技术创新是核能产业发展的根本动力

技术创新是核能产业发展的根本动力

岁末年初，两个有关核电的消息，激荡着中国核能界。

第一个消息是2009年12月27日，韩国核电击败AREVA，中标获得为阿联酋建造4台韩国型APR1400核电机组，合同金额达204亿美金。这个消息甚至激荡了全世界的核能界。全世界媒体当然也包括中国媒体都进行了许多报道。韩国媒体将2010年称为“韩国核电出口元年”。

对这个消息，国人首先惊叹的是合同金额，加上核电站后期运营、维护以及反应堆燃料等，协议总金额将超过400亿美金之巨！细心的业内人士更惊叹于其比投资，韩国这个标的比投资以固定价（工程基础价）计约为3640美金/千瓦，比目前中国正在执行的核电项目比投资高70%至100%。当然最更人感叹的是，韩国人居然能凭己之力，在国际市场上击败老牌的“核电巨人”AREVA。《中国能源报》的评论说的好，“机会只留给那些有准备的人”，韩国核电的成功是因为他们象韩国足球一样的“持之以恒”。（注1）

第二个消息是咱中国自己的，2010年01月06日，国家能源局授牌首批16个国家能源研发(实验)中心。其中核电直接相关的就有5个:

- 重大装备材料研发中心、

- 核级锆材研发中心、

- 核电站核级设备研发中心、

- 核电站数字化仪控系统研发中心、

- 快堆工程研发（实验）中心。（注2）

也许会有不少人，看见后面这个消息后在嘀咕，为什么只有这5家，我们。。。呢？我们。。。，--也许再增加个7，8家都不够分。但首批国家研发（实验）中心16个，核能居然就占了5个，却正说明了中国核电技术目前阶段的落后！在授牌仪式上，张国宝讲话中指出，“我国能源科技水平处于世界领先地位，所取得的巨大成就值得骄傲。”可以不客气但却是客观地说，张国宝的这句话并不包括中国核电技术。

无论如何，岁末年初的这两个消息，对中国核能界产生了一定程度的影响，尤其是在思想观念上。笔者期望这种影响转化成为对中国核电技术发展的促进。在这里，笔者简单回顾世界核电技术的创新历程和中国核电技术发展历程，抛砖引玉，对现阶段面临新的形势下的中国核电技术之创新之路进行初步讨论。

一．世界核电技术创新主要发展历程回顾（注3）

这里以轻水堆（包括压水堆和沸水堆）为例简单回顾世界核电技术发展的历程。因为轻水堆技术是迄今最重要的核电技术，全世界现在运行的436座核电反应堆中，359座为轻水堆（压水堆265座加沸水堆94座），占核电反应堆数目的82%，核电总装机容量的87%强。此外，全球现在还有上百座舰船核动力压水堆在运转。（另，“世界高温气冷堆和钠冷快堆技术创新主要发展历程回顾”见文章附后。）1950年代，压水堆起源于美国和前苏联开发的海军舰船推进核动力反应堆。比压水堆稍晚，美国爱达荷国立实验室开始沸水堆概念的基础研究。

1957 年，世界第一座商用压水堆核电站Shippingport(60MWe)在美国建成投运。同年，第一个沸水堆原型示范机组Vallecitos (50MWth)在美国投入运行。1959年，第一个沸水堆商业核电站Dresden (700MWth) 在美国投入运行。

随后的1960年代至1980年代，压水堆和沸水堆在全世界取得了巨大的商业成就。全世界至今在运行的核电机组之绝大部分为这个时期建设。

1988年，美国西屋公司研究开发的世界第一个第三代压水堆设计AP600获美国核管会最终设计批准书。AP600后被扩大改进为AP1000设计，于2004年12月获得了美国核管会授予的最终设计批准。1992年，美国发布《先进轻水堆用户要求文件》(即URD)，为第三代轻水堆制定了具体目标要求。1992年，法国和德国开始联合开发欧洲压水堆EPR。2003年获得芬兰5号核电站EPR合同。

