現我國核燃料閉式循環奠定基礎。我國已建成快中子實驗堆，并投入運行；正在研發并建設大容量的快中子示范堆，開發第四代核電技術，充分利用核資源，為下一代核電技術發展奠定基礎。
乏燃料中的長壽命次錒系元素可利用快堆或加速器驅動的次臨界系統（ADS）來嬗變，使其變廢為寶，ADS具有較高的嬗變支持比（與快堆相比為12/5），中子能譜更硬，安全性較好。我國正在開展ADS的研究。
高放廢物處置：裂變產物放射性核素含量或濃度高（4×10E10 Bq/L），釋熱量大（2kw/立米），含有毒性極大的核素。占所有廢物體積的1%，但占放射性總量的99%。高放廢物通過玻璃固化，采取三重工程屏障：玻璃固化體，廢物罐，緩沖材料；用以阻水，防止核素遷移。然后進行與生物圈隔離的深地層埋藏。
可以說核電廠乏燃料是嚴格受控的，不會出現任何安全問題；高放廢物遠小于煤電等廢棄物，經玻璃固化和三重工程屏障處理，以及深地層最終處置不會對環境、人類帶來危害。
我國裝機容量世界第五，到2020年我們可能會第二，也可以說是中國名副其實的核電大國。回顧二三十年，我們從無到有，再到今天的發展，總結兩個字——自主。面臨的是，我們不能做核電大國，要做核電強國，全世界都在看著我們，如何變為核電強國，也是兩個字——創新，所以我們在自主創新前提上，把我們的核電事業搞好，謝謝大家！
報告人：葉奇蓁院士
報告單位：中國工程院
講座時長：18:22
內容簡介:中國電機工程學會核能發電分會2015年核電站新技術交流研討會
核電技術當前發展狀況
葉奇蓁院士發表“技術進步確保核電安全高效發展”演講。我國建立了完整的核科研和核工業體系。通過30年發展，我國核電產業已經初具規模，在運核電機組27臺，總裝機容量2549.8萬千瓦，在建機組24臺，總裝機容量2636萬千瓦，占世界在建總裝機容量的36%，居世界第一。
發展核電有利于減排改善環境，實現綠色低碳發展。
我國經濟社會發展面臨著國內資源環境制約日趨強化和應對氣候變化減緩CO2排放的雙重挑戰。當前我國生態環境污染形勢已極其嚴峻，近年來PM2.5彌漫造成的霧霾天氣已經成為威脅人民健康和降低幸福指數的重要殺手。治理霧霾和減排已成為中國能源結構調整刻不容緩的戰略任務。
核電從鈾礦開采到廢物處置的全生命周期每度電碳排放量僅為2-6克，與風能和太陽能發電相當，核電鏈溫室氣體排放僅約為煤電鏈的1%。在全球碳減排的邊際成本中，核能的邊際成本遠低于風能、太陽能、碳捕獲及封存等技術的邊際成本。鑒于核電是穩定、潔凈、高能量密度的能源，發展核電將對我國突破資源環境的制約，保障能源安全，減緩CO2排放，實現綠色低碳發展具有不可替代的作用，核電將成為我國未來可持續能源體系中的重要支柱之一。
國家在核電中長期發展規劃中提出的目標：2020年實現運行5800萬千瓦，在建3000萬千瓦核電裝機，2030年實現1.5億千瓦，在建5000萬千瓦核電裝機。為此每年需建造6-8臺機組，縱觀核電發展歷史，美國在核電建設高峰期，每年核電同時建設達6-8臺機組，個別年份甚至有10臺的記錄。
核電安全性有保障
我國核電安全標準與當前國際核電最高安全標準接軌，并持續改進，不斷提高；我國核電自秦山一期機組投運二十年來，在運機組安全水平進一步提升，未發生二級及以上運行事件（事故）；運行業績良好，主要運行指標高于世界平均值，部分指標處于國際前列，核電廠工作人員照射劑量低于國家容許標準，核電廠周圍環境輻射水平保持在天然本底范圍內，沒有對公眾造成不良影響。
我國自主開發的華龍一號和CAP1400壓水堆機型，采用先進的三代核電技術，有完善的嚴重事故預防和緩解措施，全面貫徹縱深防御原則，設置多道實體安全屏障，實現放射性物質包容。
三代壓水堆核電機組采用雙層安全殼，外層安全殼能夠承受強地震、龍卷風等外部自然災害，以及火災、爆炸等人為事故的破壞與襲擊，包括大型商用飛機惡意撞擊，內層安全殼能耐受嚴重事故情況下所產生的內部高溫高壓、高輻射等環境條件，安全殼的完整性保障了實際消除大量放射性物質的釋放。
核電是清潔能源
核電不僅不排放溫室氣體、有害氣體、微塵，還對放射性流出物進行嚴格處理和監控。按照國家環境保護法規，依據管理部門批準的排放限值，我國核電廠對放射性流出物的排放進行了嚴格的控制，對核電廠周圍環境進行了有效監控。 2013年運行核電廠放射性流出物的監察結果表明：我國商業運行核電廠的放射性流出物均遠低于國家標準值。
核電廠工作人員的職業照射按國家規定，連續5年平均年有效劑量不超過20mSv；任何一年不超過50mSv。2013年數據表明：我國核電廠平均個人劑量與年度最大個人劑量均遠低于國家標準。
中低放放射性固體廢物亦受到嚴格控制，規定每座核電廠年固體廢物不超過50立方米。中低放放射性固體廢物在核電廠暫存后，運到永久處置場存放。上述固體廢物目前還存儲在核電廠，受到完全的監控。相關地方正積極按國家標準建設永久處置場。
