霞浦示範快中子堆是中國能源突破

一、霞浦示範快中子反應堆建設中 

當台灣在盲目的廢核時，中國大陸卻在興建第四代快中子反應堆並研究核融合，期間隱藏的歷史意義一言難盡。目前世界上有四百多座核電機組，使用的鈾燃料是否足夠長久使用成為一個問題，目前急需解決的難題就是鈾礦資源的日益枯竭缺失。調查顯示，全球80%易開採的低成本鈾資源將會在2030年左右被消耗殆盡，而到那時，正是中國核電事業發展的鼎盛時期，核電站可能會出現無米下鍋的尷尬局面。快中子反應堆（FNR）可解決鈾燃料不足問題，被視為中國未來的主要反應堆，中國於1964年開始研究快中子反應堆。北京附近的65 MWt快中子反應堆-中國實驗快堆（CEFR）於2010年7月達到臨界狀態，並於一年後並網。在此基礎上，中國原子能科學研究院開發了600 MWe的快堆設計-CFR-600。霞浦反應堆-於2017年12月開始建設-將證明鈉冷卻池式快堆設計。這將具有1500 MW火力輸出和600 MW電力的輸出。該反應堆將使用燃耗為100 GWd / t的混合氧化物（MOX）燃料，並具有兩個冷卻劑迴路，可在480°C產生蒸汽。以後的燃料將是燃耗為100-120 GWd / t的金屬。該反應堆將具有主動和被動關閉系統以及被動衰減排熱功能。商業規模的裝置CFR1000將具有1000-1200 MWe的容量。根據2020年的決定，建造工作可能於2028年12月開始，約2034年開始運營。該設計將使用金屬燃料和120-150 GWd / t燃耗。   

    中核集團的福建霞浦示範快堆工程土建工程於2017年開工，計劃於2023年建成發電。如果一切順利，霞浦示範快堆項目將成為中國首個快堆核電示範項目。中國的核能發展戰略“三步走”分為熱中子反應堆、快中子增殖堆、受控核聚變堆三個階段。霞浦示範快堆項目作為國家批准的重大專項，是中國核能“三步走”發展戰略的第二步，對於推進核燃料閉式循環、促進我國核能可持續發展和地方經濟建設具有重要意義。近幾年，有關部門和專家針對中國快堆工程技術發展提出了分三步走的戰略：第一步，2011年建成中國實驗快堆；第二步，2022年建成中國示範快堆；第三步，2025年左右，快堆實現商用推廣，目前進度比計劃稍慢。中國“快堆之父”的中國工程院院士徐銤估計，中國有望在2028年就能推廣示範快堆約5到6座。本世紀30年代就能建成高增殖快堆，如120萬千瓦級電功率，每隔6.2年，高增殖快堆可能實現快堆的核燃料翻一番，燃料增殖，高增殖就能促成快堆的更快的發展，大量替代排放二氧化碳的燃煤電站。    

    2020年1月18日，霞浦示範快堆工程1號機組鋼拱頂徐徐離開地面，較計劃提前13天完成節點目標，標誌著1號機組從土建階段進入安裝階段 。中國是世界上第8個擁有快堆技術的國家。回顧歷史，2011年7月中國實驗快堆成功並網發電，2014年10月，示範快堆工程項目總體規劃方案獲得國家批准，2015年7月31日，該工程正式施工啟動。霞浦核電站位於中國福建省寧德市霞浦縣長春鎮長表島，包括1台600MW鈉冷快堆中國示範快堆CFR-600機組，業主為中核霞浦核電有限公司，1台600MW級高溫氣冷堆行波反應爐（TWR）的快堆核反應爐機組、4台1000MW級壓水堆機組。業主為華能霞浦核電有限公司。 