1994年，美国GE开发的第三代先进沸水堆ABWR获美国核管会颁发的最终设计批准书，1996年/1997年第一个ABWR核电站日本的柏崎-刈羽6/7号(2x1315MW) 投入运行。

俄罗斯于1970年代即开始研发和建设百万等级压水堆VVER1000。90年代俄推出AES-91和AES-92，这两种产品分别在中国（田湾），印度，以及俄罗斯建造。AES-92在2007年4月获得欧洲EUR认证证书。

韩国从1987年开始启动引进技术消化吸收的核电自主化程序，通过招标选择了美国CE公司（后并入西屋）的System-80压水堆机型，经过4台引进机组的建设基本掌握了压水堆核电技术，随后发展为标准化自主化的KSNP / OPR-1000。再后在此基础上韩国开发了APR1400机型，2008年在韩国新古里电站开始建造。现在中标阿联酋的机型即为APR1400。

目前世界核电市场上（参加投标）的其他主要轻水堆产品还有：

- 三菱APWR (压水堆，1500MW)，为三菱公司在2000年以后开发，

- GE-日立集团ESBWR (沸水堆，1500MW)，90年代后期开始开发，

- 阿海珐Kerena (沸水堆，1250MW)，其前身是西门子在90年代开发的SWR-1000。

这几种产品均为第三代，但均无实际工程项目。

2001年，由美国等发起“第四代核能国际论坛”(GIF-IV)，提出了第四代核能系统的要求并推荐了六种堆型概念，包括超临界水堆是其中唯一一个轻水堆型。第四代核能系统的目标市场是2030年前后。超临界水堆的研发目前依然在基础研究阶段。

从上面对世界轻水堆技术发展历程的简单回顾可以看出，轻水堆技术发源于上世纪50年代，成长于60-80年代，成熟于90年代。而自1990年代中期起，世界核电强国的轻水堆技术发展大大减缓甚至趋于停滞，主要开展的是设计优化完善工作，几乎没有产生具实质突破意义的技术创新。而另一方面，却是核电比投资不仅高居不下，反而因各种原因不断大大攀升。尽管世界各国包括许多第三世界国家对核电的需求期望很高，但过高的核电比投资只能导致世界核电市场依然持续走低。全球核能复兴的呼声已至少10年，全世界除中国外的核电市场至今未能大规模启动。

造成核电比投资高位攀升的原因很多，包括融资因素，产业及人才断层因素，大型零部件与设备供应能力短缺因素等等，但咎其根本原因，还是目前的核电技术过于高度复杂。

二．中国核电技术发展历程

笔者个人观点，迄今为止的中国的核电技术发展历程，大致分为“学习与追赶”和“引进与跨越” 两大主要阶段。其中压水堆技术发展的这两个阶段是以三代招标引进第三代压水堆技术为分水岭。

第一个阶段：“学习与追赶”

这一阶段包括三代招标前的30年，主要任务是解决中国核电技术有无的问题。《核电中长期发展规划(2005-2020年)》中的这段文字可以说是对这一阶段（压水堆方面）比较明确的描述：“经过三十多年的努力，我国核电从无到有，得到了很大的发展。自1983年确定压水堆核电技术路线以来，目前在压水堆核电站设计、设备制造、工程建设和运行管理等方面已经初步形成了一定的能力，为实现规模化发展奠定了基础。” (注4)

在这个阶段，中国核电技术发展了：

- 压水堆CNP系列（包括CNP300，CNP600，CNP1000以及CPR1000）

- 10MWth高温气冷堆（2000年12 月首次临界，2003年初实现满功率运行）

- 65MWth实验快堆（延期推迟到2010年临界）。

CNP系列是以美国法国成熟压水堆技术为参照甚至为范本；10MWth高温气冷堆和65MWth实验快堆都是863高科技计划跟踪项目，分别是以德国技术和俄国相关技术为参照。因此，我把这个阶段称为“学习与追赶”阶段。

