中国核燃料循环现状与发展 China s Nuclear Fuel Cycle Status and Future Development 刘学刚 清华大学核能与新能源技术研究院 中国核能开发的现状和动向科学技术振兴机构五番町别馆 2017 年 2 月 22 日
内容简介 1. 国家战略 : 核电与闭式燃料循环 中国 : 年轻却高速发展中的核电国家选择闭式核燃料循环的支持核电发展 2. 中国核燃料循环发展现状与规划 建设独立 完备的闭式核燃料循环体系核燃料循环前段核燃料循环后段 3. 问题与挑战 2
中国的核电发展 中国是一个 年轻的 核电国家 1994 年, 第一座核电站投入商业运行, 至今仅 23 年 截至 2017 年 1 月, 商业运行核电机组 35 个, 总装机 33.6 GWe, 核电占发电总量的 3.6%( @2016 年 ) 目前, 中国核电站的累计商业运行经验仅 230 堆年 大亚湾核电站 位于广东深圳市大鹏半岛 中国第一座投入商业运行的大型商用核电站 1994 年 5 月正式投入商业运行 3
中国的核电发展 中国也是一个 高速发展中 的核电国家 2017 年 1 月, 在建核电机组 21 个, 约占全球在建核电机组的三分之一 雄心勃勃的发展计划 : 到 2020 年时,58 GWe 核电机组建成并运行, 另有 30GWe 机组在建 4
中国核电发展的驱动力分析 1 电力需求增长的预期 中国人均电力消耗呈现快速增长 2013 年, 人均电力消耗仅为日 韩的 1/2 和 1/3 左右 人口基数庞大, 人均电力需求的增长空间巨大 * 来源 :http://data.worldbank.org 5
中国核电发展的驱动力分析 2 能源安全的焦虑 3 能源结构转型与环境保护的需求 一次能源中煤炭比重过高 (2015 年一次能源中原煤比例 *: 中国 64% 日本 27% 韩国 31% 美国 17%) 雾霾 大气污染 * 数据 :BP Statistical Review of World Energy, June 2016 6
中国核燃料循环的需求 核燃料循环 : 包括铀资源供应 核燃料制造 乏燃料管理 核电废物处理 处置等一系列环节的全部过程 核燃料循环是保障核电发展的必备基础 中国核电的可持续发展离不开配套 健全的燃料循环体系 7
中国核燃料循环的发展思路 中国核电发展 三步走 的技术路线 三步走 : 热堆 ( 压水堆 )- 快堆 - 增殖堆 钚 ( 铀 ) 的回收复用, 是快堆发展的物质基础 影响核燃料循环战略选择的关键因素 保障燃料供应 废物妥善管理 产业自主与技术创新 确定进行乏燃料后处理, 并回收铀钚复用的闭式核燃 料循环技术路线, 建立独立 完备的核燃料循环体 系 8
中国核燃料循环前段发展 1 铀资源供应 IAEA 铀资源红皮书-2016 : 中国铀资源 (RAR)17.33 万吨 (<130$/kgU) 以 1 GWe 核电年需 160 tu 天然铀, 寿期 40a 计算 :60 GWe 核电装机全寿期需要天然铀总量为 38.4 万吨 年需天然铀约 9600 吨 中国自身铀资源保有量与核电发展需求, 存在巨大缺口 9
中国核燃料循环前段发展 1 铀资源供应 : 三个途径保障供应 ( 三个 1/3) 国内勘探和开采 :2000 年来, 在中国北方的伊犁 吐哈 鄂尔多斯 二连 松辽 巴音戈壁等盆地新形成了 6 个大型铀矿资源基地 ; 中国南方的江西 广东等老矿区深部和外围勘探成果明显 铀资源勘查开发布局由以南方为主转变为南北方并举的新格局 投资国际铀矿企业 国际铀资源市场采购 2015 年 *: 中国国内铀矿产量 1616 tu; 国外两途径进口铀矿约 8160 tu * 数据 :http://www.world-nuclear.org/ 10
中国核燃料循环前段发展 2 铀转化 公开信息显示, 中国在役铀纯化转化设施实际产能为每年 5000 吨, 在建铀转化设施产能每年 9000 吨左右 在建设施投产后, 产能达到每年 14000 吨 * 2014 年国际铀转化市场份额 * 2035 年前国际铀转化市场供需预测 ** * 来源 : 中国能源报,2015 年 8 月 ** 来源 : 中核智库,2016 年 7 月 11 日 11
中国核燃料循环前段发展 3 铀浓缩 加快国产化和积极引进并举的发展策略 全面实现了扩散法向离心法的技术过渡 中国铀分离供应情况和预测 * 中国分离功需求情况预测 ** * 来源 :World Nuclear Association Nuclear Fuel Report, September 2015 ** 来源 : 李冠兴, 我国核燃料循环前端产业的现状和展望, 中国核电,2010.1 12
中国核燃料循环前段发展 4 燃料制造 反应堆堆型 燃料多样化的特点 压水堆 :M310 VVER AP1000 EPR... 重水堆 :CANDU 高温气冷堆 :HTGR 全部堆型燃料都实现了国产化 形成南北两个燃料生产基地 中核建中核燃料元件有限公司 中核北方核燃料元件有限公司 13
