2023年1月10日，我国西部地区首台“华龙一号”核电机组首次并网成功，取得重大突破。 早在去年4月，国家能源局与科技部共同发布了《“十四五”能源领域科技创新规划》（以下简称《规划》）。《规划》通过调研世界各核电大国的核能发展趋势，根据我国在“双碳”实现过程的需求，对核电全产业链进行规划，寻求关键技术与核心装备的重点突破。

化石燃料的使用产生了大量的温室气体，对全球气候变暖的影响非常之大。随着人类对电的需求量的激增，如果快速清洁地生产电成为了全球的重要话题。核技术的发展开始进入到人们的视野当中，科学家发现用核能来发电是一个清洁又高效的方式。

我国核能产业正迎来前所未有的发展机遇，同时也面临转型升级的挑战，进一步提升安全性、经济性并加快综合利用，需要核能技术加快创新。

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核电发展史

核电技术是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量发电的技术。因为受控核聚变存在技术障碍，核电站都是采用核裂变技术。

1、第一代核电技术

50、60年代建造的验证性核电站为第一代核电技术。

前苏联在1954年建成5兆瓦实验性石墨沸水堆型核电站

英国1956年建成45兆瓦原型天然铀石墨气冷堆型核电站

美国1957年建成60兆瓦原型压水堆型核电站

法国1962年建成60兆瓦天然铀石墨气冷堆型核电站

加拿大1962年建成25兆瓦天然铀重水堆型核电站

2、第二代核电技术

70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代核电技术。

在第二代核电技术高速发展期，美、苏、日和西欧各国均制定了庞大的核电规划。

美国成批建造了500至1100兆瓦的压水堆、沸水堆，并出口其他国家

前苏联建造了1000兆瓦石墨堆和440兆瓦、1000兆瓦VVER型压水堆

日本和法国引进、消化了美国的压水堆、沸水堆技术，其核电发电量均增加了20多倍。

3、第三代核电技术

90年代开发研究成熟的先进轻水堆为第三代核电技术。

第三代先进压水堆型核电站主要有ABWR、System80+、AP600、AP1000、EPR、ACR等技术类型，其中具有代表性的是美国的AP1000和法国的EPR。

中国已引进AP1000等技术，分别在浙江三门和山东海阳等地开工建造。

4、第四代核电技术

由美国能源部发起，并联合法国、英国、日本等9个国家共同研究的下一代核电技术是第四代核电技术。

大概在2000年的时候，美国、中国和欧洲的一些国家，从安全性、经济性、防核扩散的能力、以及多种用途（供热，海水淡化）等方面出发，确定了六种核反应堆的堆形（第四代反应堆包括：高温气冷堆、超临界水冷度、熔盐堆、气冷快堆、钠冷快堆、铅冷快堆）。这六个堆型最后就被定为第四代反应堆。

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核电产业链

1、上游：核燃料供应

核燃料元件棒最核心的材料是燃料芯块，它由二氧化铀组成，是反应产生热量的主要原料。

天然铀是以矿石形式存在的。铀矿经过勘探开采、水冶、铀转化与铀浓缩等过程，最终送往核燃料加工厂制造出核燃料元件。

中国的核燃料制造和供应目前由中核集团下属的中国核燃料有限公司独家供应，中核集团是中国唯一拥有完整核燃料循环产业的企业。

国家授权中核集团对核燃料、铀产品的生产经营和进出口实行专营。其中，加工核燃料组件的资质及能力国内仅中核集团旗下的中核建中和中核北方两家公司具备，除了首炉等必须从国外进口的核燃料以外，所有国产核燃料组件只能从中核建中、中核北方进行采购。

中核集团的全产业链布局将为公司发展提供燃料采购、加工、工程设计、建设、设备进口、技术服务、乏燃料运输及后处理等全方位支撑。

中广核和国家电投也在布局相关的核燃料产业。

2、中游：核电设备制造

通常把核电站的组成设备称为核电设备，各系统的设备约有48,000多套件，其中机械设备约6,000套件，电器设备5,000多套件，仪器仪表25,000余套件，总重约6.7万吨。一座2×60万千瓦的压水堆核电站约有290个系统。核电设备总体上可分为三大类：核岛设备（NI）、常规岛设备（CI）和辅助系统（BOP）。