目前进行的山东石岛湾高温气冷堆项目，是中国高温气冷堆技术“学习与追赶”阶段的延续。中国快堆技术也依然处在这个发展阶段中。

第二阶段：“引进与跨越”

对中国压水堆技术发展而言，这个阶段从三代招标后开始。这个阶段的主要任务是引进消化吸收国外先进技术，实现自主产业化，实现跨越式发展。《核电中长期发展规划(2005-2020年)》中的这段文字基本概括了这一阶段的主要任务：“坚持以我为主，中外合作，以市场换技术，引进国外先进技术，国内统一组织消化吸收，并再创新，实现先进压水堆核电站工程设计、设备制造、工程建设和运营管理的自主化。形成批量化建设中国品牌先进核电站的综合能力，提高核电所占比重，实现核电技术的跨越式发展，迎头赶上世界核电先进水平。”（注5）

在这个阶段，压水堆技术方面的主要内容包括:

- 引进消化吸收西屋AP1000技术，

- 引进建设阿海珐EPR，

- 开发CAP1400和CAP1700，

- 实现大规模自主产业化。

随着引进俄罗斯BN800快堆技术的临近，中国快堆技术发展亦即将进入“引进与跨越”的第二阶段。高温气冷堆目前国外无成熟技术，因此，中国高温堆技术发展将不会跨入第二阶段。

可以看出，目前挂牌成立的几个核电相关国家研发（实验）中心，主要是为这个第二阶段服务。

相信，中国核电技术在这个第二阶段，还需要大力埋头努力，持续10年左右。

与中国核电技术发展历程相对比，韩国核电技术发展经历的“学习与追赶”阶段时间较短，由于韩国不同的经济和政治环境，韩国核电较快地走入“引进与跨越” 阶段。自1987年韩国核电开始实施引进技术自主发展计划，经过二十多年的不断努力，取得了较大的成就。（韩国核电技术发展目前实际状况是处在“引进与跨越”阶段的末期，尚有包括核电站设计的核心代码、核反应堆冷却材料泵和核电站控制测量系统的三大核心技术未完全掌握，计划期望到2012年完全实现。）

尽管韩国核电发展与中国核电发展的很多方面情况都不一样。但依然可以说，韩国核电“引进与跨越”的成功，是中国核电技术第二阶段发展的学习榜样。

曾经一些人对中国核电技术发展从第一阶段的“学习与追赶”转入第二阶段的“引进与跨越”有一定程

度的疑虑或不适应，至今亦还存在一定程度上的争论。事实上，引进三代技术为中国核电技术发展创造了站在世界核电前人的肩上实现高起点发展的最佳良机，为中国核电实现跨越发展创造了最佳条件。如果依然沿着第一阶段继续延续而不转入第二阶段，中国核电技术发展势必需要花费更长得多的时间，付出更大得多的代价，方有可能实现跨越。

当代中国核电工作者能够有机会近距离零距离地学习了解美欧俄全部三个重要流派的先进压水堆技术，更有责任与世界同行一道，打破流派藩篱，为压水堆技术的进一步发展做出更大贡献。三．2010年应成为中国核电技术创新元年

2009年11月3日温家宝总理发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话。温家宝指出，“在应对这场国际金融危机中，各国正在进行抢占经济科技制高点的竞赛，全球将进入空前的创新密集和产业振兴时代。我们必须在这场竞争中努力实现跨越式发展。”

温家宝强调，“科学选择新兴战略性产业非常重要，选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机。我国发展新兴战略性产业，具备一定的比较优势和广阔的发展空间，完全可以有所作为。一要高度重视新能源产业发展，创新发展可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术及核能技术，。。。”（注6）在2009年1月6日首批16个国家能源研发（实验）中心授牌仪式后的能源技术现场会，李克强副总理出席并指出，“当前世界能源等技术快速发展，正孕育重大突破，有可能成为引领未来发展的重要力量。我们要加快创新步伐，抢占能源发展和国际竞争制高点。”（注7）

