◉中核集团首席科学家 张东辉

“能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。”“立足我国国情，紧跟国际能源技术革命新趋势，以绿色低碳为方向，分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新，并同其他领域高新技术紧密结合，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。”

党的十八大以来，习近平总书记多次强调“能源的饭碗必须牢牢端在自己手里”，为建设清洁低碳、安全高效的能源体系指明了前进方向。

按照我国核能发展“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略，大力开展第二步的快堆发展，正是中核集团深入学习贯彻落实习近平总书记重要指示批示精神的具体行动。

战略能源：快堆发展的两次热潮

到目前为止，快堆还是一项公众所知不多的技术。

化石能源和核能都是能量密度较高，可以储运及灵活使用的能源。但铀资源中的能源又分为两部分：一部分是蕴藏在铀-235中的能源，这部分能源可以通过热中子反应堆加以利用。但可惜的是，由于铀-235仅占天然铀的0.7%，这部分能源的总量仅有化石能源的1/15，在能源体系中仅能起到补充作用；核能的另外一部分是蕴藏在铀-238中的能源，铀-238在天然铀中占99.3%，快堆技术可以把这部分能源充分利用起来，其能源总量将远远超出所有传统化石能源的总和！由此，有了快堆的核能就可以成为一种战略能源，而不仅仅是一种补充能源。这就是为什么从上世纪40年代开始，直到现在还有这么多国家孜孜以求地研究快堆的原因。

国际上对核电技术发展采用代际来划分，一代到三代发展的主力堆型是热中子堆，每一代之间主要是技术改良，提高经济性和安全性；四代核电则直接跃升为革新性技术，即不仅仅局限于单纯的单一目标改进，而是从安全性、可持续性、经济性和防扩散四个方面全面满足未来核能发展需求。

目前国际上已列入四代核电的六种堆型中有三种是快堆，即钠冷快堆、气冷快堆和铅冷快堆。其中，钠冷快堆因增殖比高、嬗变长寿命放射性核素能力强以及固有安全性高三个特性，成为四代核电的首选堆型。

世界快堆发展经历了两次热潮。从1946年美国建成世界上第一座实验快中子反应堆克列曼汀（Clementine）开始，到20世纪七八十年代，西方国家为了解决能源危机问题，大力发展核电，由于看到热堆对铀资源利用率低，限制了核能发展的规模，发展快堆成为了必须，这是第一次快堆发展热潮。

但是，随着石油危机的解决和西方经济的转型，西方国家对能源需求放缓，20世纪90年代中期后，世界快堆和核能一起进入低潮期。

进入21世纪，随着中国等发展中国家经济快速发展，以及全球变暖的影响，清洁能源的强劲需求再一次让核电成为重要选择，快堆发展迎来第二次热潮。

作为四代核电里研究最为广泛深入、运行经验最多的堆型，钠冷快堆目前已有超过400堆年的运行经验，是其中发展最快、技术积累最丰富的堆型。这种堆型对环境更加友好，应对严重事故的能力更强，技术上已不需要厂外应急。

美国物理学家费米曾经说过：“首先发展增殖堆的国家将在原子能事业中得到巨大的竞争利益。会建增殖堆的国家实际上已经永远解决了能源问题。”快堆技术的发展和推广，对我国实现能源安全、以及核能的可持续绿色发展具有重要意义。

创新能源：中国快堆发展之路

我国快堆起步于上世纪60年代，在当时建立了一批中子学、热工流体、钠技术、燃料、材料等实验设施。其中最重要的一个设施，是快堆零功率装置——代号“东风六号”，又被当时的快堆前辈们称为“小毛驴”。1969年6月29日，中国快堆事业的开拓者和奠基人徐銤院士作为东风六号值长，成功实现了装置的首次临界，给我国快堆发展打下了扎实的基础。

但当时中国国力还比较弱，投入的资源有限，发展比较缓慢。直到1986年，面对世界高技术蓬勃发展、国际竞争日趋激烈的严峻挑战，我国实施启动了以“高技术研究发展”为主体的“863计划”，旨在以前沿技术研究发展为重点，统筹部署高技术的集成应用和产业化示范，充分发挥高技术引领未来发展的先导作用，快堆作为能源领域的最大项目也位列其中。自此，我国快堆发展驶上了快车道。

