一年前的切尔诺贝利核电站事故像一阵巨大的冲击波震动了世界,然而世界的核电并未因此而停滞不前,大多数国家如今仍以一往无前的精神继续地把核电发展事业一步步地引向深入……
1. 前言
去年,尽管在苏联发生了有多人死伤的切尔诺贝利核电站事故,但整个世界的核电发展并没有因此而急转直下。世界核电仍在发展。纵观一年来各国对核电的开发情况可归述如下:1)由于电力需求的减缓,因此许多核电站、火力发电站以及其它类型电站的建设速度均有所放慢。然而以核电为骨干用电的各先进工业国,却仍在继续脚踏实地地进行下一代轻水堆、快中子增殖堆(FBR)等不同类型核堆的开发。
2)为了使下一代核堆更能适应时代的要求,目前都把核堆经济性和安全性的提高作为主要的目标而进行大力开发。
3)然而在核燃料循环方面,天然铀矿仍很富余,其价格继续维持低水平,而且不会在短时间内发生改变;从长远看,要珍惜铀资源,人们也一直想从用过的核燃料中提取有用的钚,但目前在这方面的开发动向却并不很显著。
4)为了保存钚以及核残料中的其它贵重原料,要用既安全又经济的方法来贮藏核残料,近年来开发的一种干式贮藏技术,其前景十分诱人。但另有一些能源丰富的先进工业国,却不打算再利用已用过的核燃料,而是采取深埋的方法将其丢弃。
5)为了在核燃料循环的初流程中降低浓缩铀的成本、提高铀资源的利用率,近年来开发了新一代铀浓缩技术即激光法分离铀的技术,目前这一技术正稳步地向前发展着。
世界一些主要国家的核电开发现状和核电在总发电量中所占的比例如表1所示,须指出,法国的核电比例,在1973年第一次石油危机时仅为8%,但到1986年已猛增为70%,这充分显示了法国十余年来致力核电开发的勃勃雄姿。
2. 美国
美国的电力一直很雄厚,加上工业发展的不大景气,所以近年来电力需求增长迟缓,核电站建造成本也日趋偏高。自1978年以来的十年中,美国没有筹建新的核电站,但在电力需求上已出现了从负增长变正增长的好势头。若有望维持住3%的微弱年增长率,其前途还是很光明的。关于核电站的建造成本偏高问题、目前正着手从两个方面,即在改进核电法规和改进核电站设计方针上来寻求对策。所谓改进核电法规,就是将现行的核电站建造的法律程序上的二阶段式简化为更合理的一阶段式,以使核电站建设更有计划性,其成本也更低。这一法律修正案已于几年前提到议事日程上来了,现还在进行审议。再就是改进核电站设计方针,目前也在从各个不同角度,如高性能核电站建造许可性论证、实现100万千瓦级的大型轻水堆的标准化等方面入手进行研讨。另外从堆型的开发来看,美国仍坚持以新型的中小型轻水堆为主。开发这类新型的中小型轻水堆,本身就意味着美国在核电发展上采取了一项旨在降低核电站建造成本的策略。因为在美国,属于电力公司体制的电厂就有3000余家,可是这些电力公司的平均规模却要比日本的小很多。如果说维持这一现状就是为了适应低增长率的电力需求,那么无须乎去大力发展安全性高的大型核电站,而是朝着比燃煤火力发电站经济性好,投资风险小的中小型轻水堆核电站的方向去发展,自然就成了顺理成章的事。对中小型轻水堆的研制,目前的现状是:拥有世界第一流大型电机制造厂家的GE公司负责承担沸水堆(S-BWR)的开发,另有WH公司则负责承担压水堆(AP-600)的开发。为使这些核电站在本世纪内并网发电,各公司正义无反顾地把各项工作推向前进。
就发展新型的核堆而言,除以上所讲的轻水堆需进行开发之外,中小型FBR及高温气冷堆(HTGR)也属开发的新项目。虽然大型的FBR的研制中断了,但EBR-Ⅱ,FFTF等实验堆的试验研究却仍在继续进行。与此同时,还围绕着核燃料性能、核堆固有安全性(防止在事故时释放出裂变辐射热等)和经济性的提高而对35万千瓦的SAFER、13万千瓦的PRISM核堆进行积极地开发。对高温气冷堆的开发,其投力重点放在小型堆方面,尽管议会颇为支持这项研究,但提供资金来源的能源部(DOE)却深感财政支出不胜窘迫,故今后的发展趋势还很难推断。
