1. 世界的形势

核电自问世以来,至今已经历了40个年头,然而,这期间在先进国家中,它却是作为重要的能源而在不断地根深蒂固。1984年,全世界发电总数约为9兆千瓦小时(图1),其中核电就占15%以上,和水电不相上下。

8.1.1

世界上一些主要国家的核电规模由表1可见,其中美国的核电站数及装机容量居于绝对优势。毋庸置疑,像美国这样一个世界最大的能源耗费国,其电力设备是相当雄厚的,据1983年统计,总容量就达6.4亿千瓦(是日本的4倍多)。当然,在这一总数中占主要分量的还是煤电的容量。而从发电量看,核电在总发电中所占的比重并不大,仅为14%;苏联在很早以前就使世界最大的、容量为150万千瓦的LWR(轻水堆)投入了运行,尔后又率先对一种较理想的反应堆FBR(快中子增殖堆)进行了积极的开发;日本对核电的开发,在LWR,FBR及核燃料循环技术等方面也达到了世界先进水平,而且现在还大有要领先于世界各国的气势,只要积极引进国外的先进技术,经消化、吸收乃至有所独创,到时候一定会成为一个可出口更先进的核电技术的国家,而备受世界各国重视。不过,在此值得大书特书的并不是日本而是法国。

8.1.2

法国从1973年的第一次石油危机中吸取了深刻的教训,为了摆脱今后对阿拉伯石油的依赖,于是便开始竭尽全力、积极地对核电进行开发。由于多年的、坚持不懈的努力,如今核电已在全国大放异彩。仅去年一年中,核电发电量就占全国总发电量的65%,这当中承担主要发电量的,就是最早由美国引进,以后又经改造和革新的PWR(加压轻水堆)。此外,这些年来法国对开发新型的核堆FBR也很积极,目前就正在建造一座堪称世界第一流、装机容量达120万千瓦的大型FBR。

现在,核电的开发也在逐渐地向发展中国家渗透,例如伊朗,为了稳住支撑国家财政收入的石油输出就引进了核电,但由于巴列维王朝的政权交替,曾一度中断了核电站的建造工程,据悉现又开工;又如南朝鲜地区,也在国家工业化迅速进展的同时积极着手核电的开发;再就是中国,前不久也揭开了核电开发的新篇章,国内第一座核电站已经在距上海不远的地方破土兴建。

这里,倘若环顾一下世界各国在核电不同堆型方面的科学研究和技术开发,即可发现,这些年来无论是投力于FBR的研究与发展,还是对LWR进行技术改造而使之运行高效率化以及进一步开发HTGR(高温气冷堆),都有着明显进展的趋势。

先看FBR的研究与发展,正如表2所反映的,已有多年的历史,目前法国、英国、苏联都有较大的FBR原型堆在连续运转(功率为20 ~ 60万千瓦不等)。无须过多久,西德也将有一座FBR原型堆投入运行。日本也属于一个大力开发FBR的国家,今后将成为动力堆核燃料元件的开发中心,现正在加紧建造电功率为28万千瓦的“文殊”号原型堆,预计在1992年10月之前建成。

8.1.3

继原型堆开始运行后,接着就是建设验证反应堆。去年9月,法国捷足先登,已使一座取名“超凤凰”(Super Phenix)的大型验证反应堆进入了临界,该反应堆的电功率高达120万千瓦。值得注意的是,“超凤凰”的建造之所以能够大型化,乃是由于法国长期以来十分注重和其他国家密切技术合作的结果,这无疑就使得FBR的开发在某种程度上蒙上了一层“国际化”的色彩。现在,“超凤凰”核堆被称之为“法兰西的主体”而为世界各国所关注,西德与意大利就在共同开发。此外,另有许多迹象也表明,在今后,这种国与国之间互相合作,共同研究与发展FBR的倾向还会与日俱增。

除法国之外,西德、英国、苏联及我国也相继开始了FBR验证反应堆的设计。当前,各国开发FBR最热衷的课题,是使FBR的经济性能提高到一个能和LWR旗鼓相当的水平,以充分显示FBR的特色和优越性。

众所周知,在当今的各类核电反应堆中,提供主要电力的仍然是LWR,而在地球上用作核燃料的铀资源的贮量是非常的有限。因此,在现在不管各国是否继续自己的核电开发计划,都应当考虑到今后的数十年内,核电的价格会因铀的枯竭而暴涨。加之,目前欲开发一种十分理想的FBR——核燃料可自身再生产并能保障足够使用——又并非一朝一夕的事,所以,从长计议,就很有必要对LWR进行技术改造而使之经久耐用并高效率运行。

大概从1980年以来,世界一些主要核电国家的核电站利用率,基本上是稳步上升的(图2),据说这一点也恰好表明了各国开发LWR所努力的趋势。然而,仅仅是满足这一现状,就未必能够尽如人意。因为评价LWR开发的收效好坏,最根本的还是看其经济性

能是否有所提高。由于以往对LWR的开发,仅仅着眼于设备的维护和检修,因而造成了设备部件的发展过于重型化。所以,在今天对于已有40年应用历史的LWR来说,无论是进行设计还是进行技术上的改造,都应侧重其经济性的提高,在此基础上再力求做到设备结构合理化和设备运行可靠,以及维护和检修方便。

