中国四代核能技术又有突破!福建霞浦建成600兆干瓦快堆核电站

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㈠ 钠冷快堆的工作原理

钠冷快中子增殖反应堆是以液态金属钠作为冷却剂，快中子轰击钚239引发裂变链式反应，释放出的热量由液态钠循环回路带到蒸汽发生器，由蒸汽发生器出来的水蒸汽驱动汽轮机发电，将核裂变能转化为电能。

钠冷快中子增殖反应堆工作原理图

快堆核燃料包含两种成分，堆芯燃料为可裂变物质钚239，外围再生区为增殖性材料铀238，钚239裂变产生的快中子被铀238吸收，经两次β-衰变后变为钚239。这样，钚239裂变产生能量的同时，又不断地将铀238变成可裂变燃料钚239。

㈡ 钠冷快堆的特点

① 提高核燃料的利用率和实现放射性废物最小化

从自然界矿石中直接提取的天然铀中, 铀238占99.27%, 铀238很稳定，不能够与中子作用发生链式裂变反应；铀235可以与热中子作用发生链式裂变反应，然而铀235在铀矿中的含量仅占0.71%。

全球大多数的核电站是压水堆型，釆用的是热中子轰击铀235产生核裂变链式反应输出热能，再由热能转化成电能。钠冷快堆核电站则是可以利用铀238生产核燃料钚239，由快中子轰击钚239产生核裂变链式反应输出热能，再由热能转化成电能。

利用快堆可以将天然铀资源的利用率由热中子堆的1%~2%提高到60%~ 70%，实现放射性废物最小化，能同时解决铀矿资源枯竭、核材料利用率低和核废料难以处理等棘手难题。

② 钠冷快堆能实现钚239的增殖

钠冷快堆可以通过将钠冷快堆增殖的核燃料不断提取出来实现钚239的增殖。经过后处理，钠冷快堆电站每过一段时间所得到的钚239可以再装备一座规模相同的快堆电站。这样，经过一段倍增时间，一座钠冷快堆会变成两座快堆，再经过一段倍增时间，这两座钠冷快堆就变成四座。

1000 兆干瓦以上的大型商用钠冷快堆，当采用铀钚氧化物燃料运行时，其增殖比可达1.3，如果换用铀钚金属燃料，增殖比将会达到1.582，增殖能力将更强，倍增时间短至6.2年。

由铀238生产钚239示意图

③ 钠冷快堆的固有安全性

金属钠的熔点低，易于熔解；沸点高，不易沸腾产生钠气泡；密度低于水，节省泵功率等；热导率要比水高百倍以上，从而保证堆芯和燃料不易过热。

在一回路冷却系统失电事故发生时，冷却剂钠的高热导率将使堆芯事故导致的剩余发热快速地导出，避免堆芯的过热。尤其是在池式钠冷快堆中的一回路有大量的金属钠，在事故发生的早期，将成为最初的热阱，接收从堆芯导出的剩余发热，十分有助于事故状态的缓解，这对事故瞬变具有很强的适应能力。

钠冷快堆的堆芯余热在正常情况下通过主热传输系统导出；在主热传输系统失效的情况下，利用非能动余热排出系统导出。

钠冷快堆非能动余热排出原理图

钠冷快堆因为其良好的经济竞争性、安全和可靠性，高燃料利用率、废物产生量小，以及拥有防扩散和外部侵犯的能力，被第四代核能系统国际论坛推荐为第四代核能系统。另外五种四代堆型分别为气冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和超高温气冷堆。

㈢ 中国选择与俄罗斯合作建造钠冷快堆核电站

引进俄罗斯钠冷快堆技术

钠冷快堆是一项较为成熟的技术，其技术成熟性很大程度上得到了工程验证。全球范围内运行时间超过了430堆年。

目前，世界上商业运作最良好的快中子增殖堆是俄罗斯设计和建造的BN600 快堆核电站，在成功运行30 年后进行升级改造，又将延长运行至少10 年。BN600 钠冷快堆电站的平均负荷因子达到了74%，其电价比煤价还要便宜。