因此，现在对中国核电技术的发展，必须提出比目前第二阶段更高的要求。笔者认为，中国核电技术在继续第二个阶段任务的同时，也必须开始步入第三个阶段，即中国核电技术的“自主原始创新”阶段。中国核电技术发展第三阶段的目标是，通过自主原始创新，到2030年，实现中国核电技术整体进入世界先进行列，成为世界核电技术强国，占领核能技术发展和国际竞争的制高点，实现核能的可持续发展。重点在三方面：

- 发展第四代核能系统技术并大规模推向市场，

- 攻克核燃料技术（前端与后端），实现核能可持续发展，

- 深入强化核基础研究，为核能技术的发展提供坚强支撑。

必须清醒地认识到，以上所提到的中国核电技术发展的第一阶段和第二阶段的学习和引进，是在全球核能技术和市场发展放缓甚至停滞的客观外部条件下得以实施的。而在当前新的世界经济发展局势下，中国核电技术发展的第三阶段，已不再有继续大规模实施从西方发达国家引进核能技术的可能。因为在当前的抢占技术发展和竞争力制高点的竞赛中，这几乎无异于与虎谋皮。从某种意义上说，韩国中标阿联酋核电项目是这样一个分水岭。因此，中国核电技术发展第三阶段的特征必定是“自主原始创新”。

正如温总理指出的那样，“要更加重视基础研究和战略高技术研究。原始创新是一个国家竞争力的源泉。中国要抢占未来经济科技发展的制高点，就不能总是跟踪模仿别人，也不能坐等技术转移，必须依靠自己的力量拿出原创成果。”（注6）

笔者提议，以2009年CAP1400/CAP1700的立项为开端，以成立国家核电研发（实验）中心为标志，2010年应成为中国核电技术原始创新元年。

四．关于核电技术创新路线方向的一些粗浅思考

中国核电约二十年前即提出了“压水堆—快堆—聚变堆”的技术总体发展方针。这个技术发展方针放到今天看，可以说比较理想化，而且过于粗放，从时间跨度上说，从今天算起也至少是到今后五十年以上。现阶段的中国核电，有必要从压水堆到第四代核能系统，更多深入地思考今后20年的核电技术创新方向路线。

从压水堆的发展历程上看，当年西屋AP600开创的“简单化”“做减法”的技术思路现在看来依然是非常具有独创性和前瞻性。与之相对，老欧洲的EPR思路是企图凭借其欧洲的传统机电产业技术优势以更复杂的技术“做加法”以所谓“极端制造能力”获得尽可能大的单机容量以达到容量经济性。而事实上AP600后开发的AP1000同样也要求所谓“极端制造能力”，几乎可以这样说，正是这些极度自我膨胀的“极端制造能力”要求扼杀了他们自己的市场发展。--- 压水堆技术的这个发展历程，与大型民航客机的发展历程有所类似，今天波音787与空客A380之间的对垒（一个Smart“梦想客机”，一个巨无霸），与AP1000和EPR的对垒何其相似。波音与空客通过建立“极端制造能力”制定极端标准设置超高技术壁垒，打垮了天空中所有其他对手，从而实现了平分世界天空的双寡头垄断。

不幸或有幸，压水堆的真正竞争对手并不在核电内，而在常规火电技术，在新能源技术。传统的常规火力发电技术不但没有被当初核电所谓“too cheap to meter”的夸口所吓倒，反到而更借助技术进步（蒸汽参数从亚临界到超临界到超超临界，开发燃气轮机与联合循环等等等等）不断发展更增强实力。进入新世界以来，包括太阳能风能生物质能等在内的新能源技术，发展速度更是咄咄逼人，成为资本投资甚至于西方政治家的“时尚宠儿”。当初核电的夸口在今天只能成为历史的笑料了。

