快堆及其燃料循環(huán)-周培德

1、中國(guó)原子能科學(xué)研究院 2011.4.13 1 匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容 n 快堆及其燃料循環(huán)的作用快堆及其燃料循環(huán)的作用 n 基于快堆及其燃料循環(huán)的核能發(fā)展基于快堆及其燃料循環(huán)的核能發(fā)展 情景分析情景分析 n 快堆及其燃料循環(huán)發(fā)展目標(biāo)快堆及其燃料循環(huán)發(fā)展目標(biāo) 2 一、快堆及其燃料循環(huán)的作用一、快堆及其燃料循環(huán)的作用 3 貧鈾貧鈾 剩余鈾、 工業(yè)钚 長(zhǎng)壽命次錒系元素 、裂變產(chǎn)物 一次通過(guò)的方式：鈾資源利用率低、一次通過(guò)的方式：鈾資源利用率低、 放射性廢物處理與處置的長(zhǎng)遠(yuǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大放射性廢物處理與處置的長(zhǎng)遠(yuǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大 核能可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題？核能可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題？4 發(fā)展快堆及其閉式燃料循環(huán)技術(shù)發(fā)展快堆及其閉式

2、燃料循環(huán)技術(shù) 提高提高鈾資源利用率，鈾資源利用率， 減少長(zhǎng)壽命放射性廢物減少長(zhǎng)壽命放射性廢物 確保確保核能核能大規(guī)模大規(guī)?？沙掷m(xù)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展。 美國(guó)存放的貧鈾美國(guó)存放的貧鈾 5 選擇閉式燃料選擇閉式燃料 循環(huán)的技術(shù)路線循環(huán)的技術(shù)路線 充分利用鈾資源充分利用鈾資源 實(shí)現(xiàn)放射性廢物的最小化實(shí)現(xiàn)放射性廢物的最小化 核能核能大規(guī)模大規(guī)模 可持續(xù)發(fā)展的必然選擇可持續(xù)發(fā)展的必然選擇 6 二、基于快堆及其燃料循環(huán)的二、基于快堆及其燃料循環(huán)的 核能發(fā)展情景分析核能發(fā)展情景分析 7 核能情景分析的輸入核能情景分析的輸入/ /邊界條件邊界條件 能源需求能源需求 核能需求核能需求 已有的核電規(guī)模、積累的貧鈾及乏

3、燃料已有的核電規(guī)模、積累的貧鈾及乏燃料 估計(jì)的鈾資源量估計(jì)的鈾資源量 燃料循環(huán)技術(shù)路線（燃料類型、堆外燃燃料循環(huán)技術(shù)路線（燃料類型、堆外燃 料循環(huán)時(shí)間、增殖和嬗變等）料循環(huán)時(shí)間、增殖和嬗變等） 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（Infrastructure)Infrastructure) 8 年年 世界的核電世界的核電發(fā)展情景發(fā)展情景 ( (情景情景A3A3：快堆在：快堆在20202020應(yīng)用應(yīng)用, IAEA, IAEA技術(shù)文件技術(shù)文件) ) 快堆快堆 ( (增殖比增殖比1.03)1.03) 快堆快堆 ( (增殖比增殖比1.1.2 2) ) 核電裝機(jī)容量核電裝機(jī)容量 GWe 9 10 11 快堆快堆SFR

4、韓韓 國(guó)國(guó) 專用于嬗變的快堆專用于嬗變的快堆 12 0 20 40 60 80 100 120 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 I nst al l ed C apaci t y, G W e VVER -440R BM K-1000VVER -1000 N PP-2006FR (1, 2 G W e/ year)FR (3, 6 G W e/ year) 俄羅斯俄羅斯 快堆（快堆（1.2GWe/1.2GWe/年）年） 快堆（快堆（3.6GWe/3.6GWe/年）年） 13 快堆約快堆約 250GWe250GWe 印印 度度 總裝機(jī)總裝