二、快堆的優缺點 

    無論沸水式或壓水式的輕水熱中子堆，都有一個難解的問題，就是核燃料利用率低。輕水熱中子堆以鈾礦資源中鈾235為分裂反應燃料，但鈾礦資源中]的可分裂鈾235只佔0.7%，其餘99.3%都是不可分裂的鈾238。鈾238因不易發生分裂反應故不能用作燃料，只能在發電過程中成為核廢料。以發電100萬千瓦的輕水堆為例，每天使用的鈾235只有約3公斤，但浪費的鈾238卻超過450公斤。更為嚴重的是，核電廠含鈾238的核廢料大量堆積造成廢料處理問題。如何讓作為核電站廢棄物的鈾238，成為鈾235一樣的發電燃料，一直是核電的主攻方向。於是便產生了快中子反應堆。快中子反應堆利用鈾235裂變所產生的快中子，讓 鈾 238變成可分裂的鈽239，然後用鈽239作燃料。這樣，鈽239在裂變產生能量的同時，又不斷地將鈾238變成鈽239。所以這種反應堆被稱為 「快速增殖堆」，簡稱 「快堆」。據估算，若核電快中子反應堆被廣泛應用，則鈾礦資源的利用率可從1%提高到60%以上。更為重要的是，鈾238大量廢棄堆積的難題得以破解，可實現放射性廢物的最小化。

     快堆，第四代先進核能係統的首選堆型，代表了第四代核能係統的發展方向，其可使鈾資源利用率提高至60%以上，也可使核廢料產生量得到最大程度的降低，實現放射性廢物最小化。快堆的突出特點是增殖能力強，從而提高鈾資源利用率。但存在兩個問題，第一，廢料的嬗變能力相對弱，堆型設計上就是用作增殖，不是處理核廢料。第二，快堆的核燃料製備是精細化的過程，需要把雜質去掉，使用的MOX燃料是基於法國的閉式循環，成本太高。據了解，因為MOX燃料製備以及進口困難，所以在實驗快堆中不得不暫時使用高富集度的二氧化鈾為燃料。 而為了實現核燃料增殖，還需要在示範快堆中進一步研製MOX燃料。 快堆所使用的MOX燃料是二氧化鈾和二氧化钚的混合氧化物，李寧指出，該製備工藝，至少在工業化層面上中國還沒有掌握，“相關設備還在研製過程中，未具備自主規模化製備燃料的能力，中間有很多關鍵設備、設計方面還沒有完全自主化掌握，所以商業化運用還有相當長的距離。” 

三、TVEL為中國的快中子反應堆供應燃料 

    俄羅斯衛星網報導，俄羅斯總統普京訪華時簽署了一系列核能領域合作協議，包括援助中國建造快中子示範反應堆CFR-600，中俄合作的重要性還在於俄羅斯願同中國分享未來核能技術。以前俄羅斯在建設中國實驗快堆(CEFR)方面提供過援助並參與建設工作。新反應堆CFR-600將由中國人自行設計，俄方提供幫助。快中子反應堆建設技術對核能未來具有重大意義。與熱中子反應堆相比，它們能保證高水平的鈽生產能力用來滋生新的核燃料，快中子反應堆還比熱中子反應堆更安全。俄羅斯是世界快中子反應堆技術領先者，數十年來一直在利用這種反應堆的商業樣品。此外，根據俄羅斯衛星網的說法，俄羅斯還將向中國提供用於太空的同位素熱源產生器。這種設備為研究宇宙的設備所必需，因為這些設備並不總能利用太陽能。這些熱源可用在研究月球的中國自動空間站上。 

   TVEL是俄羅斯國家核公司Rosatom的核燃料製造商子公司，而CNLY是中國國家核公司（CNNC）的一部分，TVEL和CNLY簽署了為中國福建省霞浦縣正在建設的CFR-600鈉冷池式快中子核反應堆提供核燃料的合同。涵蓋了核燃料的初始裝載及在反應堆運行的前七年內的加鈾燃料供應，TVEL總裁表示，除了Rosatom在用於商業快中子反應堆的鈾基燃料製造方面的經驗外，去年還開始批量生產用於俄羅斯BN-800快堆的鈾和-混合氧化物（MOX）燃料，在中國的投資還包括為中國實驗快堆CEFR提供鈾基燃料的合同，並且已經開始交付燃料。霞浦快堆是一個示範項目，俄羅斯工程師將根據中國設計製造一種新型核燃料。     CFR-600燃料供應合同是俄中政府間關於在中國共同建造和運行示範快堆的政府間協議的一部分，該合同已簽訂。 TVEL說，這是“未來幾十年”核工業雙邊合作大規模計劃的一部分。