第546期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《核电厂》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——核电厂
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：范霁红，国家电投集团科学技术研究院高级工程师。
李林森，国家电投集团科学技术研究院高级工程师。
讲座时间：2024年3月25日～3月31日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——核电厂
讲座内容：
各位好！欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。核电发展到今天，已经有60多年的历史了，它在给我们带来清洁有效能源的同时，也给我们带来了一些对核泄漏事故的担忧。近些年，我们国家也在积极地开展核电的建设，它的安全如何来保障呢？通过短片来进入我们今天的节目。1954年，世界第一座核电厂建成投产，稳定、高效、环保的核电开始走进千家万户，世界各国也掀起了核电建设的热潮。但几次核事故的发生，减缓了核电厂的建设速度，并使人们对核电安全性提出了疑问。2000年前后，具有更高安全性的第三代核电技术相继开始研发。2021年1月，我国的华龙一号首堆投入商业运营。与此同时，我国另一座运用三代核电技术的国和一号首堆也正在建设。这些核电厂应用了最新的安全技术，反应堆的安全性、可靠性大幅提高，将为我国能源安全提供坚实的保障。那么，核电厂是如何工作的？它的安全性又是如何保障的？我们今天请来的两位嘉宾，一位是国家电投集团科学技术研究院的范霁红先生，欢迎您，范先生。另外一位是李林森先生，欢迎两位！两位首先给我们普及一下，我们核电厂的结构分哪几个部分？
核电厂的大体的结构，如果我们从外面看过去，它有一个，首先它有一个高的圆的这么一个建筑物，这个我们一般称它为核岛，把主要的反应堆以及相关的主要设备，它就在这个核岛里面。然后它的旁边有一个相对比较矮一点的，一个平一点的建筑物，那个我们叫常规岛。叫它常规主要是因为它跟火电厂的汽轮机组所在那个厂房是一样的，所以它叫常规岛，主要就是这两部分。说到这个核电的安全，我相信你们从事这个工作多年，身边的朋友也会经常关心，从专业的角度，核电厂的安全性包括哪些问题？核电厂的安全主要是包括安全和辅射安全两个部分，辅射安全就是你在正常和事故情况下，人会不会受到放射性的辅射。核电厂到底是怎么发电的，这个发电的原理是什么？现在的核电厂都是利用核裂变，这种原理来发电的。核裂变的过程当中呢，它会产生热量，然后我们用热量，把水加热产生水蒸气，然后用汽轮机来发电，现在的所有的核电厂其实它都是在用蒸汽来推动汽轮机发电。说到这个核电的日常使用，放射性的这个污染无非是固、液、气这三种形态，这三种形态我们怎么去理解它的安全性？
首先关于这个废液，我们认知中的废液其实是分成两种了，一种是我们的核电厂的冷却水，就第三个回路的这个冷却水，它其实是从这个海水中抽出来，然后再排回海水中的。这个是不带有任何放射性的，这个作用就是把核电厂的一些废热把它排出，它就是从海水抽水之后，经过汽轮机的这个冷凝器，然后把这个汽轮机里的蒸汽给冷却了，然后它就可以排出来了，主要是这个是一个冷却水，它其实不属于废水，那么对于放射性的废水，其实是有一个整套非常规范的这个流程。我们首先会把它分类进行这个收集，然后一些放射性相对高的，我会把它固化，然后放在核电厂里。对于一些放射性很低的，进行一定的处理之后，按照国家的一些相关的规定限值，达到一个不影响环境，不影响公众的水平之后，就把它释放（排放），所以它其实对环境、对公众的影响是微乎其微的。这是液态的，固态的呢？
