PDF《核能综合利用研究现状与展望》

2 第四代先进核能系统 2.1 第四代先进核能系统的特点及国际研究现状 未来核能的发展趋势之一是小型模块化反应堆 (SMR),其电功率通常为数十兆瓦到百兆瓦,建设 周期短、布置灵活、适应性强、选址成本低.此外, SMR 还可以节约资金成本,并降低环境和金融风险. 第四代先进核能系统主要包括高温气冷堆、钠冷 快堆、熔盐堆、超临界水堆和铅冷快堆,而颠覆传统 设计的小型模块化第四代核反应堆,因其具备固有安 全性高、核燃料可循环、物理防止核扩散和更优越的 经济性等特点,成为核能研发和投资的热点.例如, 美国和加拿大近年陆续成立了十几家新型核能公司, 包括加拿大地球能源(Terrestrial Energy)、美国泰拉 能源(TerraPower)等,并已经开始与电力公司和国 立研究机构合作,推进小型模块化第四代核反应堆的 示范应用. 第四代核能系统主要特征是经济性高、安全性 好、废物产生量小,并能防止核扩散[5] .而核能制 氢、高温工艺热利用、核能供暖、海水淡化等非电应 用则是第四代核能系统的主要应用目标(图1). 作为下一代先进核能系统,针对第四代核能技术的 发展,第一届 第四代核能系统国际论坛(Generation IV International Forum,GIF) 于2002年提出了第四代 核电的

6 种堆型和研究开发路线图.2012 年11 月在圣 地亚哥、2015 年5月在日本分别举办了第

二、三届研 讨会.第四届 GIF 研讨会于

2018 年10 月16―17 日在法 国巴黎举行,议题包括第四代核能系统发展的驱动因 素、第四代核能系统演示和部署的创新和研发支持、 从研究到项目示范、从示范到市场化

4 个方面.GIF 也 与国际原子能机构(IAEA)保持着长期的合作关系. 第11 届GIF-IAEA创新型反应堆项目(INPRO)对接会 议于

2017 年2月在奥地利维也纳举行,议题涵盖了核

462 2019 年.第34 卷.第4期能经济、安全、物理保护、防止扩散评估方法、通用 先进反应堆技术信息交换等方面的合作,预计未来将 扩展到其他领域,如先进反应堆的特殊安全要求,先 进反应堆的未来市场条件/要求(如与可再生能源的整 合)等. 2.2 钍基熔盐堆核能系统 钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代先进核 能系统

6 个候选之一,包括钍基核燃料、熔盐堆、核 能综合利用

3 个子系统.钍基核燃料储量丰富、防扩 散性能好、产生核废料更少,是解决长期能源供应的 一种技术方案.熔盐堆分为液态燃料熔盐堆(MSR- LF)和固态燃料熔盐堆(MSR-SF),后者也被称为 氟盐冷却高温堆(FHR).熔盐堆使用高温熔盐作为 冷却剂,具有高温、低压、高化学稳定性、高热容等 热物特性,并且无须使用沉重而昂贵的压力容器, 适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应 堆;

熔盐堆采用无水冷却技术,只需少量的水即可 运行,可用于干旱地区实现高效发电.熔盐堆输出 的700℃ 以上高温核热可用于高效发电,同时由于其 使用高化学稳定性和热稳定的无机熔盐作为传蓄热介 质,非常适合长距离的热能传输,从而大幅度降低对 于核能综合利用的安全性顾虑,可以实现大规模的核 能制氢,同时为合成氨等重要化工领域提供高品质的 工艺热,进而有效缓解碳排放和环境污染问题[6] . 保证反应堆的安全可靠运行是核能发展中最重要 的先行目标.作为第四代核能系统,熔盐堆具有很 高的固有安全性,堆内工作环境为近常压,极大地 降低了主容器、堆内构件及安全壳等的承压需求,一 些在水堆内发生的事故将可以得到避免,如大破口及 双端断裂事故、管道破口导致的冷却剂闪蒸喷发现象 等.熔盐的沸点高至