內陸核電建設
我國建設內陸核電勢在必行，內陸地區經濟有了很大發展，電網容量亦有很大發展，有些省份同樣缺乏煤炭和水力資源，2007年初南方各省發生了大面積、長時間的雪災，造成了廣大地區長時間斷電，帶來嚴重的后果，僅依靠遠距離輸電和長途運煤是難以保障用電安全，除提高電網的抗災害能力，建設緊急情況下不依賴燃料運輸的支撐電站----核電站是很必要的。
內陸核電廠大多采用冷卻塔閉式循環帶走余熱，不對水域產生熱污染，僅需蒸發補水1-2秒方，不與地方爭奪水資源；由于沒有循環冷卻水對放射性廢液的稀釋， GB－14587—修訂版征求意見稿，提出了100Bq/L的排放罐出口濃度控制值，以減少對江河稀釋要求。事實上目前工業化廢水凈化的技術已可凈化到20-30Bq/L，經處理過的水完全可以在工藝上復用，從而實現廢水“零排放”，或近“零排放”。凈化后的水如再進行電滲透處理，可以凈化到2 Bq/L左右，相當于天然本底。核電廠的廢水采用槽式排放，亦就是說可控排放，可以根據廢水中的核素進行必要專門處理，不會對環境造成不良影響。
放射性廢氣排放亦是可控制。根據我國26個擬選內陸廠址氣象條件的統計，較高的靜風頻率是我國部分擬選內陸廠址的一個重要特征。對26個擬選內陸廠址的長期大氣彌散因子進行計算，在規劃建設容量下，計算得到的運行狀態下放射性物質釋放導致廠址周圍公眾個人最大有效劑量和氣態途徑劑量占個人劑量約束值0.25mSv的份額均不超過40%，絕大多數低于20%，滿足國家標準的要求。針對以上26個廠址中的兩個典型內陸廠址，開展了示蹤物試驗，詳細研究了廠址的大氣彌散情況。采用符合廠址實際情況的大氣彌散模式計算廠址年均彌散因子，進一步計算分析表明：氣載放射性流出物對廠址周圍公眾個人所致的最大有效劑量為10-7--10-6Sv/a，不超過運行狀態下劑量約束值（0.25mSv）的1%。
持續的核安全研究將不斷提高核電的安全性
我國和國際上都在進行核電安全性研究，主要有實際消除大規模放射性釋放，保持安全殼完整性，嚴重事故預防和緩解（包括：嚴重事故管理導則，極端自然災害預防管理導則），耐事故燃料（ATF）研究等。其中耐事故燃料的研究集中于降低堆芯（燃料）熔化的風險，緩解或消除鋯水反應導致的氫爆風險，提高事故下燃料對裂變產物的包容能力。2011年美國國會通過法案，要求能源部組織制定一項旨在提高現役電站核燃料抵抗嚴重事故能力研究；目標是在2022年左右實現首個ATF燃料組件進入商用反應堆輻照；法國、日本、韓國等也在開展耐事故燃料的研發；OECD組織了多次耐事故燃料國際會議，IAEA正在籌備一項“ATFOR”的合作研究項目。我國相關研究院所亦已開展耐事故燃料的研發，我國有廣泛的碳纖維工業基礎，有SiC包覆燃料的工藝和經驗。耐事故燃料研究成功不僅將提高新建核電廠的安全性，而且將提高和改善已投產運行的二代改進型核電廠安全。
關于核廢物問題
每個核電廠每年卸約20-30噸乏燃料，存貯在核電廠內部乏燃料廠房中，乏燃料廠房存貯容量可滿足15-20年的卸料量和一個整堆燃料。壓水堆核電站乏燃料中含有：約95%鈾-238；約0.9%鈾-235；約1%Pu-239；約3%裂變產物；約0.1%次錒系元素。其中僅裂變產物和次錒系元素為高放和長壽命放射性廢物，其它均是可再利用的戰略物資。我國實施閉式燃料循環技術路線，提取乏燃料中的鈾和钚作為快中子增殖堆的燃料。我國自主設計的第一座動力堆乏燃料后處理中試廠熱試成功，正式投產；并正在規劃自主建設我國首個商業規模的乏燃料后處理示范工程，為實現我國核燃料閉式循環奠定基礎。我國已建成快中子實驗堆，并投入運行；正在研發并建設大容量的快中子示范堆，開發第四代核電技術，充分利用核資源，為下一代核電技術發展奠定基礎。
乏燃料中的長壽命次錒系元素可利用快堆或加速器驅動的次臨界系統（ADS）來嬗變，使其變廢為寶，ADS具有較高的嬗變支持比（與快堆相比為12/5），中子能譜更硬，安全性較好。我國正在開展ADS的研究。
高放廢物處置：裂變產物放射性核素含量或濃度高（4×10E10 Bq/L），釋熱量大（2kw/立米），含有毒性極大的核素。占所有廢物體積的1%，但占放射性總量的99%。高放廢物通過玻璃固化，采取三重工程屏障：玻璃固化體，廢物罐，緩沖材料；用以阻水，防止核素遷移。然后進行與生物圈隔離的深地層埋藏。
可以說核電廠乏燃料是嚴格受控的，不會出現任何安全問題；高放廢物遠小于煤電等廢棄物，經玻璃固化和三重工程屏障處理，以及深地層最終處置不會對環境、人類帶來危害。
我國裝機容量世界第五，到2020年我們可能會第二，也可以說是中國名副其實的核電大國。回顧二三十年，我們從無到有，再到今天的發展，總結兩個字——自主。面臨的是，我們不能做核電大國，要做核電強國，全世界都在看著我們，如何變為核電強國，也是兩個字——創新，所以我們在自主創新前提上，把我們的核電事業搞好，謝謝大家！