固态的话，我们理解中可能也有两种，一种是我们所有的乏燃料，就是燃料我在里面烧完了，放核电厂里把它拿出来。其实这些乏燃料目前来说，主要都是贮存在核电厂里面，而且它都是固态的，放在里面用水池进行一个冷却，这部分它是不会到环境中的。然后另外一部分，比如说我核电厂的工作人员在操作过程中，他产生了一些固体的废弃物。这些其实也都是会经过这个收集处理，然后集中地储存在核电厂里，它不会往外进行丢弃。我听到刚才您主要讲的是固态和液态的两种形式。如果气态，我们怎么去控制它？气态的话，一般情况下，例如说这个气态首先只有在核岛里才会产生。这个核岛是完全封闭的状态。对，是一个封闭的状态，然后我们会把它收集起来。收集之后会进行过滤处理，然后把这个放射性的东西，把它留在我们反应堆的这个核岛（核电厂）里。说到这个话题，我们来看一看我们记者提前编辑好的短片。
保证核电厂在正常运行情况下，不发生污染环境的核泄漏事故，是对核电厂的最基本要求，几乎所有核电厂都能做到。对于核电厂来说，更大的风险来自于意外的故障或事故。1986年，切尔诺贝利核电厂四号反应堆由于工作人员操作失误发生了爆炸。爆炸将大量的放射性污染物抛入大气层中，放射性尘埃又随着大气飘散到数百公里外，造成了巨大的核泄漏事故。这一事故使各国对核电厂安全问题高度重视，纷纷加强了核电厂的安全措施。2011年日本东北太平洋发生地震，继而引发海啸。福岛核电厂虽然第一时间关闭了反应堆，但堆芯还在持续放热，而冷却系统却因海啸受损，无法正常运行，最终造成反应堆氢气爆炸，又一次造成严重的核泄漏事故，并且至今仍然留有安全隐患。如何才能避免类似事件发生呢？在我们核电技术的发展史上，我们听到了一代、二代、三代，甚至是未来的四代，两位也可以就核电发展的历史给我们介绍一下。
第一代核电厂，基本上都是说各种原型堆。就是刚刚发展核电的时候，那么设想出一种堆，然后建一个规模都很小的这么一个堆，让它的工程原理，商业上也都能够行得通，后来批量建设的堆就都被称为二代堆。从这个意义上来说，这个福岛和切尔诺贝利，实际上都是属于二代堆，而且福岛虽然发生事故比较晚，但是它的建设时间，福岛那个堆，它是在（20世纪）60年代的中期开始建设的，然后到70年代初投（入）运（营）。切尔诺贝利那个核电厂，算是它是在（一九）八几年，（一九）八六年发生事故，但它当时是建好没多长时间，所以两个堆的建造时间是差不多的，都是属于二代的（堆）。我们也来分析一下，一二代核电厂的这个事故，具体的安全薄弱的环节在哪里？世界上发生三次比较大的核电事故，第一次（是）三厘岛事故，实际三厘岛事故没有造成人员的伤亡，但是那个事故是真正对全世界的核安全发展起了非常大的作用。在三界岛事故以前，美国最多的规划，它在那个时候，（20世纪）60年代的时候，它的规划是想在2000年的时候要建（差不多）1000个核电机组。就是他们认为核电那么便宜，那个时候正好有石油危机，然后那我们就可以主要地用核能了。但是那个时候因为还没出现过大的核电事故，大家是盲目地乐观。
然后三里岛事故一出来以后，大家知道这个核电除了有这么多优点以外，它还有一个安全的问题，所以整个的趋势都出现变化，同时也建立了核安全的文化，比如说要有多道安全屏障来进行纵深防御。燃料元件包壳是第一道，那么第二道叫压力容器，然后第三道是要有屏蔽厂房。那么在这之前可能就有的反应堆，就没有屏蔽厂房，后边就要求都必须得要用这个屏蔽厂房。虽然现在大部分是二代（堆），然后我们后续要新建的大部分是三代（堆），但其实这个二代（堆），中间从（二十世纪）六七十年代一直到2000年，这时间非常长，然后中间也经历了两次这个核事故，所以二代（堆）不管是从它的设计，还是它的运行相关管理，它也是在不断改进的。所以目前的话，其实很多二代（堆），我们叫它二代加或者二代改进型，其实它也本身是非常安全的。特别是在福岛核事故之后，不管是国际上还是我国，也是采取了非常多改进的措施，来确保它即使应对福岛那样的自然灾害，它也能够确保它的安全，所以二代（堆）到三代（堆）中间，其实我们目前大部分的二代（堆），其实是一个二代（堆）的改进型。
