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第四代核电技术是如何一步步解决核能的问题呢?

日期:2023-09-11    来源:零碳纪  作者:天朗ESG

国际电力网

2023
09/11
15:58
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关键词: 核电技术 核电 碳中和

核电做不做为世界主力能源的争议非常大。比如2021年欧盟提出,能源转型过程中最重要的过度能源应该是核电。但在欧盟阵营里的德国却宣布,在2022年内淘汰所有的核电。当然这些都是因地制宜的所以有些争议是不可避免的。这种争议在我国固然也存在。不同的专家有不同的观点。反对意见的人主要认为它的安全和选址问题。

1.核电面临的三个问题

我们要先讲核电面临的问题。首先是核废料的问题很难解决。从核电诞生以来这个问题就一直存在。目前把核废料放在把罐子里在沉海是最安全的处置方法。但万一发生地震等自然灾害,废料出来了怎么办?所以如果不能解决这个问题,核电就很难成为主力。

其次是核泄漏风险。这个问题是很多人都关注的,因为它真实发生过。切尔诺贝利事件、福岛核泄漏等事件都是因为核泄漏引起。一旦发生,后果不堪设想,整个地球的居民都会因此受所影响。所以只要这个大问题还在,那它注定不能成为主力。

最后一个是选址问题。为什么是这个问题呢,因为核能发电过程中,从前期导热,到后期冷却,都需要水的参与。所以我国的所有核电站比如浙江秦山、山东海阳等等,都有一个共同点,就是建在海边。可以理解为核电站的选址,必须靠近江河湖海。对于内陆地区来说,不靠近大江大湖,就发展不了核电。

所以总结一下,核废料处理问题、核泄漏风险,还有选址问题,制约了核能成为为主力能源。

2.第四代核电技术能解决么?

这三件事有可能得到解决吗?在2021年中发生了两件大事。2021年5月,我国甘肃武威建成了世界第一座钍基熔盐反应堆;2021 年 12 月,位于山东荣成的华能石岛湾高温气冷堆核电站,成功并网发电。那为什么要提到这两件事?因为涉及到的两座新型反应堆都采用了第四代核电技术。而第四代核电技术,有可能解决以上痛点问题。

那什么是第四代核电技术?一位专业人员告诉我们过去的 70 年内,核电技术经历过 3 次重大迭代。注意目的就是解决安全、选址等痛点问题。当时美国和其它国家开了一个会,在会上确定了6个新型反应堆发展路线:超高温气冷堆、超临界压水堆、熔盐堆、气冷快堆、铅冷快堆和钠冷快堆。你不需要了解这些词汇,你只要知道它们都是技术路线,主要是为了解决以上说的问题。我国在今年建成和并网发电的这两座反应堆,就是其中两条技术路线的落地。

那通电问题怎么被第四核电技术解决的呢?首先先看预防核泄漏。

核泄漏从何而来?普遍的核电站不是关火就停,它与火电站不同。在核反应暂停之后,里面的物质还会持续产生热量。一方面熔化包裹着核燃料的外壳,另一方面产生氢气,引发爆炸。一般的预防方法就是靠外部安装冷却装置或人工及时冷却,如注水等。但是导致核电发生故障的也常常就是这些外部装置的问题。或者人工作业很难进行。

最典型的案例就是福岛核泄漏,地震导致很多装置都失灵了。第四代核电技术的思路有了个转变,就是不依靠外部干预,让反应堆实现自我控制核泄漏。用去年成功并网发电的山东核电站举例。因为核电站的功率很高,动辄几百万千瓦,有了问题余热散不出去,所以它把之前的一整个大反应堆拆成了10个独立小堆,采用了小型模块化的设计。分成模块之后,每个小堆的功率密度降到了之前的1/30。这样反应堆层面产生的余热就可以安全的散发出去。

第二个是把颗粒状的核燃料用四层陶瓷材料包裹起来,形成陶瓷球,再把12000个这样的陶瓷球分散放在一个石墨球内。

网上有一个很贴切的比方,你可以把这个设计想象成一个球形糖果盒,盒子里装着12000颗糖果。因为石墨和陶瓷都是耐高温材料,所以核燃料的余热可以被这个糖果盒锁住一大部分,安全隐患这个问题就解决了。也就是说,第四代核电技术通过实现不依赖外部干预的自我控制,解决了核泄漏风险的问题。当然这里还有很多相关技术突破,有兴趣你可以课后自己查一查。总的来说第四代核电技术可以不借助其他工具进行自我控制,就可以解决核泄漏风险的问题。

最后是选址,第四代核电技术是怎么解决电站必须建在水旁边呢?刚才提到2021年我国还建成了世界上第一座钍基熔盐反应堆。那什么是钍基熔盐呢?

传统的核燃料都是铀,但我国的铀资源较少,钍资源很多。我国的钍储量位于世界第二,所以选择钍作为核燃料。那“熔盐”如何解释呢?专业的人说,这个技术就是解决对水的依赖问题。在文中提到,核反应过程中很需要用到水。氟化盐就能解决这个问题。它在被加热到450摄氏度时,会变成无色透明液体,从而能代替水。

所以钍基熔盐反应堆就可以实现在干旱地区高效发电。第四代核电技术也就能解决选址的问题。

就剩核废料的处理问题了。具体的国家还没有披露,但从部分资料中分析,第四代核电技术已经能实现它的循环利用,但是肥料本身仍需要采取封锁填埋的方式处理。可这已经大大减少废料的数量。我们认为这个问题在未来一定会彻底解决。

3.核电未来的发展趋势

了解了这些之后,让我们思考核电带来了什么机遇,2022年对它的发展有什么趋势?

我们之前说到核电周围的企业可能有了很好的机遇。那么核电能不能做主力的看法会不会被改变?电力行业的专家告诉我,因为技术的进步,行业内普遍认为我国不会像很多国家一样放弃核电。但它可以作为风光新能源的补充,因为核电可以从中起到加强稳定供电的作用。所以核电周围的企业可能有了很好的机遇。

核电出海带来国际上的发展为什么美国一直坚持发展核电。因为他们为的不是解决自己问题,而是为了为需要核电技术的国家提供,避免它投奔苏联。

我们在第一篇“中国为什么要实现碳中和?”文内就提到了,在当下的国际环境之下一种博弈工具。在其他国家需要帮助的时候,我们需要技术来解决他们的能源问题,从中拉近双方关系。所以我们要发展核电。这是在当今国际政治中非常重要的“交友方式”。

从最普通的核电技术输出来看,他们的商业回报非常的客观。2021年内讨论最多的话题就是“核电出海”。大家都觉得因为第四代核电技术的突破,在未来它一定会发展到更宽阔的领域,走向更多的国家。所以这给很多外语专业、跨国经理等经验的人才,带来巨大的国际发展机会。


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