核能是高科技戰(zhàn)略產業(yè)，是兌現減排承諾的重要支撐。“雙碳”目標下，核能在低碳轉型、能源安全等方面發(fā)揮著更重要的作用。面向“雙碳”目標，核能中長期發(fā)展對鈾資源供應保障、乏燃料安全管理等關鍵問題提出新要求，積極發(fā)展快堆是應對核能乃至能源新挑戰(zhàn)的必由之路。當前，應立足我國國情，加快推動核能“三步走”（熱堆、快堆、聚變堆）戰(zhàn)略實施，大力建設核能強國，落實能源強國戰(zhàn)略。

 

我國核能“三步走”戰(zhàn)略歷史沿革與成績

 

我國始終堅持核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。1983年1月，原國家科委、原國家計委、原國家經委在北京召開“核能發(fā)展技術政策論證會”，制定《核能發(fā)展技術政策要點》，提出核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。當時認為，根據我國核工業(yè)技術發(fā)展現狀和經濟合理的原則，我國第一代核電站堆型主要采用壓水堆；為適應核能進一步發(fā)展需求，開展快中子增殖堆研究，作好技術儲備，適當安排快中子增殖堆科研，為21世紀建設商用快堆作好技術準備；能源發(fā)展的長遠方向是受控核聚變反應堆的利用。核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實施以來，我國先后安排了鈉冷實驗快堆、鈉冷快堆示范工程、聚變科研、放化大樓、CF燃料元件、MOX燃料、金屬燃料等環(huán)節(jié)的科研與重大工程專項，為核能“三步走”發(fā)展奠定了良好基礎。

 

自1980年代以來，我國充分發(fā)揮技術優(yōu)勢與基礎科研能力，以秦山一期30萬千瓦起步，同時吸收法國M310技術，研發(fā)60萬千瓦、百萬千瓦的二代熱堆核能機型，實現了標準化批量化發(fā)展。本世紀以來，我國積極推進“華龍一號”“國和一號”自主三代核電技術研發(fā)。現階段，我國熱堆已經實現了二代向三代升級換代，實現了規(guī)模化、批量化、國產化發(fā)展。截至2023年6月底，我國在運核電機組55臺，總裝機容量為5700萬千瓦，位列全球第三；在建核電機組23臺，總裝機容量為2600萬千瓦，接近全球總量的一半，多年位居全球首位。

 

我國快堆技術研究始于1960年代，經過基礎研究階段、實驗快堆應用研究階段、實驗快堆工程研發(fā)和建造階段、示范快堆科研設計與建造階段，建成了6.5萬千瓦熱功率的中國實驗快堆，實現了快堆技術從0到1的突破，建成了快堆及核燃料閉式循環(huán)試驗的循環(huán)體系，形成了完備的科研技術體系，基本掌握了大型鈉冷快堆的工藝技術、工程設計、關鍵設備研制、建造、調試和運行技術。此外，我國600兆瓦電功率的快堆示范工程分別于2017年、2019年開工建設，預計“十四五”期間將建成投入運行。

 

我國核聚變能研究開始于1950~1960年代，以實現受控核聚變能為主要目標，磁約束的研究基本基于托卡馬克裝置。國際上，我國是最早參與國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）設計的國家之一，全面參與了ITER的建設，實施了一系列聚變堆制造技術的攻關，工程技術和核聚變研究能力不斷提升。國內，我國從1970年代開始，先后建成并運行了CT—6、KT—5、HT—6B、HL—1、HT—6B、EAST、HL-2M等核聚變裝置，工程技術研發(fā)不斷提升，在聚變理論與物理實驗、關鍵技術研究等方面取得了階段性成果。

 

“三步走”的定位

 

熱堆技術最成熟且具有顯著的經濟性，是近中期核電建設的主力堆型，是百年尺度的能源。熱堆利用的是中子能量小于0.1 eV的熱中子，使用的燃料是鈾-235。熱堆技術應用已達70年歷史，其技術成熟度、經濟性、安全性不斷提升，已成為全球在運在建的主要堆型。天然鈾中鈾-235占比0.711%，根據《2022鈾資源供需紅皮書》顯示，全球已查明可回收鈾資源總量約792萬tU（開采成本<260美元/千克鈾），全球已探明鈾資源可供全球核電機組使用130年。

 

快堆是富有潛力的核能技術，將成為中遠期核能建設的主力堆型，被認為是千年尺度能源?？於牙玫氖侵凶幽芰看笥?00000 eV的快中子，具有燃料增殖、高放廢物嬗變、固有安全等優(yōu)勢，經過快堆及配套的燃料循環(huán)，理論上可提升鈾資源利用率40倍以上。目前快堆正由實驗堆（原型堆）轉向示范堆、商業(yè)堆，其潛在的商業(yè)價值被核能界寄予厚望，2040年以后核電建設宜以快堆為主力堆型。