但核电绝不必就此妄自菲薄，毕竟核电产业至今已有五十多年的发展历史并积淀形成了较大的规模。五十年，对一个产业的发展周期而言，正是其最佳的黄金年龄。从这一点我们完完全全可以相信，尽管世界核电产业目前面临着这样那样的困难，但将必定焕发它的力量！而中国核电，必将在这个世界核电产业重新焕发的过程中，打破以前西方核电强国的垄断，成为世界核电的中坚！

因此，现阶段的中国核电技术的发展，必须以世界核电技术发展的眼光，从其自身发展，市场与竞争环境和相关产业发展的角度来深入思考目前所面临的发展方向性问题。

2001年，“第四代核能国际论坛”(GIF-IV) 提出了比较明确的定性目标和技术发展内容及框架性研发倡仪，在可持续性、经济性、安全性及可靠性，防核扩散和实体防卫等方面提出了具体目标要求，推荐了六种第四代核能系统概念。对开发针对2030年前后的目标市场的核电技术具有指导意义。这六种第四代核能系统概念是：

- 超临界水冷堆（SCWR），

- 甚高温气冷堆（VHTR），

- 熔盐堆（MSR），

- 钠冷快堆（SFR），

- 铅冷快堆（LFR），

- 气冷快堆（GFR）。

笔者无意去评价比较这六种堆型，实际在这样一个短文中进行这种评价比较几乎完全不可能。个人认为，作为六种堆型中的唯一一个轻水堆机型，超临界水堆应该是一种有非常广大市场前景的堆型。超临界水堆通过提高蒸汽参数至超临界，大大提高发电效率（压水堆的发电效率约为33%-36%，沸水堆更低，而超临界水堆可达43%以上），从这方面而言，超临界水堆具有沸水堆和压水堆无可比拟的经济性。同时，超临界水堆可以继承延续沸水堆压水堆以及常规火力发电超临界机组的许多技术和工程经验基础，研发难度有可能比其他五种推荐机型相对低一些。因此，超临界水堆将很可能是未来核电技术非常重要的制高点之一，一旦取得技术突破，发展成熟推向市场，将淘汰取代目前第三代轻水堆技术。

从实现核燃料增殖，确保我国核能大规模、可持续发展上说，发展快堆是必由之路。在第四代核能国际论坛推荐的六种第四代核能系统中，有三种是快堆。钠冷快堆是迄今得到最多发展的快堆技术。世界各国已经建造过功率10MWt～1200MWe共18座钠冷快堆，积累了约300堆年的运行经验，其中法国凤凰（Phenix）钠冷快堆电站自1973年投入运行至2009年3月，俄罗斯BN-600钠冷快堆电站自1984年投入运行至今仍在正常运行中。如果机遇条件适当，中国通过引进技术建设钠冷快堆商业示范电站，将大大促进中国快堆技术的跨越发展。

比尔盖茨来中国宣传的“行波堆”概念也属于快堆范畴，当然值得研究探讨，但是否未来发展方向目前无法得出结论。比尔盖茨毕竟钱多，资助的项目形形色色，甚至包括激光枪打蚊子。

高温气冷堆/甚高温气冷堆的发展前景应该有赖于今后世界氢能经济的发展前景。

五．结语

2010年至2030年的今后短短20年时间，是中国核电跨越发展的最重要时期，从核电装机容量角度上说，中国将发展成为全球最大的核电国家；从核电技术发展角度上说，中国核电必须完成自主创新的跨越，占领核能技术发展和国际竞争的制高点，成为世界核电技术强国。

这一代的中国核能科技工作者，既赶上了核能复兴大力发展的大好形势，更承担着最光荣和艰巨的任务。

现在的中国核电，有着令全世界核电人羡慕的最好发展条件，中国核电一定要抓住这个千载难逢的历史发展机遇，用20年左右的时间，发展出全世界最好的核电。为世界核电发展做出应有的贡献，为人类文明作出更大的贡献。

中国的核能科技工作者必须要有这个雄心，有这个信心，更需要有恒心。

最后，以居里夫人的名言互勉-- “你们要有恒心，尤其是要有自信心”。

Mirror2002

2010年1月27日