简单通俗给我们解释一下，这个二代改进，它到底改进了哪里了呢？全球有核安全文化，它的一个特征就是你这个，哪一个国家发生了一个事故，都要跟全世界的搞核的人来共享。那么大家来共同来发现，我会不会碰到这样的情况，会不会也出现这样的事故，来改进你的这个核电厂的设计。我们国家核电发展是比较晚的，我们的首堆的话是秦山一期核电厂，然后引进的就是大亚湾，都是在（20世纪）90年代初期建成的，这个时候切尔诺贝利事故已经发生了。那像切尔诺贝利事故，它的一些（问题），刚才我说它设计里头有本质的缺陷。你比如说它没有安全壳，那么出了事故以后就直接容易跑到外边去，那后面都要求要增加一个安全壳。这个安全壳还要承压，放射性即使出来了，要包容到安全壳里头，另外增设了很多安注箱，堆芯补水箱，就是像这些。能简单地介绍一下，这个工作原理是什么？就是我们核电厂它虽然停堆了，但它其实还是有一定的热量在产生了，那么这个热量在一段时间内，大概相当于这个核电厂，它发出热量的1%左右。例如一个百万千瓦的核电厂，它的发热功率大概是300万千瓦，那它百分之一就是有三万千瓦的这个热量还在产生，三万千瓦相当于什么？
例如说我们一个热水壶大概就是1000瓦，就有3万个热水壶还在加热，那我们所有的安全考量，就是要把这例如说3万个热水壶产生的这个热量把它排出去，我们核电的安全或者应对事故也好，或者它正常运行的过程中也好，最主要就是要保证这个反应堆，它在（停堆）1%的热量的情况下，也能把这个热量给带出去，这是一个最最核心的一个设计的一些考虑。那么刚才说到的不管是增加注水的这种设施设备，还是说增加安全壳，其实归根到底就是第一个我要确保这个堆芯它是有冷却的。第二个我要确保即使它没有冷却，相应的这个放射性物质我也都能包容在这整个反应堆里头。我们在选择一辆汽车的时候，经常会看关于汽车安全碰撞的这些影视片，我相信你们一定做过类似的这些安全的实验，给我们讲讲这个过程和结果是什么样？
那么，核电厂首先它有一个理念，就是你的所有的事故，你都假想出来的事故，你都要有应对措施，你所有的措施你都要验证它确实可行，那么验证呢？怎么验证？一个是我们是用这个计算机会先进行仿真的进行模拟，另外一个就是要用做实验来验证，但是确实它不能够像汽车那样，汽车它可以弄一辆车去撞，但是它这个其实也是一个模拟。为什么？它不能够真正用一个人在车里头去撞，它是用一个模拟人去撞，那么我们也是类似的，我们不能真正把一个核电厂给它烧毁了，看看我能不能够控制得住。所以，就是刚才说的，我们建一些模拟的按比例的一些实验台架，来模拟这个事故的情况，来看看水能不能注得进去，热量能不能带得出来。这个结果是什么？那么能够建的核电厂，它肯定是所有假想出来的事故，都必须验证它能够应对。我们是在非核的这种条件下，我们做热工水力方面的测试。例如说我用加热棒来替代燃料棒，我们就做相应的测试。然后我们就做过类似的，针对国和一号它的这个，怎么把堆芯冷却的这套系统，做过一个在一定比例下的一个安全的实验。前我们人类能够想到的这种事故的可能性，我们都尝试过。对，是的。
今天呢，我们已经是第三代核电厂了，这第三代核电厂跟前两代比较起来，它的技术特点和优势体现在哪里？安全性体现在哪里？在三里岛和切尔诺贝利事故发生以后，大家就在思考怎么样，一个是进一步提高核电厂安全性，另外一个进一步提高公众对核安全的接受。那么就提出了第三代的核电的理念，它的最核心的就是说怎么预防和缓解严重事故？严重事故就是核电厂里头，它把事故分成设计基准事故和严重事故，设计基准事故就是刚才说的，在各种运营条件你想象得到（的）事故，那严重事故就可能包括你根本想象不到，但是他们就是不讲理，就是我这个反应堆就是烧毁了。有道理，就是出了完全事故。对，对，对。另外不是设计基准的，你比如说来个大飞机撞你，像这种事情，那你怎么去（解决）。各种意想不到。对，你怎么去应对和缓解？那么第三代核电（厂）和第二代不一样，就是要求你要具备这种能力。那么根据这么一个要求，各国是有不同的这个具体的准则，那么在开发技术的也有这个，也有不同的方法。比如有的方法就是，那我就再增加各种各样的专设安全设施，一套应急系统不行，那我搞两套，而且核电厂它要求的是，你如果是两套这个应急系统的话，你两套不能够是同源的，就是不能够是类似的，因为就担心同样的东西到时候都不灵，还得是两种。两种工作原理。
