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先进核燃料研制越快越好

时间:2021-07-16 来源:中国能源报

核燃料有不少形象的比喻,比如核电的“能量源泉”、核电站的“口粮”。从这个角度看,其与火电厂的煤炭是一个概念。不过,核燃料工作起来可不像锅炉中的煤粉燃烧那样简单。作为核反应堆的核心,其不仅是能量来源,性能还直接影响核电站的可靠性、安全性和经济性,是核电站安全稳定高效运行的关键。

安全是核电的生命线,核电站在设计时就“武装”了多重安全“铠甲”,行业术语称为四道安全屏障,依次为核燃料芯块、包壳管、压力容器和封闭的一回路系统,以及安全壳厂房。其中,前两道屏障就是核燃料本身,其核心任务是阻止放射性裂变产物逸出,确保核电站在“心脏”部位的足够安全。因此,从保障安全的角度,核燃料绝对是“命门”级别的安全“盾牌”。

另外,从经济性角度看,核电历经从实验堆、示范堆到商用堆的研发过程,走向规模化发展和商业化应用,已然成为电力工业体系中重要的基荷电源和低碳电源。尤其在我国,核电多年来按基荷运行,设备利用小时数始终保持在所有电源类型的前列,创造了优良的安全运行业绩。但是,建造和运维成本正在扼住核电发展的咽喉。

中国核能行业协会近年公布的数据显示,2017年—2020年,我国核电设备平均利用小时数分别为7108.05小时、 7499.22小时、7426.98小时和7426.98小时,基本保持了稳定出力状态。但是,表象之下隐忧已经浮现。从2015年开始,个别省区的核电机组遇到降功率运行、电量消纳难以及低价卖电的情况,给全行业敲响了警钟:参与调峰和市场竞价、降低运维成本,提升经济竞争力,已是行业核电绕不过的必答题。

尤其是过去的十年,风光等新能源始终保持迅猛发展态势,装机规模快速增长,大有成为主力电源的潜力和趋势。加之全社会低碳转型提速,电力市场化建设步伐加快,各种电源的市场化竞争早已白热化,核电要分羹市场电量,就必须在安全的前提下做到更经济。

核燃料产业是高技术含量的战略性产业和技术密集产业,兼具战略性和经济性,与核电产业的依存关系紧密,其技术创新直接关系到整个核电产业链的升级转型成效。所以,2016年由行业主管部门发布的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,就明确提出了我国“实现自主先进核燃料元件的示范应用,推进事故容错燃料元件(ATF)、 环形燃料元件的辐照考验和商业运行,具备国际领先核燃料研发设计能力”的目标。

放眼国际,世界核电强国和核电巨头近年纷纷加大在先进核燃料领域的资金投入和科研力度,试图抢占这个创新制高点,以打造出高燃耗、长寿命、更安全、更能降低核电运行成本、减少乏燃料数量的新型核燃料。而作为核电大国,我国核燃料元件制造产业日臻成熟,制造技术已达到国际先进水平,自主研制的CF3先进核燃料元件也已具备工业化应用条件,事故容错燃料元件和环形燃料元件取得了积极进展。

但是,技术创新没有尽头。肯定成绩的同时,笔者不禁想起几年前国内核燃料领域专家的一番感慨和期待:核燃料元件研发周期长,资金投入大,必须加强统筹。辐照与辐照后的检测、耐事故燃料元件研发、材料基因组计划等领域应该减少不必要的重复投入,以便加快推进速度,争取在国际上夺得更多话语权。

立足当下,集中资源研制出更安全更经济的核燃料,是核燃料产业必须完成的使命,这个脚步只能快,不能慢!

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