在核燃料循环方面,虽说FBR的开发在继续进行,但对核残料的处理仍然采取埋掉的方针,故不可能建造商用后处理厂。对核残料的处置,电力公司自1983年以来就从核电的电费收入中以1密耳②/千瓦小时的标准为DOE积累资金。由于DOE存留核残料的义务要到1998年才能生效,所以在此之前将从所积累的资金中拿出一部分用于有关核残料暂时贮藏或处理设施等项目的研究。从现在起到1998年还有十年多的时间,这期间对核残料的处置,电力公司无疑负有义不容辞的责任。但由于核残料的贮藏设施有很严格的容量限制,于是一些电力公司便使用了一种廉价安全的干式重屏蔽容器来贮藏核残料。
对铀的浓缩,美国虽有生产规模庞大的气体扩散法浓缩铀工厂,但对取代气体扩散法的第二代铀浓缩技术亦即激光法浓缩铀技术则并没有因此而袖手旁观。至于激光法浓缩铀技术发展方式,联邦政府的意图是希望以私营企业为主进行研究。但这种意图迄今未能行得通,因为私营企业一向认为自己的实力单薄,难以胜任。
3. 法国
法国对核电的开发,一直是作为一项重要的国策在推行。即使1981年政权更迭给革新派的密特朗总统后,这一方针也没有改变。正因为如此,法国的核发电比例才得以上升为现在的70%而跃居世界第一位。法国开发核电所奉行的一贯方针是以国有公司所属的企业为主,同时展开各企业间的横向联合。在初期,法国曾着重于气冷堆的研制,但自从出现第一次石油危机后,就开始实行一种大力发展核电的政策和计划,进而转向了PWR(加压型轻水堆)的开发。
这种PWR,是先由美国WH公司引进技术,然后结合本国的技术条件加以改造而定型的。目前法国已能自行设计建造140万千瓦级的、并富有各种特色的大型PWR。就是从最近南朝鲜、中国等国家兴建核电站的投标结果来看,即便是轻水堆的创建国美国一样不是法国的对手,法国在世界核电企业竞争中中标的机会较过去明显地增加了。还有,法国对开发FBR也是全力以赴,世界最大的120万千瓦级的“超凤凰”(Super Phenix)FBR已于去年投入了运转。在核电开发方面,法国已名副其实地遥遥领先于世界各国。
在核燃料循环方面,和美国一样,也在开发第二代铀浓缩技术——激光法,但不同的是,法国同时还开发一种借助所谓谢麦克斯(シェメックス)化学反应的化学浓缩法。关于核残料的后处理,一座专用于处理轻水堆核残料、年处理量为400吨铀的商用后处理厂仍在继续运行。在今后的两年内,还将建成一座年处理量为800吨铀的后处理厂。这些后处理厂,不只限于处理本国的核残料,而且还要接受国外电力公司的核残料的处理。目前已有日本的电力公司在委托法国的后处理厂处理一部分核残料。由于法国在后处理技术上积累有很丰富的实际经验,因此日本在设计青森县下北半岛的商用后处理厂时,就曾向法国寻求过援助。
但是,开发核电一直很顺利的法国,如今也因电力需求的减缓而遇到了一些障碍,这将无可避免地直接影响核电的发展速度。为了摆脱眼下所面临的这一困厄局面,法国正打算进一步加强国内工业出口的优势,这种工业的输出攻势必将引起各国的关注。现在法国已将国内过剩的电力大量地输出到了邻近的各个国家。据说法国的电力已在国际贸易中成了和香水、白兰地齐名的出口产品了。
4. 西德