5、機(jī) 化石化石 水電水電 核電核電 非常規(guī)非常規(guī) 14 中國(guó)能源中長(zhǎng)期（中國(guó)能源中長(zhǎng)期（20302030、20502050） 發(fā)展戰(zhàn)略研究咨詢項(xiàng)目發(fā)展戰(zhàn)略研究咨詢項(xiàng)目 （中國(guó)工程院（中國(guó)工程院“能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略研究能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目組、項(xiàng)目組、2010年年9月）月） 發(fā)電裝機(jī)發(fā)電裝機(jī) (億千瓦億千瓦) 發(fā)電量發(fā)電量(萬(wàn)萬(wàn) 億千瓦時(shí)億千瓦時(shí)) 2009年年8.74 2020年年13-155.6-6.2 2030年年17-207.1-8 2050年年24-268.7-10 2020年年2030年年2050年年 總裝機(jī)總裝機(jī)7000- 8000 2000040000 二代壓二代壓 水堆水堆

6、 6110- 6490 9000- 12000 10000 三代壓三代壓 水堆水堆 890- 1510 8000- 11000 27000 增殖堆增殖堆 （快堆）（快堆） 160460- 1000 3000- 10000 未來(lái)電力需求的預(yù)未來(lái)電力需求的預(yù) 測(cè)和控制目標(biāo)測(cè)和控制目標(biāo) 我國(guó)未來(lái)核電發(fā)展路我國(guó)未來(lái)核電發(fā)展路 線示意圖（萬(wàn)千瓦）線示意圖（萬(wàn)千瓦） 15 A2 A1 A3 快堆快堆MOX 燃料燃料 快堆金屬快堆金屬 燃料燃料 壓水堆壓水堆 UO2UO2燃料燃料 中中 國(guó)國(guó) 16 二、快堆及其燃料循環(huán)發(fā)展目標(biāo)二、快堆及其燃料循環(huán)發(fā)展目標(biāo) 17 國(guó)家國(guó)家已有基礎(chǔ)已有基礎(chǔ)發(fā)展目標(biāo)發(fā)展目標(biāo)燃料燃

7、料后處理后處理發(fā)展方向發(fā)展方向主要目的主要目的 美國(guó)美國(guó) EBR-IIEBR-II FFTFFFTF ABR(600MW)ABR(600MW) 20202020年年 金屬金屬高溫后處理高溫后處理 減少高放廢物減少高放廢物 MAMA嬗變焚燒嬗變焚燒 俄羅斯俄羅斯 BOR-60BOR-60 BN-350BN-350 BN-600BN-600 BN-800(870MW)BN-800(870MW) BN-k(BN-k(1200MW)1200MW) MOXMOX 氮化物氮化物 先進(jìn)先進(jìn)水法水法 高溫后處理高溫后處理 高燃耗，改進(jìn)經(jīng)濟(jì)性減少建造時(shí)間高燃耗，改進(jìn)經(jīng)濟(jì)性減少建造時(shí)間 有效利用有效利用鈾鈾，減少

8、高放廢物減少高放廢物，MAMA再再 循環(huán)循環(huán) 法國(guó)法國(guó) RapsodieRapsodie PhenixPhenix SPX-1SPX-1 ASTRIDASTRID (600MW,1500MW) (600MW,1500MW) 20202020年年 MOXMOX 碳化物碳化物 先進(jìn)先進(jìn)水法水法 高溫后處理高溫后處理 減少減少高放廢物高放廢物，MAMA嬗變焚燒嬗變焚燒 產(chǎn)氫產(chǎn)氫 印度印度FBTRFBTR PFBR(500MW)PFBR(500MW) CFBR(660MW)CFBR(660MW) MOXMOX 金屬金屬 先進(jìn)先進(jìn)水法水法 高溫后處理高溫后處理 高增殖、高燃耗，增加運(yùn)行壽期，高增殖、高燃