俄罗斯BN600钠冷快堆核电站

中国选择引进俄罗斯BN600 快堆核电站技术，将大大缩短中国钠冷快堆核电站的建设周期。

购买俄罗斯燃料铀

当前，我国并网核电机组达到53台，总装机容量5463.695万千瓦，仅次于美国的93台9552.3万千瓦和法国的56台6137万千瓦，居世界第三位。中国每年有超过万吨铀的需求，而中国国内的产能每年仅为千吨。这样，中国每年有90%左右的缺口需要大量的从国外进口铀。

铀矿石

中国最主要的铀矿供应地是哈萨克斯坦。这个国家的政治局势一直有美国势力介入的影子，近年来始终左右摇摆不定，充满了不确定性。而出口铀矿的较多的加拿大和澳大利亚是美国的轴心国。中国的铀资源供应链面临潜在的威胁。

因此，中俄建立无上限的伙伴合作关系，由俄罗斯保障中国钠冷快堆核电站核燃料的供给，是非常重要的战略合作。

提炼铀

㈣ 核武器成为提升国家影响力和平衡势力的工具

1945年8月6日，美国在日本广岛投下原子弹“小男孩”，造成约20万人伤亡。四天后，第二颗原子弹“胖子”在长崎投下，造成约10万人伤亡。随后，日本宣布投降，二次世界大战正式结束，而日本也成为全世界唯一遭原子弹轰炸的国家。

二战后，五个拥核的国家美俄中英法成为联合国常任理事国。其他一些国家以印巴朝也试图通过拥有核武器来提升自己的地位或打击对手。

瑞典斯德哥尔摩国际和平研究所报告显示: 截止2022年6月，全球核弹头数量为12705枚。其中，俄罗斯5977枚，美国5428枚，中国350枚，法290枚，英国225枚，巴基斯坦165枚，印度160枚，以色列90枚，朝鲜20枚。

核导弹

2018年以来，美国坚持将中国列为主要威胁和最大竞争对手，中美关系持续断崖式下跌。很明显，中国有必要调整自己的核武战略来达到核威慑力量的平衡。

核武器使用的钚239在自然界并不存在，可以从核电站的运行中提取，核电站使用过的燃料可以卖给核武器使用，这样既降低了发电成本，又降低了核武器的制造成本。这就是为什么美俄既是核武大国，又是核电大国的原因。同时，这也解释了美印媒体为什么如此关注中俄合作建设的霞浦CFR-600核电站。

㈤ 中国钠冷快堆的发展技术路线

中国钠冷快堆采用的发展技术路线是“实验堆、示范堆、商用堆”三步走的发展战略。

2000年开始建造20兆千瓦钠冷实验快堆，该堆于2011年7月并网发电。

20兆千瓦钠冷实验快堆

2017年开始在福建霞浦建造CFR-600示范快堆第一号机组，预计在2023年并网。

霞浦1号CFR-600示范快堆

2020年CFR-600示范快堆第二号机组在福建霞浦开工建设，计划2026年并网发电。

2030年以后，规划陆续建设一系列商用钠冷快堆核电站。

㈥ 钠冷快堆的应用场景

钠冷快堆作为第四代核电技术，具有功率密度高、固有安全性好、小型化性能好、全寿期不换料等优势，可应用于远离大陆的海岛礁等偏远地区。

此外，钠冷快堆采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，可在干旱地区实现高效发电。借助一带一路，可广泛推广到中亚等干旱国家。

钠冷快堆输出的高温核热可用于发电，也可用于工业热应用、高温制氢以及氢吸收二氧化碳制甲醇等。

钠冷快堆也可与风能、光伏等新能源耦合运行提高微电网稳定性。

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