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山东吃下了第一只螃蟹

近日，烟台市人民政府发布关于烟台市高质量发展核电产业提案的答复，其中披露了烟台市核电项目建设情况及核电产业引育情况，推动实现2024年全市核电项目新增投资190亿元以上。

信息由烟台市发改委发出，文章中显示，国家电投山东海阳核电项目和一体化小型堆示范工程 项目位于海阳市，总投资1309亿元，规划建设6台压水堆核电机组(单机容量125万千瓦，总装机容量750万千瓦)和1台一体化小型堆(热功率为200兆瓦，最大供汽能力250吨/小时)。

海阳市是山东省辖县级市，由烟台市代管。位于山东半岛东南部，烟台市境南部，东邻乳山、牟平，西接莱阳，常住人口57.48万人，是“地雷战”的故乡。

而在去年12月，我国具有完全自主知识产权第四代核电站“华能石岛湾高温气冷堆核电站”已经正式投入商业运行，这也是全球首座投入商业运行的第四代核电站，位于山东荣成市（71万人口）附近100公里远的石岛湾。

石岛湾核电站目前发电效率要比第三代核电站约高出10%，装机容量20万千瓦，每年发电量约14亿度，理想状态下可最多为200万户居民提供生活用电。

在第四代核电技术的研发商用过程中，中国已经走到了世界前列，但这背后有一个老生常谈的疑问：在人口城市密集区建立核电站，能否保证绝对安全？

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悄悄发育的第四代核电站

自从国内绿电加速配置以来，核电也没闲着。8月下旬，国务院常务会公布了一个备受业界关注的决定：核准江苏徐圩一期工程等5个核电项目，共计11台核电机组。

这次项目批准之所以受到瞩目，一是因为单次核准数量高，自2022年我国核电项目重回发展轨道后，今年这次审批已经创下了单次核准量新高；二是因为，这些项目虽然以第三代核电技术为主，但也包括了1台高温气冷堆核能发电机组，而“高温气冷堆”正是第四代核电技术路线的一种，且我国具备完全自主知识产权，正处于商业化的开端。

它的商用价值体现在哪？江苏徐圩核能供热发电厂一期工程建设规模包含2台百万千瓦级第三代压水堆机组及1台高温气冷堆机组，还配套建设了蒸汽换热站，单台建设的工期要54-58个月。

一旦建成投用，将为连云港万亿级石化产业基地大规模供应高品质低碳工业蒸汽，同时利用剩余热能发电，每年供应工业蒸汽3250万吨，最大发电量超115亿度，可减少燃用标准煤726万吨，减少排放二氧化碳1960万吨，绿电减排脱碳一气呵成。

国务院总理李强8月19日主持召开国务院常务会议，决定核准江苏徐圩一期工程等五个核电项目

第四代核电站常常被称为“未来形态核电站”，那第四代核电站比第三代有何进步之处？

在核电领域，通常把上世纪五六十年代建造的验证性核电站称为第一代；七八十年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发成熟的先进轻水堆。第四代核电技术则是指正在开发中的新一代核电技术，国际上对其提出了经济性更好、安全性更高、核废物最少、防止核扩散能力强等多项要求。

简单来说，每一代技术的更迭的核心指标就是机组不断提高的安全标准，比如第四代高温气冷堆在业内被称为“不可能烧毁的反应堆”，最突出的特性就是“固有安全性”。

我国也是全球首座第四代核电站“华能石岛湾高温气冷堆核电站”示范工程

我们现在常说的风光水电虽好，但是建造起来都有大大小小的问题。水库建设会引起径流、水温、泥沙的大规模变化，风电需要看当地风力强度，光伏要求光照强度达到一定程度才能发电……这种“看天吃饭”的发电方式的痼疾就是不能做到稳定输出，往往需要配套的储能项目才能做到灵活应用。

但核电不同，比尔·盖茨曾在自己的书中推崇核电的优势：“核能是唯一能够一年四季、不分昼夜提供可靠电力的无碳能源”，它既绿色又高效，再加上可规模生产的优势，一直被视为化石能源的最佳替代选项。但一到推广应用的时候，核安全问题就像一把高悬的达摩克利斯之剑，挥之不去。

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第二代技术之痛

从发电原理来看，之前《电脑报》文章中提到过的“人造太阳”属于核聚变——如果不是反应条件太苛刻，它才是理论上真正的未来能源。但从现实商用的角度看，还是利用核裂变过程释放的能量来发电更符合核电站目前的需求。

以第二代技术的代表“压水堆核电站”为例，在核反应堆中，核燃料如浓缩铀要经过裂变反应产生大量的热能，这些热能首先用于加热闭合的一回路系统中的高压水；加热后的水不是直接变为蒸汽，而是通过蒸汽发生器传递热量给二回路系统的水，使其变为蒸汽；随后，高压蒸汽被引导至汽轮机，推动轮机转动，从而带动发电机产生电力。这也代表了目前核电站的运作过程，即核能转化为热能，热能再转换为机械能最终变为电。

