我国核燃料闭合循环发展战略探讨

我国核燃料闭合循环发展战略探讨

赵英才

（辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连116319）

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，本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

引言

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、制造可以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核燃料竞争优势

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，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，从而有效的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”的四分之一左右，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。

2.3MOX燃料技术的发展

轻水堆的MOX燃料生产工艺业已成熟,并在继续发展,其主要的发展方向是:实现MOX和UO2的等同性,力求MOX燃料组件和UO2组件在管理上可相互替换,具体要做到:①优化燃料棒的设计使其有更多的裂变气体释放率。②改进MOX燃料的制造工艺,力求MOX芯块与UO2芯块有相似的特性。③力求“简单的”堆芯管理策略,使MOX燃料在使用性能上与UO2燃料具有等同性,可以进行同样的堆芯管理。④由于MOX燃料的制造条件日趋严格(如钚的放射强度强,钚的含量大,废物量多),因此需要研制含钚量高达6.5%的MOX新燃料。⑤开发全堆芯都装MOX燃料的技术。

2.4实施铀钚再循环

实施闭合循环技术路线,首要的是建设一座用规模的乏燃料后处理厂和相应的MOX元件制造厂。

我国核电中长期发展规划确定要积极自主研发快中子增殖反应堆技术,及时启动试验或示范工程建设。现正积极筹划快中子堆示范工程建设,这是在建成实验快堆之后,我国快堆技术发展的又一个里程碑。为配合该工程的建设和运行,提供所需的核燃料,必须及时地建造相应的乏燃料后处理厂和MOX元件制造厂。商用乏燃料后处理、MOX元件制造厂的建设要与快中子示范堆建设相匹配,统一规划建设。

3实施铀钚再循环的几个问题

3.1配合我国快中子堆的实施

我国核电中长期发展规划确定要积极自主研发快中子增殖反应堆技术,及时启动试验或示范工程建设。现正积极筹划快中子堆示范工程建设,这是在建成实验快堆之后,我国快堆技术发展的又一个里程碑。为配合该工程的建设和运行,提供所需的核燃料,必须及时地建造相应的乏燃料后处理厂和MOX元件制造厂。商用乏燃料后处理、MOX元件制造厂的建设要与快中子示范堆建设相匹配,统一规划建设。

3.2抓住中法合作引进EPR的机遇

我国已同法国签订了进口两台EPR核电机组的协议,其中还包括法国阿海珐与中国核工业集团公司合作,进行核电站乏燃料后处理及再循环设施可行性研究。这是我国引进法国成熟的乏燃料后处理技术和MOX元件制造技术的机遇,应抓住机遇,并利用我国已有基础,抓紧建设。

3.3应在核燃料国际多边合作机制实施之前实施

引进和建设商用规模的乏燃料后处理厂和相应的MOX元件制造厂的时机成熟,已到了不能再拖的时候了。核燃料多边国际合作机制正在酝酿中,一旦达成并实施,生产者和使用者的格局就会固化,我国就会失去为国际核能发展多做贡献的机会。

3.4国家财政政策支持

实施闭合循环的主要出发点是我国核电的可持续发展和提高核工业的整体实力,核电企业的企业发展是其次的。闭合循环技术路线的贯彻,应以国家行为为主。具体说:①由国家统一制订闭合循环的技术政策、发展规划和实施计划,重大建设项目审批监管。②重大项目的建设费用,应主要由国家在政策上提供融资政策。③关键技术的研发，应主要由国家提供资金补助。④为使机组能适应使用MOX燃料而进行技术改造的费用和在运行中因使用MOX燃料使成本增加的部分,建议国家给予适当补偿。

4结束语

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。

参考文献

[1]核燃料循环的经济问题[R].OECD核能机构组织的核燃料循环经济问题工作组(WGENFC)的研究报告.

[2]马栩泉.核能开发与应用[M].北京:化学工业出版社,2005.

收稿日期：2017年12月30日

作者简介：赵英才男工程师学士学位主要研究方向：乏燃料的综合利用