8.1.4

现在,世界上有些国家,如拥有功率在100万千瓦级以上的、大型LWR的美国、法国、西德和日本,以及拥有功率不到100万千瓦级的、中型LWR的瑞典,都对LWR进行了多种开发性的试验与研究,譬如将LWR的堆芯设计成高转换效率型,也就是在现有LWR的技术基础上,为堆芯配置一种可填装高浓度核燃料的设备,从而达到使堆芯转换效率增高的目的。

可以说,在当今的核电中,整个铀资源的利用率并不很佳,而且目前无论如何也达不到与FBR相适应的标准,即或是FBR数倍于LWR地增长,只要它还未进入广泛应用的阶段,人们就不可对铀资源的消耗掉以轻心。虽说在较长的一段时间内,铀资源的减少确很缓慢,并且对核电工业的发展也不构成多大的威胁,然而,尽早注意铀资源的合理使用,珍惜铀资源,多少总可以缓和铀价格在不久的将来可能会上涨的趋势。

对HTGR的开发,同开发FBR,LWR一样,也有很长的历史了。所谓HTGR,顾名思义,就是可使冷却剂氦气加热到750℃以上高温的气冷反应堆。在过去,曾有一个时期,我国就对HTGR在非电力如在生铁冶炼等方面的应用进行过认真的研究。这种核堆,由于经过堆芯的是氦气体,自然散热能力要比用轻水(普通水)散热的LWR差。因此,想要得到一定高温的氦气,须设法降低堆芯单位体积的发热量,但直接通过增大堆芯尺寸的办法来达到这一目的,弊多利少,不宜采用。

近来,HTGR再次引起了各国的关注,其原因就是有了一种间接的方法,可以使堆芯单位体积的发热量降低。这种方法,实际上也就是把中子的减速剂石墨制成像印刷用的字模一样的形状,于是堆芯的热容量增大,亦即相当于降低了堆芯单位体积的发热量。有些国家,如美国、西德认为冷却剂氦气不易带出放射性物质,也就是说HTGR的安全性比LWR好,因此对HTGR也进行了积极的开发,到去年底,先后在美国、西德就各有一座输出功率为30万千瓦、专供发电用的TR-300型HTGR投入了商业运行。

2. 日本的现状

日本对核电的开发,起步迟于欧美。现在拥有核电站的总容量,低于美国、法国、苏联,居世界第四位,但就核电站的利用率来看,保持着平均值在75%以上的世界最高水平。而且要论核电站的技术水平,在国际上也可以说是首屈一指,如日本能够自行设计、建造具有日本特色的现代化LWR,就是很明显的一个例子。总而言之,日本的核电工业,目前在世界上有着举足轻重的作用。

由此看来,日本未来的核电发展方向,在国际上是值得大书特书的。下面想要谈及的,主要是对世界有影响的四个方面,即第二代LWR的开发、日本式FBR的开发、核燃料循环的独立完成和核能的国际合作。

截至1986年3月底,在日本已开始商业发电的核电站数是:沸水型LWR(即BWR,沸水堆)16座,压水型LWR(即PWR,压水堆)15座,GCR(气冷堆)1座,合计32座,总容量为2500万千瓦。这些核堆,自1975年以来的10年中,其利用率基本上是处于增长的趋势(图3)。从发电量看,核电在总电力中所占的比例,现在为26%,到本世纪末将达到40%,再往后,打算还要不断提高这一比例。目前,有一批计划建设的核电站,很快就要在近一、两年内纳入电力发展调整审议会的议程。

8.1.5

第二代LWR,在核电占总电力的比例达到40%时的二十一世纪初前后,将作为计划投入运转的核电站优先进行开发。

对FBR的开发,首先在1992年10月前,如期完成电功率为28万千瓦的“文殊”号原型堆的建造任务,然后于九十年代中叶再按期动工兴建验证反应堆。目前,负责该项工程的公司,正围绕着如何大幅度提高其经济性这一中心课题进行积极的开发,与此同时,还对这类核堆今后如何更实用化的种种技术方案展开了研讨和评价。必须指出,日本在核堆设计标准上,对抗震条件的要求比其他国家严。因此,在借鉴国外的先进经验时,还要注意和本国的特点结合起来,只有这样,才能成功地发展并开创日本式的FBR而别树一帜。

关于核燃料循环的开发,现在已有一大型项目在青森县下北半岛投入了准备阶段,在该地区选址的有生产浓缩铀的工厂、核燃料的后处理工厂及低放射性核残料的贮藏设施。这一项目预计在九十年代初可建成并开始商业运行,据此,我国就算大体上完成了核燃料的循环。

关于核能的国际合作,还有待进一步的加强。截至去年底,拥有核电站的国家已达到26个,正在建造和计划建造核电站的国家也增加到了38个,在今后,发展核电的国家数还会继续增加。日本作为核电开发的先进国之一,一定要和其他国家,包括落后于日本的H家在核能的各种技术领域内进行积极的合作。应当想到,加强核能的国际合作是日本应尽的责任,特别是和亚洲各国,更有必要加强这种合作。

[《内燃机》(日)25卷,1986年6月号]