2023我国在运核电机组堆形装机容量分布（单位MW）

全球目前430余台现役核电机组中，超七成来自第二代核反应堆，但第二代核反应堆安全缺陷也很明显，发生堆芯融化事故和大量放射性释放事故的概率相对偏高。

核工业西南物理研究院一位研究员的解释是，核裂变是一个链式反应，它会不断放热，正常的反应堆是通过发电把热转化成电，消耗热能，但是如果反应堆故障，就需要人为冷却，否则温度就会越来越高，最后堆芯熔化，只能封堆。“切尔诺贝利核电站、福岛核电站都采用第二代核反应堆，它们的问题就出在燃料堆停不了，只能不停地用水降温，然后再排出核污水。”

如果说第三代核电技术是在第二代技术基础上进行优化，增加了非能动设计和专设安全系统，即使发生事故，也能实现自我保护；那么第四代核电技术则是从反应堆架构本身进行革新，保证即使在极端事故条件下也不会释放出放射性物质，在废弃物处置方面也有了根本性的提升。这又是怎么做到的？

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“安全”的核电还要说服更多人

其实最近两年，核电的“复兴”的态势不仅仅出现在中国。今年6月，美国首座第四代核电站Natrium项目在怀俄明州凯默勒市动工，预计2030年完工，其背后最大的号召者正是世界前首富、核能的坚定支持者比尔·盖茨以及他创办能源企业Terra Power。

按照堆形架构技术不同，国际上目前主要的第四代核电站技术路线大概有六种：气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和高温气冷堆。其中，我国重点发展的就是高温气冷堆和钠冷快堆，而Natrium项目走的就是钠冷快堆路线。

比尔·盖茨其实最早是想跟中国企业合作，研究一种比较特殊的钠冷快堆“行波堆”，但是由于中美科技领域的合作管制，最终还是不了了之。这个行波堆乃至钠冷快堆，与传统的核电站最大的不同就在于，作为冷却剂和传递热能的都不是水，而是液态的金属钠。

钠冷快堆的全称是“钠冷快中子反应堆（SFR）”，钠的优势就藏在这个名字中。

核裂变原理

一方面，用钠作为冷却剂，反应堆中不会出现大家最害怕看到的蒸汽，甚至能尽量避免熔毁的风险。前面提到的压水堆核电站，一般为了尽可能提升工作温度会施加150个大气压，水的温度能保持在325℃左右进行热量交换还不至于汽化。钠就不一样了，钠的熔点是98℃而沸点高达890℃，工作温度要比水高得多， 这就意味着如果用金属钠替代水，可以不用加压，直接把反应堆工作温度拉到500℃-600℃都行。再者，钠是金属，导热性比水高50倍有余，很容易把能量带走，解决了反应堆最怕的过热问题。

另一方面，钠可以用于“快中子”核反应。“快堆”就是“快中子增殖反应堆”的简称——能量在1电子伏特以下的中子被称为热中子（慢中子），以上被称为快中子。

在传统核电站中，水和铀燃料棒之所以是天生一对，是因为水能让中子减速、促使核分裂的发生，同时又能作为冷却剂传递热量。不过水只能“截停”热中子，然后以燃料棒中的铀-235为裂变燃料。而自然界中，铀-235的蕴藏量仅占0.66%，其余绝大部分是铀-238，它占了99.2%，也就是说，反应堆中真正参与核反应的只有0.5%的浓缩铀能量，余下都是会产生辐射的铀-238核废料。

如果能让快中子参与反应，快中子会释放出更多中子，这些中子就能够使铀-238转化为钚-239。钚-239也是很好的核燃料，因此当快中子轰击反应区周围的铀238时，铀-238会以一定比例将其吸收，产生新的钚-239。

于是，新的核燃料不断产生，再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，核废料越烧越少，因而称之为“快中子增殖”。

钠在其中的作用就是让中子继续参与核反应，维持反应的连续性。钠和水不一样，它的中子吸收截面非常小，即钠原子根本不会大量吸收中子，所以钠不是“中子减速剂”，也不会让快中子变为热中子。

不过钠冷快堆的安全性还是备受质疑，毕竟钠的活性比锂还高，甚至碰水就会爆炸，历史上的钠冷快堆反应堆大多也没有好结果。现在要说服民众它很安全，恐怕光是理论实验还不够，要等Natrium等项目真正落地实践才能证明。更重要的是，当地政府能不能真正监管它产出的钚-239不被用作核武器燃料？

要说本身反应堆的安全，还是“高温气冷堆”更胜一筹。

“高温”指的是反应堆堆芯采用石墨、陶瓷等耐高温材料，使得堆芯温度可以达到将近1000摄氏度；“气冷”则是指反应堆采用惰性气体氦气进行堆芯冷却和传热，不同于传统核电站的“水冷”方式，核心元件是主氦风机。再加上我国自主研制的“耐高温陶瓷球形燃料元件”，相当于给高温气冷堆的核燃料穿上了铠甲，可以有效防止放射性物质泄漏。

这一技术路线能保证高温反应堆在任何情况下，燃料元件最高温度不超过其安全限值。总的来说，第四代核电站的优点和技术突破还有很多值得深挖探讨的，但目前大规模推广面临的问题都差不多，一是经济性，二是能不能突破福岛核电站等事故带来的阴影，从而被大众接受。