核岛设备是承担热核反应的主要部分，技术含量最高，对安全设计的要求也最高；常规岛设备在技术上不区分第二代和第三代；辅助系统的工程规模比较小。这三种设备在核电站的造价中所占的比例大致为5：3：2。

核岛设备制造是核电国产化的核心，垄断程度高，技术壁垒高。我国在产业链条上处于有利的地位，定价能力强。在其他辅助设备领域，由于核电产品属于高端产品，毛利率也普遍较高。

3、下游：核电站建设运营

核电站建设

截至2021年12月31日，中国大陆运行核电机组共53台，额定装机容量为54646.95MWe。2021年1-12月全国累计发电量为81121.8亿千瓦时，运行核电机组累计发电量为4071.41亿千瓦时，占全国累计发电量的5.02%。

核电具有建设周期长、投资规模大的特点。核电站的前期工作一般需要5-10年、甚至更久的时间；工程建设及安装调试一般需要5年左右；投产后运行时间一般为30-40年（第二代核电站），甚至可达60年（第三代核电站）。

鉴于核安全要求的特殊性，核电站建设要经历前期规划、论证、选址、审批、设计、设备制造、建造、调试、运行等过程。

从核电站整体造价来看，工程基础价是核电站建造成本的主体部分。工程基础价是以计价当期的设备材料价格、人工机械价格和财政税收政策等有关规定估算核电厂的总造价，主要包括工程费用、工程其他费用、特殊项目、首炉核燃料费和基本预备费。

在基础价的基础上考虑逐年物价浮动的建设造价总金额，即为工程固定价。在工程固定价的基础上计入建设期利息、可抵扣增值税等金额后，即为核电项目的总计划投资。

核电站运营

2002年电改后，中电投继承了原国家电力公司的所有核电资产，2015年5月中电投与国核技合并为国电投后，国内具有核电运行（民用核设施运行许可证）牌照的只有三家央企——中广核集团、中核集团和国电投集团。

随着2015年5月份中国电力投资集团公司与国家核电技术公司合并成国家电投，核电开发运营形成了三足鼎立的局面。

虽然目前国家电投运营的核电站数量无法与中核、中广核比较，但是国家电投承担了拥有自主知识产权CAP1400示范工程的荣成石岛湾核电站的建设工作，也是CAP1400技术的推广者和出口者。

按照《核电管理条例（送审稿）》的相关细则要求，五大发电中的大唐、华电、华能三位巨头已基本满足控股核电站的要求。结合三代核电重启审批的预期，将逐步改变现有的核电运营商竞争格局，带来新的变量和新的动能。

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技术创新紧扣发展需要

当前是我国由核电大国向核电强国迈进的关键阶段，党的二十大报告提出“积极安全有序发展核电”，明确了核电规模化发展的前提和节奏。

中国核学会党委书记、理事长王寿君指出，目前，我国核科技创新体系能力正在全面提升，三代和四代核电、小型模块化反应堆研发应用、受控核聚变研究、先进核燃料循环各环节的技术水平实现大幅跃升，基础科研取得新突破，核工业实现科技自立自强、跨越赶超引领的基础更加坚实。

产业基础虽坚实，但面对我国加快构建清洁低碳安全高效能源体系的新要求，核能产业不得不调整角色定位。

“在‘双碳’目标情境下，对于发展迅猛但不稳定的可再生能源而言，核电将发挥有力的支撑和补充作用，所以核电仍需继续创新。”中国工程院院士叶奇蓁道出了核能产业可持续发展的关键。

叶奇蓁认为，未来核电要更安全、更经济，需要从耐事故燃料研发、人工智能开发应用、核电站数字化转型、核电站废物处理处置等方面着手开展创新攻关。

谈及人工智能在核电站的开发应用，叶奇蓁指出，它将提高核电运行安全性，指导操作员操作和事故处理，同时加强核电关键系统和设备的自动运行监控，提高系统设备的可靠性，还能对人不可达区域进行机器人维修，减少人员的受照剂量。“此外，人工智能可为严重事故处理、核电站退役创造技术条件，提高核电站的可利用率、经济性。”