西德对核电的开发,始终是有条不紊地在进行着,但是自发生了苏联切尔诺贝利核电站事故后,多少也受到了一些干扰,这个干扰的阴翳至今还清楚可见。其中有一个例子,就是与近邻国家共同开发的、被称为SNR-300的30万千瓦级的FBR原型堆,曾一度遭到地方政府的反对而迟迟得不到运行许可。西德在相当早的时候就从美国引进了轻水堆技术,后来通过不断消化、吸收,现在已能独立完成BWR、PWR的设计,而且轻水堆的运转率是世界上最高的,评价也最好,乃至连轻水堆技术都能达到返销美国的水平。此外,西德为了简化核电生产的许可审查手续,目前正在积极地推行一项核电站设计标准化的所谓“肯勃”(convoy)计划。
然而迄今为止,西德和我国一样,在预定工期和预定费用上仍是不变初衷并有计划性地进行核电开发。但绿色和平组织主张纯环境主义,而且在各党派面前大肆宣扬立刻废止核能发电的优越性,这就很难不使核电发展计划受到一定的影响和损害。西德现在拥有的核堆类型除上述的各种轻水堆和FBR外,还准备开发一座自行设计的高温气冷堆,再兴建一座世界最新式的30万千瓦级的THTR-300核设施。
在核燃料循环方面,目前维持运转的还是原有生产规模较小的后处理厂,但对后处理得到的钚,却被用于返回轻水堆而进行钚的再循环利用。钚的回收利用,相应地也就制定了钚的管理规程和供应制度。作为实行核残料后处理政策的一个开发环节,现在也在积极研究充氦气的钢制重屏蔽容器的干式贮藏技术,同时还将建成一座能贮存相当1500吨铀的核残料的大型贮藏设施。不过,也得看到,目前西德的电力需求增长还是较为缓慢,加之纯环境主义者的四处活动,那种一向被认为很不错的核电发展形势及计划性很可能会逐渐丧失。
5. 英国
英国依靠自己的技术力量很早就开始了气冷堆的研究,其后,又完成了改进型气冷堆(AGR)的建造。继AGR之后,目前又转向了压水堆PWR的研究。但由于国内拥有煤炭北海油田等丰富的能源资源,所以最终是否采用PWR至今尚未作出定论。关于对快中子增殖堆的开发,英国曾计划独自建造一座100万千瓦级的FBR,但现在却放弃了这一打算,决定加入欧洲核电俱乐部而与其他伙伴共同开发这种大型的新型核堆。
在核燃料循环方面,英国掌握有很先进的铀浓缩技术和后处理技术。对铀的浓缩,英国在气体扩散法用于军事生产上的经验是毋庸置疑的。最近,又和西德、荷兰两国合作,将共同开发可供商用的离心分离法铀浓缩厂,今后,还要有计划地谋求生产容量的提高。对辐照燃料的后处理,已有一座后处理厂在运转,专门用来处理气冷堆卸出的核燃料;此外还有一座大型后处理厂在兴建,建成后将与轻水堆配套使用,其年处理能力可达1200吨铀,日本的电力公司准备委托英国用该厂来处理一部分核残料。
6. 欧洲其他各国
在西欧各国中,瑞典是一个较为特别的国家。瑞典的核电,是依靠了自己的一部分技术而发展起来的,全国共有核电站12座,整个核电比重高出40%。但是根据1980年公民投票的结果,这12座核电站最迟都要在2010年关闭,而且对凡是核残料处置去向不明的核电站,都不允许再继续运行。这说明丢弃核残料在瑞典人眼里是利大于弊。因此他们现在所研究的对核残料处理方法,就是将其和热传导性能良好的铜粉混合在一起后再埋入地球深处的花岗岩层中。
在东欧各国中,要论核电站运行经验的积累,首数苏联,其次是捷克斯洛伐克、东德、保加利亚、南斯拉夫。而罗马尼亚和波兰正处于核电站的建造时期。以上这些国家,有一部分是直接引进西欧的反应堆,其余大多数则是采用苏联制造的压水堆。去年发生事故的切尔诺贝利核电站的核堆,是一种以石墨为慢化剂、轻水冷却堆芯的沸水型反应堆,这类堆型在苏联出口的核堆中不曾有过。
切尔诺贝利核电站事故,发生在去年四月,死亡30余人,这在世界核电开发史上是前所未有的。发生事故的核堆,是苏联自己研制的100万千瓦级的RBMK-1000沸水堆。在西欧,作为商用核堆,从不采用这种特殊的堆型。