两种不同原理的，所以那两套不行我就搞三套，这是一种办法。还有一种办法，就是我们想象我们采用一些不依赖外部的动力和不依赖人来干预的一些安全措施，这个最简单的我就说就是像咱们高压锅。高压锅的话，它一旦超压，它就会爆。高压锅它怎么样子把压力泄下去，它不是说有一个探测器到了什么压力，然后就提示你去把阀门打开。它其实是上面有个限压阀，这个限压阀的话它有重量，那么蒸汽的压力到了一定的程度的时候，就把（限压阀）顶开了，顶开了就阀门就打开了，一旦下去了，压力下去了，它又自动回落了，这个就是不依赖人来干预的，它实际上是一种利用压力。那我们第三代核电（厂）这个安全阀是什么？
我们有很多安全系统，我们里头有泄压的，那么就是到了一定的温度，热水和冷水之间会发生对流，然后水会从高处往低处流，还有就是压力到了一定程度就能够产生力，把某一些阀门或者是这些自动打开，就像我们自动喷淋设备一样。对，就采用这些原理，几套这种安全设置的保障。对，对。这是我们第三代核心的安全技术，也是让我们放心的地方吗？对，它对于严重事故，要有了应对和缓解的措施。说到这个话题呢，我们通过短片去了解一下相关的情况。我国目前已经具备自主设计建造三代核电厂的能力，并已形成了完整的产业链。以我国自主设计的最大功率核电机组国和一号为例，其单机功率达到150万千瓦，单台机组年发电量就可以满足超过1600万居民用电需求。国和一号除了功率大、经济性好的特点外，其安全性也格外突出。由于采用了非能动安全措施，核反应堆在发生重大事故的情况下可以迅速停堆，并自动对堆芯进行冷却，在72小时无人工干预的情况下，也可保证电厂安全，达到国际核电安全最高水平。我国在积极建设三代核电厂的同时，也开始了四代核电技术的开发，那么未来的第四代核电厂具有怎样的特点？其安全性又达到了怎样的程度？那既然第三代已经很安全了，我们为什么还要研究第四代？
其实在第三代还没有真正开始建的时候，大家这个时候就提出了第四代，当时也担心就是说第三代它虽然说在安全上有了一些提高，但是它还有一些其他的问题可能比如说经济性。因为增加了很多安全措施，经济性会不会差。另外一个压水堆，它对核燃料的利用率是并不高的，就是它只能利用铀235来进行裂变，而铀235在我们的整个就自然界里头，在这个铀元素里头，它只占到千分之七，那么这样的话，你的核燃料大多数时候都用不了，那么所以就提出了第四代仍要保持好的安全性，还有更好的经济性，还有可持续性，然后还有一个就是防扩散。当时就提出了这么一些要求，但是现在由于整个新能源的发展，新能源可能以后会带来整个全球能源的一个主体的能源。那这个核电怎么样子跟间歇性的这种新能源，或者是可再生能源更好地匹配，现在也作为一个新的要求。第四代的一个要求，就是你要具备更好的灵活性，这个风一会儿有，一会儿没有，那么它有的时候可能你核电厂（要）降功率，没有的时候你核电就要马上提升功率，就跟过去保持一个完全稳定的运行。维持电网送电的质量。对，对，对（要求）就不一样了。