9、耗，增加運(yùn)行壽期， 減少建造時(shí)間，減少高放廢物，現(xiàn)減少建造時(shí)間，減少高放廢物，現(xiàn) 場(chǎng)閉式燃料循環(huán)場(chǎng)閉式燃料循環(huán) 日本日本 JoyoJoyo MonjuMonju DFBR(660MW)DFBR(660MW) JSFR(1500MW)JSFR(1500MW) MOXMOX 先進(jìn)先進(jìn)水法水法 高溫后處理高溫后處理 減少高放廢物減少高放廢物 MAMA嬗變焚燒嬗變焚燒 韓國(guó)韓國(guó)- - KALIMER(600MW)202KALIMER(600MW)202 8 8年年 金屬金屬高溫后處理高溫后處理 有效利用鈾有效利用鈾 MAMA嬗變焚燒嬗變焚燒 中國(guó)中國(guó)CEFRCEFR CFR-1000CFR-1000

10、(1000MW)2024(1000MW)2024年年 MOXMOX ( (金屬金屬) )） 先進(jìn)水法先進(jìn)水法 高溫后處理高溫后處理 有效利用鈾資源為主有效利用鈾資源為主 MAMA嬗變?yōu)檩o嬗變?yōu)檩o 快堆及燃料、后處理發(fā)展目標(biāo)、方向等快堆及燃料、后處理發(fā)展目標(biāo)、方向等 18 中國(guó)燃料循環(huán)分階段發(fā)展中國(guó)燃料循環(huán)分階段發(fā)展 u第一階段第一階段 MOXMOX燃料燃料 先進(jìn)水法后處理工藝先進(jìn)水法后處理工藝 u第二階段第二階段 金屬燃料金屬燃料 干法后處理工藝干法后處理工藝 19 “實(shí)驗(yàn)堆、商用堆實(shí)驗(yàn)堆、商用堆”兩步走兩步走 2010 2020 2024 uCFR-1000CFR-1000堆芯按給堆芯按給

11、定的設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì) u電功率水平電功率水平9090100100 萬(wàn)之間，比萬(wàn)之間，比BN-800BN-800稍稍 大大 uCFR-1000CFR-1000設(shè)備、系設(shè)備、系 統(tǒng)、構(gòu)筑物的技術(shù)方統(tǒng)、構(gòu)筑物的技術(shù)方 案和設(shè)計(jì)參考案和設(shè)計(jì)參考BN-800BN-800 uCFR-1000CFR-1000個(gè)別系統(tǒng)個(gè)別系統(tǒng) 參考國(guó)際上快堆，或參考國(guó)際上快堆，或 CEFRCEFR的技術(shù)方案和設(shè)的技術(shù)方案和設(shè) 計(jì)。計(jì)。 國(guó)家重 大專項(xiàng) 20 快堆及其燃料循環(huán)階段發(fā)展目標(biāo)快堆及其燃料循環(huán)階段發(fā)展目標(biāo) （1 1） u 近期目標(biāo)（近期目標(biāo)（20152015年）年） 建成由建成由中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆、快堆中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆、快堆MOXMOX燃料芯塊實(shí)驗(yàn)燃料芯塊實(shí)驗(yàn) 線、壓水堆乏燃料后處理中試廠線、壓水堆乏燃料后處理中試廠等組成的燃料循等組成的燃料循 環(huán)系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái)環(huán)系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái) 實(shí)現(xiàn)壓水堆乏燃料中分離出的工業(yè)钚做成實(shí)現(xiàn)壓水堆乏燃料中分離出的工業(yè)钚做成MOXMOX 燃料，并在實(shí)驗(yàn)快堆中應(yīng)用，燃料，并在實(shí)驗(yàn)快堆中應(yīng)用，驗(yàn)證燃料循環(huán)技術(shù)驗(yàn)證燃料循環(huán)技術(shù) 和工藝和工藝。 目標(biāo)能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能實(shí)現(xiàn) 21 u 中期目標(biāo)中期目標(biāo)（2025） 2025 2025年前建成由年前建成由23座快堆電站、座快堆電站、1 1座商業(yè)規(guī)座商業(yè)規(guī) ?？於涯？於袽OXMOX燃料