 

聚變堆是顛覆性的核能技術，是遠期建設的主力堆型，能夠解決萬年尺度的能源問題。聚變能資源豐富、環(huán)境友好、固有安全，以氘氚為初裝料，理論上聚變能被認為是萬年尺度的能源，是未來的理想能源。一旦聚變能實現商業(yè)化，將對人類能源產生顛覆性影響。根據當前ITER計劃進展及技術難點，初步判斷，2050年以后，聚變堆能實現商業(yè)化發(fā)電。

 

“雙碳”目標下我國核能總體規(guī)模與“三步走”思路

 

“雙碳”目標的實現需要核能，裝機規(guī)模增長空間很大。核電運行穩(wěn)定，換料周期長，是當前乃至未來一段時間內唯一可以大規(guī)模替代化石能源的基荷電源，也是全生命周期碳排放最少的電源，在清潔替代和能源生產與消費革命的轉型中具有突出的優(yōu)勢。從我國當前的發(fā)展階段來看，科學安全有序推動能源轉型、實現“雙碳”目標離不開核能。從脫碳需求及電力裝機電量平衡預測，2060年核電裝機規(guī)模需要達到4億千瓦以上才能實現碳中和目標。

 

從總體裝機規(guī)模看，我國到2035年，預計在運在建核電裝機合計約2億千瓦，其中在運核電裝機約1.65億千瓦，在建裝機約4315萬千瓦，發(fā)電量占比達到10%，與當前全球的平均水平（10%）保持一致。到2060年，預計我國在運在建核電裝機容量合計達到4.76億千瓦，其中在運裝機容量4.28億千瓦，在建裝機容量4720萬千瓦，發(fā)電量占比達到21.3%，超過當前全球發(fā)達國家的平均水平（20%），達到全球先進水平。

 

熱堆機組已經為我國能源轉型作出了重要貢獻，面向“雙碳”目標，仍將作為在運核電機組的主力堆型，為我國實現碳達峰、碳中和發(fā)揮重要作用。到2060年，我國熱堆在運在建裝機規(guī)模將達3億千瓦，其中在運裝機規(guī)模約2.75億千瓦，在建裝機規(guī)模約1920萬千瓦，核能多用途利用在更廣泛領域支持清潔低碳轉型，核能供熱規(guī)模不斷增大，核能海水淡化技術不斷突破，規(guī)?；瘧贸醅F成效，核能制氫實現多場景應用，經濟性不斷提升。

 

快堆是維持核能大規(guī)模發(fā)展的必然選擇，與熱堆構成“二元”核能體系，推進核能可持續(xù)發(fā)展?？於押四芟到y(tǒng)發(fā)展按照“實驗堆-示范堆-商用堆-一體化快堆”推進，不斷優(yōu)化設計，提升經濟性，成為我國核能系統(tǒng)重要組成。到2060年，預計我國快堆在運在建裝機規(guī)模約1.8億千瓦，其中在運裝機規(guī)模1.53億千瓦，在建裝機規(guī)模2800萬千瓦。

 

聚變技術以實現受控熱核聚變能為主要目標，以發(fā)展托卡馬克可控磁約束聚變?yōu)橹饕夹g路線，以發(fā)展氘氚聚變?yōu)榫圩兡艿闹饕@取方式，充分吸收ITER計劃的經驗，掌握核聚變技術。2030年，實現可控核聚變；2040年，建成聚變先導工程實驗堆，實現聚變能量輸出；2045年，我國聚變示范堆建成，演示氚自持；2050年及以后，建成聚變商用堆，實現聚變能源應用，逐步提升經濟性，積極推廣商業(yè)化。

 

發(fā)展建議

 

加強頂層統(tǒng)籌，制定國家層面《中國核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略》。根據國家發(fā)展需求，充分考慮我國核工業(yè)現有技術基礎和發(fā)展?jié)摿?，編制《核?ldquo;三步走”發(fā)展戰(zhàn)略》，制定出具有前瞻性、全局性、權威性和可操作性的核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實施技術路線，制定面向長遠的發(fā)展規(guī)劃，引領我國核能長遠發(fā)展。

 

實施重大專項牽引，將一體化快堆核能系統(tǒng)列入國家科技重大專項。盡快推進一體化快堆國家科技專項和金屬燃料等關鍵技術的研發(fā)工作；設立具有固有安全、經濟高效、環(huán)境友好、資源節(jié)約特征的先進快堆技術專項工程。

 

優(yōu)化基礎科研條件，建設一批核領域重大工程。建設（超）高通量快中子研究堆、核能系統(tǒng)關鍵設備可靠性研究設施等大型核科研設施，設立鉛基快堆示范工程、嬗變堆、聚變中子源、聚變先導工程實驗堆等重大工程。