安全性来说，第四代反应堆其实大部分它采用的技术原理，跟第三代核电是有区别的，例如它用的冷却剂可能是不一样的。这样的话它的原理不同，使得它的安全上的考量可能就不需要像第三代，比如说压水堆那样，需要那么多的这个压力容器，需要那么多的这个专设安全设施，包括这个注水的设施，包括这个冷却设施，所以说它这个安全性上可能是会有一个革命性的一个提高的。其实核电在全球的发展很有意思，从一开始我们看到了它的这种经济性之后，我们蜂拥而上，一旦看到它的事故之后，带来的这种危害，我们突然冷静下来，这个降温其实是非常好的一件事情。而现在我们在保障安全性的基础上，不断地去努力发展核电，因为我们看到它未来前景看好，所以那也可以谈谈目前我们国家核电发展的情况是什么样的？我们国家核电发展刚才说了是起步比较晚，实际上别的（发达）国家是在（20世纪）60年代初开始发展核电，我们是在80年代开始起步，真正建成投入商业运营，都是在90年代初。秦山是1991年应该是，大亚湾应该是在1993年建成的，所以我们可以讲是一个后来者。但是现在我们国家从在建和运行的核电厂，我们国家应该是已经排到第三了，就运行核电厂（仅）次于美国和法国。这个第三是指体量还是？
就是运行的机组数量已经排到第三了，而且在建的核电厂数量我们国家是最大的，应该说我们可能会很快就超过法国，美国可能还要有一段时间。因为美国有100多个机组在运行，法国有50多个机组在运行，我们现在在运（行）的是49个，在建的还有17个。目前我们国家一个核电厂，从建设到投入使用大概需要多久，平均是在5年左右，就是一般的首堆的建设和一些比较新的反应堆的建设，是要稍微慢一点的。然后一旦批量化，那么建设周期现在可以大概是到52个月、54个月，在这个过程当中，实际上因为核电它追求安全、追求质量，所以出现了任何问题，它就会停下来，这样会给它周期造成（偏）差。比如说可能一个设备制造过程当中，哪一块钢觉得不保底、没把握，那就会整个停下来，有可能停半年，来评价它，所以它的周期主要受这些方面影（响）。说到这个话题，我们来看看我们记者编辑的短片。
我国一直致力于和平利用核能，1991年完全自主技术的秦山核电厂一期投入运营，开创了我国核电发展的历史，而1993年并网发电的大亚湾核电厂则采用了国外的成熟技术。这种自主创新与国际合作并重的发展道路，使我国的核电产业快速发展起来，秦山二期、岭澳、田湾等一大批核电工程相继拔地而起。而自主技术也取得重大突破，具有高安全性和经济性的第三代核电厂华龙一号、国和一号已经在多地开工建设，一些机组已经陆续投入运营，这标志着我国核电技术达到了世界先进水平。而在第四代核电的发展上，我国提前布局，不但高温气冷堆技术领跑全球，而且在快中子堆等方面，也已经有了重大突破。快速发展的核电技术，未来将如何影响我们的生产和生活呢？两位也给我们畅想，未来我们的核电会是什么样的？首先我国已经开始批量化地建造第三代核电了，目前就是刚才您也说到，我们现在国家，例如说去年（2020年）整个核电的发电量，基本上占我们全国的发电量5%，虽然它的装机容量可能只有百分之二点几，但它发的电量其实是非常多的。那么未来我觉得这个发电量，将会占更大的比重，我们这个核电，它作为一个很稳定高效的，而且是一个基荷能源，那么其实本身它既给我们带来电力，同时又减少了碳的排放。假如说你所在的省份有很多核电厂，它的整个环境的质量其实是会得到改善的，所以这就是目前来说，不管是第二代加还是第三代核电会给我们老百姓带来的这些好处。
那么你像第四代核电，包括这种小型的先进的这种核电，那它给我们带来的可能是一些更高的科技，更核心的科科技，它会带动我们整个国家的科技创新体系，整个的提升，包括我们一些设备装备的自主化的这个能力。范先生也简单地给我们畅想一下。我是认为从我们国家来说，随着今后火电的逐步退出，我们要碳中和这个目标的迈进，那么核电在我们国家会持续地发展，就是它作为在间歇性的可再生能源，为主体的能源系统当中，它要发挥一个重要的作用。我想就是我们后边只要在保单安全的情况下，会有一些更灵活部署的小型的、多用途的，既能发电又能供热，又能制氢，海水淡化，甚至供工业蒸气，各种各样的多用途的核电厂，可能会出现。好，感谢两位做客我们的节目，给我们介绍关于核电厂的一些有关的内容，也感谢您收看我们这一期的《透视新科技》。如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载我们的央视频，今天的节目就到这儿了，咱们下期节目再见。