按照技术规律，为避免大的技术风险和经济风险，国际上大多数国家研发选用的是四步走方式，即：实验堆-原型堆-示范堆-商用堆。中国根据自身的国情和发展需要，通过审慎研究，最终确定我国快堆“三步走”发展战略，即：实验堆-示范堆-商用堆。几十年的快堆技术研发积累和国家工业能力的整体提升，也让我们有信心也有能力跨过这一步。

快堆发展除了可以为人类提供一种现实的无尽能源，更为和平、安全、环境友好利用核能给出了优质答案。其钠冷快堆常压运行、高热工安全裕度、可靠的非能动安全都确保了反应堆在各种工况下的安全性；一体化钠冷快堆的铀钚不分离技术确保了核不扩散和核能的和平利用；同时，钠冷快堆还具备优秀的环境友好性，400多堆年的运行经验表明，钠冷快堆对环境的剂量的影响和废物产生量比传统的热堆技术要低大约两个量级，特别是将长寿命放射性废物进行焚烧的功能，可以让裂变核能成为完全的绿色能源。

我国快堆发展也有效推动了中国核电装备制造业的创新和跨越式发展。目前，我国已经有能力制造全部大型钠冷快堆的关键设备，且性能指标位于世界前列。我国已经形成了世界上最为完备的快堆产业链，可以满足从几万千瓦到百万千瓦全谱系快堆电站的材料和设备需求。

可持续能源：一体化快堆的责任和使命

我国核能战略目标为：在有限的时间窗口内成为大规模可持续的主力清洁能源，支撑我国能源安全和“双碳”目标实现！

这一战略目标决定，承载着“支撑核能大规模、可持续发展；快速增殖、扩大核能总量；自主资源可支撑核能在目标容量下长期发展”使命和任务的一体化先进闭式循环快堆核能系统，简称一体化快堆。这是核能发展的高阶形态。

一体化快堆由快堆、燃料再生子项及其它配套子项组成，位于同一厂址，构成一个完整高效的核能系统。一座百万千瓦一体化快堆一年只需要1吨多的贫铀即可保持运行，同时还可以燃烧5座百万千瓦压水堆产生的长寿命放射性废物，且安全性还能保持在更高水平。一体化快堆通过厂内核燃料的快速循环，同时实现铀资源高效利用和废物最小化，这是对传统核电概念的拓展和升级，是创新性的“四代+”技术。

目前我国的核电站都建在沿海，而快堆的蒸汽参数高，常规岛冷却方式可以采用风冷，脱离对水源的依赖。此外，快堆具有良好的调峰特性，可以在内陆干旱地区与大型的风电、光电站近址匹配建设，形成可以稳定输出的大型清洁能源基地。

快堆蒸汽温度仅次于高温堆，将近500摄氏度的蒸汽温度可以满足化工企业大多数的蒸汽需求。此外，将快堆和熔盐装置耦合，将具备更大的灵活性，全方位提供化工基地等汽/热用户各种参数的蒸汽。

作为未来低碳能源体系的发展需要，在压减火电的同时，应考虑电网中具备转动惯量的电站的设置，其中核电是最佳的选择之一。快堆蒸汽参数与火电相近，可以在火电厂址原址上开发适用于火电厂址的专用型号，将锅炉替换掉，实现火电的升级换代。

快堆作为第四代核能系统的主力堆型，具备大幅度提高铀资源利用率、嬗变长寿命放射性核素的特性，可以实现核能作为低碳主力能源大规模可持续发展，是典型的新质生产力。快堆技术灵活，可以开发系列型号，满足市场多方面的需求。包括后处理在内的快堆—压水堆二元体系的完美匹配，可以构建我国核能发展的基座，支撑核能在碳中和及后碳中和时代发挥战略性作用，长期保证国家的能源安全。

（本文根据作者在广西南宁“核能创新·低碳未来”论坛上的讲话整理）

来源｜《中国核工业》杂志 2024年第7期

编辑｜韩建超

审校｜连   敏