国际新型核燃料市场竞争激烈,中国走到哪一步?

核燃料,

  新技术、新产品是市场良性竞争的产物,更是行业发展的风向标。在核能领域,核燃料研发和创新方兴未艾,各国核电巨头呈你追我赶之势,丝毫不亚于在核电先进堆型上的竞技。 

  记者日前在“第二十五届国际核工程大会”上了解到,福岛核事故后,在追求更高固有安全性理念的引导下,基于更高安全性、更高可靠性、更优经济性的考虑,先进燃料型号研发及材料创新势头强劲,美国西屋公司、法国阿海珐、日本东芝公司等各国核电巨头借助技术革新加速了新一代先进燃料研发,而且通过迅速占领市场稳固产业支撑,以此引领全球核燃料技术发展进步。 

  文丨朱学蕊 

  中国能源报记者 

  业内专家向记者表示,作为反应堆核热转换的基本单元以及放射性裂变产物包容的首道屏障,核燃料自诞生至今,已经历多次升级换代和技术革新。除堆型研发外,核燃料研发是各国在核能领域竞争力的重要体现 

  国外巨头强势布局 

  公开信息显示,阿海珐新型核燃料阵营中主要包括ATRIUMTM11先进沸水堆燃料,以及GAIA和HTPTM压水堆燃料。7月初,阿海珐签署5.6亿美元的核燃料合同,从2020年开始向4个不同的核电设施供应ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。 

  据了解,作为阿法海最先进的沸水堆燃料,ATRIUMTM11通过提高铀的使用效率,满足高能量燃料循环的需求,提高成本收益和更高的运行灵活性,尤其适用于已实施功率提升和优化容量因子运营策略的核电站。目前全球已有5座反应堆采用ATRIUMTM11燃料; 

  GAIA压水堆燃料设计中包括了能够提高燃料组件结构稳定性的Q12锆合金结构材料,使燃料具备更高的热性能和改良的机械性能,目前全球有两座反应堆采用该燃料;HTPTM燃料组件将推进核电站在2030年前向更长的燃料循环过渡,目前全球约有20000套HTPTM燃料组件装入了50座反应堆,近一半组件在美国。 

  相比阿海珐的多点开花,西屋公司则专注于具有事故容错燃料(ATF)特征的新型核燃料研发。 

  业内专家介绍,ATF可以提高燃料元件抵御严重事故的能力,与现有核燃料相比,能够在较长时间内抵抗严重事故工况,同时保持或提高其在正常运行工况下性能的新型燃料系统。根据预计,采用事故容错燃料技术研制的新型核燃料有望于2022年前后在商业反应堆中测试并推广。 

  西屋公司核燃料专家王国强介绍,西屋先进新型燃料EnCore具有事故容错燃料特征,其设计包括新的包壳材料和新型高铀密度燃料芯块材料,预期最多能够降低10.3%的电厂运行成本,并提高燃料在事故工况下抗氧化和降低产氢的能力。该燃料已完成设计和初步方案论证,目前正在按计划制造EnCore先导测试棒,预计该产品最早于2018年完成,于2022年计划进行先导测试组件组装。 

  据了解,西屋公司已于今年6月正式向全球客户推EnCore燃料,而且目前正利用自有资源以及来自美国能源部的资助和电厂业主提供的资金支持,通过行业内的合作尽快将该燃料投放市场。 

  此外,东芝公司也研发了能够提高燃料在事故工况下抗氧化和降低产氢能力的SiC包壳,目前已成功制备出非全比例尺寸的SiC包壳管,后续将继续推进全比例尺寸SiC包壳管制备、事故工况下包壳氧化建模以及正常运行工况下的燃料辐照性能研究。 

  中国燃料崭露头角 

  伴随核电规模化发展,以及自主核电品牌诞生,中国近年来在先进核燃料领域的研发投入逐年增长。除研发自主知识产权的压水堆燃料组件外,我国在高温气冷堆、快堆、铅基堆等堆型的燃料研发方面展开了攻关。 

 

  宁德核电一期全景 

  中国核燃料有限公司副总经理辛锋在上述核工程大会上透露,先进燃料研发离不开强有力的产业支撑,中国目前已建立起完备的核燃料制造及研发工业体系。 

  据了解,我国目前已掌握世界上主要压水堆、重水堆等核燃料组件的生产制造技术,已建成AFA3G、CANDU-6、AP1000、HGTR等类型燃料元件生产线,可全面满足我国核电发展和“走出去”需求。但是,大部分压水堆核电站所用的燃料组件是中外合作,引进设计和制造技术在国内制造而成,具备自主知识产权的高性能商业核燃料元件一直是中国核电的短板。而且,基于国际上自主开发反应堆型号要配套核燃料元件研发的惯例,燃料元件短板也掣肘着中国核电“走出去”。 

  不过,这个短板正在补上。 

  记者此前从中核集团了解到,该集团具有自主知识产权的CF系列燃料组件已经获突破性进展,预计今年将陆续实现工业化应用,将用于华龙一号核电站,性能与国际先进燃料组件相当,能够满足国内外开工建设的华龙一号工程的燃料需求。此外,中广核也已研制出自主品牌的12英尺核燃料元件STEP-12。记者了解到,根据已完成试验的数据,STEP-12核燃料元件的综合性能已经与目前批量采用的国外成熟核燃料元件相当。 

  在新型核燃料尤其是ATF领域,中国正紧跟国际步伐。 

  2016年发布的《能源技术革命创新行动计划2016-2030》与《能源技术革命重点创新行动路线图》明确了ATF相关重点研发任务。国家能源局今年初印发的《能源技术创新“十三五”规划》再次明确,我国要研制ATF元件,研制性能优于M5、ZIRLO合金的新锆合金包壳材料。该规划要求,“十三五”期间,ATF应完成可行性验证及初步设计,适时启动材料堆外性能测试、堆内辐照考验;同时在第一代ATF反馈基础上,积极优化革新型第二代ATF燃料新材料选型论证及关键技术研究。 

  据了解,我国已经设立ATF重大科研专项,并组织起一支由核电企业、科研机构、高校组成的“国家队”和产业联盟,旨在突破相关技术难点,努力跻身在该领域的全球第一方阵。 

  公开信息显示,截至去年6月,ATF国家重大专项已在概率设计、评价准则与选型方法、燃料元件三维分析软件开发及行为研究、安全分析评价、概率安全分析、离子辐照方法与分析等燃料总体设计、系统评价方面取得研究成果。 


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责任编辑:于会莹
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