中核集团副总工程师，中国核电工程有限公司党委书记、董事长徐鹏飞称，目前核电技术发展仍需在经济性、安全性、环境友好性和运行灵活性四个方面开展进一步探索研究。“我们目前正在核电建设过程中推行模块化、工厂化、自动化 ，自动化就是运用人工智能、大数据等数字化手段，实现智能运维，大大降低人力成本。

“引入数字化可以实现对原有核电厂设计、建造、调试、运行全过程的全方位升级，提高核电厂的建设效率与经济性，提升运行的操作便捷性与安全性。” 徐鹏飞说。

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自主三代技术持续优化

“我国每年将开建6-8台核电机组，约1000万千瓦装机。据有关机构测算，2035年中国在运核电将达到1.5亿千瓦，在建5000万千瓦，主要建设以华龙系列和国和系列为主的三代核电机组。”叶奇蓁透露。

随着三代核电批量化规模化建设，技术改进升级也在同步进行。

据中核集团首席专家、“华龙一号”总设计师邢继介绍，目前中核集团“华龙一号”机组已建成4台，在建4台，已核准2台，另外国内还有10台以上机组处于开工准备，海外已签订2台机组总承包合同。

针对“华龙一号”的近期改进，邢继表示，后续开工项目将秉承“持续优化方针”不动摇，在保持“华龙一号”总体设计准则、总安全目标不变的基础上，吸取设计、建造、运行等领域的经验反馈，展开一系列优化专项措施，最终有效提升“华龙一号”的可建造性、经济性和市场竞争力。

就核电技术的持续升级，国家电投首席科学家、核能总工程师、“国和一号”总设计师郑明光分析了二代、一般三代以及先进三代核电的差异。他指出，先进三代核电经济上更具竞争力，同时设置完整的严重事故预防与缓解能力，消除了大规模放射性释放的可能性，排除了核电风险对环境与公众的放射性危害。

以“国和一号”为例，郑明光介绍，基于压水堆核电重大专项研发和工程建设，我国实现了先进核电技术的跨越式发展，形成完整的创新体系与批量化发展能力。“大型先进压水堆是今后30年的主力发电机型。面向未来，在积极追求固有安全、本质安全的基础上，我国核电要创造先进标准，追求综合竞争力，持续提升核能产业生命力。”

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锁定多元综合应用场景

新型电力系统需要更安全、更经济、更灵活的核电，而清洁低碳的能源体系则需要更加多元的核能应用，其中核能供热肩负首任。

经过数年探索，目前我国核能供热已实现从试验到示范、再到商用的突破。自2017年中核集团发布自主研发、用于区域供热的“燕龙”池式低温供热堆以来，我国商运核电站率先破局，近年陆续实现商业供暖。其中，山东海阳核电连续投运我国首个核能供热商用工程一期项目、 “暖核一号”核能供热工程二期项目，秦山核电投运南方首个核能供热示范项目，红沿河核电投运东北地区首个核能供暖项目。

叶奇蓁介绍，未来我国个别核电基地还会推出“高温堆+压水堆”组合发展模式，商用高温气冷堆和压水堆可以共同实现核能综合利用，助力减排降碳。

目前，我国在运二代、三代核电机组主业为发电，只有个别机组改造后实现供热供汽，而处于产业化起步阶段、具备四代核能特征的高温气冷堆已经提前锁定多元化综合利用方向。

清华大学核研院副院长兼副总工程师、国家科技重大专项“高温气冷堆核电站”副总师董玉杰出透露，高温气冷堆在供热、供汽、制氢等方面均具有优势，尤其与石化园区动力和能源需求具有较好匹配性，可同时满足园区蒸汽、海水淡化、供暖、电力、绿氢等需求，成为综合动力站。

“2台HTR-PM600S (3x200MW)高温气冷堆替代燃煤机组每年可减少燃煤使用(标煤)约280万吨，相应减少二氧化碳排放720万吨、烟尘约122吨、二氧化硫约960吨、氮氧化物约1320吨，减排效益相当于种植约2.6万公顷森林。”董玉杰说。

据了解，清华大学核研院目前正与中核集团等合作单位共同进行高温气冷堆助力石化行业碳减排的产业化推广，且与江苏、浙江、广东、海南等地大型石化园区形成合作。

文章来源： 核网， 中国能源报，电力科技