中国核燃料循环后段发展 1 乏燃料的产生 1 GWe 的 PWR 电站每年产生乏燃料 20-25tHM 预计 2020 年 ( 按 58 GWe 在运规划 ) 时, 乏燃料产生量 >1000 thm/a, 累积量 7000 thm 早期电站的乏燃料在堆贮存能力接近饱和 * 电站名称 预计贮存饱和时间 大亚湾 1&2 2003 and 2004 秦山 I 期 2025 秦山 II 期 1 & 2 2016 岭奥 I 期 1 & 2 2016 秦山 III 期 1 & 2 2042 and 2043 田湾 I 期 1 & 2** 2016 * 来源 : 乏燃料后处理进入关键升级期, 中国能源报,2014 年 12 月 22 日 **: 马敬, 刘继连. 乏燃料, 看看田湾核电站乏燃料离堆怎么贮存, 能源情报 14
中国核燃料循环后段发展 2 乏燃料中间储存 PWR 乏燃料离堆贮存能力 中核 404 有限公司 总能力 550 thm, 包括 500tHM 商用乏燃料和 50tHM 研究堆燃料 水法贮存, 目前容量已经饱和 PWR 离堆贮存扩建工程 900tHM, 已经完成 * 有计划建设 3000-6000tHM 的乏燃料中间贮存设施 ** 秦山 III 期 ( 重水堆 ) 和在建高温气冷堆电站均采用了乏燃料干式贮存技术 *: 马敬, 刘继连. 乏燃料, 看看田湾核电站乏燃料离堆怎么贮存, 能源情报 **:DAI YUNXIU. Introduction of the large reprocessing plant in China, June 2010 15
中国核燃料循环后段发展 3 乏燃料运输 乏燃料运输 : 中核清原环境技术有限公司 2003 年中标运输业务 从大亚湾核电站运输至中核 404 有限公司 单程 3720km, 穿越 7 省 运输能力和运输容器 * 2 台 NAC-STC 型 (26 组件 ) 和 1 台 Hi-star 60 型 (12 组件 ) 运输容器 每年运输量 104 组件 *: 李越, 我国乏燃料运输现状探讨, 辐射防护,2016 年 1 月 26 (17*17) PWR assemb. in each cask Mass of U: 464 Kg/assembly Enrichment: 1.7<(wt% 235 U)<3.3 Burnup: < 40 GWd/tU 16
中国核燃料循环后段发展 4 中国的乏燃料后处理 中试厂 中国已经建成一座商用乏燃料后处理中间试验厂 ( 简称 中试厂 ) 设计处理能力 50 thm/a, 位于中核 404 有限公司 ( 甘肃 ) 1987 年开始设计 验证 ;1998 年全面启动建设 2004 年开始调试工作 2010 年 12 月成功完成热调试 17
中国核燃料循环后段发展 4 中国的乏燃料后处理 800tHM/a 后处理大厂 2007 年中核集团 (CNNC) 和法国 AREVA 集团签订关于建设后处理再循环厂的意向书 * 2013 年 4 月, 在中法领导人见证下双方签订 中法合作建设大型商用后处理 - 再循环工厂项目合作意向书 ** 2014 年 3 月, 双方又签署了关于后处理再循环长期合作谅解备忘录 2013 年 4 月, 在中法领导人见证下双方签订合作意向书 *: AREVA PRESS RELEASE, Nov.6, 2007 **: www.world-nuclear-news.org/wr_china_approaches_reprocessing_commitment_2604131.html 18
中国核燃料循环后段发展 4 中国的乏燃料后处理 200tHM/a 后处理厂 2012 年中核集团 (CNNC) 发布 龙腾 2020 科技创新计划 *, 公布了建设中国自主知识产权的 200 吨商用乏燃料后处理示范工程的计划 预计在 2020 年前开工建设 2016 年 3 月成立 中核龙瑞 公司负责相关业务 * 来源 : http://www.ocpe.com.cn,2015 年 8 月 17 日 19
中国核燃料循环后段发展 5 放射性废物处置 * 已建成三座中低放废物处置厂, 正在计划 5 座中低放废物处置厂 甘肃省西北处置厂 广东省北龙处置厂 四川省飞凤山处置厂 高放废物地质处置厂 正在开展地下实验室选址和项目启动工作 计划未来 5-10 年建成地下实验室 * 来源 : http://zhengce.chinabaogao.com/gonggongfuwu/2016/0910250qh016.html,2016 年 9 月 10 日 20
问题与挑战 1 核燃料循环前段 : 工业规模有待扩大 技术水平有待提高 需要在满足国内核电需求前提下, 借鉴核电 安全 高效 发展方针, 提高国际市场竞争力 2 核燃料循环后段 : 亟待建立一个独立 完备的闭式核燃料循环体系 21
问题与挑战 3 核燃料循环法律法规亟待健全 管理水平亟待加强 人才供需缺口大 相对核电站, 核燃料循环的法规和管理制度欠缺, 缺少针对性的管理办法, 专业人才匮乏 4 核燃料循环工业应用与基础研究脱节 工业水平的提高必需与设备设计 制造 材料等领域的基础科研进步相结合 5 核电产业链的利益分配机制有待优化 6 全行业加强核安全文化 提高公众接受性 22
Thank you Contact information LIU Xuegang Associate Professor, Deputy director Nuclear chemistry and engineering Division Institute of nuclear and new energy technology Tsinghua University, Beijing, China Liu-xg@mail.tsinghua.edu.cn 23