这一事故是发生在核堆低功率时的试验中,所造成的损失正如电视、新闻中所介绍的一样,极为惨重。引起事故的原因,以苏联的报导看,是工作人员违反操作规则所致,但从根本上讲,一个无法掩盖的事实乃是核堆在安全设计准则上存在着严重的错误。这次事故发生后、欧洲一些国家立即停止或禁止了农、畜产品的销售和进口,从而使经济、生活、食品等方面蒙受了难以挽回的损失,而且给整个世界核电开发的前景也投下了一层暗影。
7. 日本
我国现在的核电规模也可由表2看出,而且在今后的8年中,核电将继续保持增长的势头。我国对轻水堆的发展,在最初阶段也是从美国引进技术,但后来在核电站建造及运行的过程中,通过对各种先进技术的研究、应用,进而采取了一系列使轻水堆不断深化发展的有效措施。从1975年以来的10年中,我国对轻水堆先后实施了三个阶段的改进与标准化计划,进一步使轻水堆的可靠性及运转率均有了很大的提高。始于1981年的第三次改进与标准化计划现已大体结束,年内将令新型轻水堆第一号核堆进入建设准备,争取在1990年便之按期投入运转。只要官方和民间继续一如既往地协力相助,那么这一轻水堆高技术计划定将得到顺利完成,从而迎来第二代轻水堆应用的新时期。
第二代轻水堆的最终开发目标,将更为注重其实用性,也就是要在铀资源的利用率上大大提高一步。目前法国、西德对HCR(高度转换效率的轻水堆)和高度安全的技术反应堆的开发,以及美国对新型中小型轻水堆的进一步发展,都是着眼于核堆的实用性,力求通过高技术的研究,使之和社会经济需要密切地结合起,来。可以想到,对这些未来的核设施,只要付出一定时间的不懈努力,定能看到它们会以崭新的姿态出现在我们面前。
与开发轻水堆的同时,我国也在对FBR进行积极地研究。当然,正如前面所指出的,在当今铀的供求矛盾还不尖锐的情况下,对FBR的开发还无法说是一个亟待解决的问题。不过,考虑到我国所处的具体环境,也即在国内能源资源十分缺乏,连铀资源的所谓副产品钚都被看作是很珍贵的原料的情况下,就大有必要开发FBR,以使钚能充分地利用起来。FBR可以说是现代高技术的结合体,因此开发FBR需投入大量的资金并在多方面付出努力。而且要知道任何高技术的结集历来都不是短时间所能完成的。现在正值我国国力强盛之际,无疑应看清世界核电发展的趋势而不失时机地对FBR进行积极地研究与开发。
在核燃料循环方面,青森县下北半岛的一个包括有后处理厂、铀浓缩厂及低放射性核残料最终贮存场的大型项目已进行了多年的准备工作,今后将具体地落实各项开发计划。为了促进后处理厂能于1995年前后投产,国内的与此项计划相关联的企业早在1980年就联合成立了日本核燃料服务公司,不久前又和法国的SGN公司(通用新技术公司)达成了一项委托该公司设计后处理厂的协议。另一方面,日本核燃料工业公司(1985年成立)也在积极地实施铀浓缩厂及低放射性核残料最终贮存场的开发计划,争取这些设施能按期在1991年投入运行。
为了配合以上计划的具体实施,同时还将对有关的法规进行修正。至于铀浓缩的生产,决定采用我国自行研制的离心法铀浓缩技术。但是作为这一技术的继续亦即激光法的开发,在我国也被认为是颇有前途的。因此今年四月,在政府和民间的共同努力下,正式成立了专门研究激光法的机构,这个机构现已开始工作。诚然,下北后处理厂投产后,仍然存在着国内后处理厂远不能负担国内全部核残料、以及如何降低后处理成本等等问题需要加以解决。鉴于此,对后处理厂不能胜任的核残料,将在一个时期内被暂时贮藏起来。很自然,一种廉价而安全的核残料贮藏技术也会应运而生。
[《内燃机》(日),1987年第6期]
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① 标题是译者加的。
② 1密耳=1/1000美元,只用于统计。