前言
2000年,俄罗斯政府批准了《21世纪上半叶俄罗斯核电发展战略》(以下简称 《2000年战略》),该战略不仅是俄罗斯国内首份此类规划,也是全球首个明确核电产业发展里程碑与核心任务的长期纲领。应当指出,俄罗斯在过去20年间设定的目标已基本实现:
(1) 核电总装机容量突破30 GW;
(2) 核电站机组容量利用率早在2008年就超过了80%;
(3) 高/中成熟度机组已建成投产;
(4) 矿业化学联合企业新建乏燃料贮存设施投用;
(5) 已启动第一代机组退役及第三代机组替换工作(新沃罗涅日、列宁格勒核电站);
(6) BN800反应堆核电机组投入商业运行;
(7) 俄罗斯原子能行业未来10年的核电建设、核燃料供应及技术服务出口合同总额超1300亿美元 。
俄罗斯于2010年通过并于2018年完成的联邦专项计划《2010—2015年及2020年前新一代核能技术远景规划》,成为《至2024年原子能科学、技术与工艺综合发展规划》的制定依据。这两项规划是落实俄罗斯联邦总统弗拉基米尔·弗拉基米罗维奇·普京在2000年联合国千年首脑会议上所提出倡议的实践步骤。该倡议旨在为人类可持续发展提供能源保障、从根本上解决核不扩散问题及恢复地球生态健康。
俄罗斯在《2010—2015年及2020年前新一代核能技术远景规划》联邦专项计划框架下,于2013年整合了部分研究工作,将其统称为“突破”(Proryv)项目。执行这些工作的结果是在相对较短的周期内取得了突破性成果。
“突破”项目开发出了适用于快中子反应堆的新型高密度混合铀钚氮化物燃料(MNIT)优化技术。采用该燃料的实验性燃料组件在研究堆和BN600反应堆中均展现出良好的运行性能,最高燃耗深度可达7.5%。2022年,年产能14 t的MNIT试验生产线(燃料制造/再加工模块)已建设完工。
采用MNIT燃料与铅冷却剂的300 MW实验示范堆(BRESTOD300)项目已获俄罗斯国家专家审查组批准,计划于2026年投入试验运行。经计算验证与台架实验(基于升级版BFS装置)证实: 该堆型可实现堆芯自稳特性——当运行功率超过30%时,其反应性储备量不足以触发瞬发中子超临界事故。BN1200反应堆的研发和工程设计工作即将完成。在达到预定竞争力指标的条件下,该堆有望成为首座大型快中子反应堆,标志着向二组元核能体系过渡的开端。
“突破”项目已在实验室条件下从概念上确定并通过实验验证了高温化学乏燃料处理技术的构型。该技术可确保缩短堆外燃料循环时间,且不分离铀和钚,以技术性加强防扩散制度,论证了使用硼磷酸盐玻璃(比Mayak(马雅克)工厂使用的铝磷酸盐玻璃具有更高的抗辐射稳定性)来固化含氯废物和使用“冷坩埚”作为高放废物玻璃固化熔融器的可行性。该项目还为快堆混合铀钚氮化物燃料(MNIT)和混合氧化物燃料(MOX)乏燃料联合处理方案中湿法冶金工段的主、辅工艺设备开发了技术设计方案。
在高放废物分馏方面,“突破”项目开发了从真实乏燃料中提取和分离稀土元素、超钚元素,以及提取和分离镅(Am)和锔(Cm)的技术,并进行了验证。实验证明了实现辐射等效处置放射性废物所需的锕系元素回收深度在技术上是可达的(大于99.9%)。当过渡到采用色谱法分离镅锔(AmCm)的工艺时,二次放射性废物的体积可减少为原来的1%或更小。Am的均质燃烧(嬗变)可能性已获得实验证实,非均质方案也作为备选方案予以考虑。
“突破”项目还开发了用于反应堆装置、核电站、闭式燃料循环设施及安全分析的新一代计算程序。这些程序不逊于,甚至在某些方面超越了世界顶尖水平的成果。所有程序均已通过验证,其中大部分已经通过认证。
俄罗斯通过“突破”项目,首次将研发、设计、工程和工艺开发的成果整合到一个整体项目和信息模型(即实验示范综合体PDEC)中。该模型将伴随项目建造、后续运行直至退役的全过程。
“突破”项目的目标是,在基于快中子反应堆闭式核燃料循环的基础上,为大型核能产业奠定基础。核燃料循环所有要素的试验验证将在实验示范综合体内进行。该综合体包括燃料制造模块、配备BRESTOD300反应堆的发电机组、乏燃料处理及放射性废物处置模块,实验示范综合体正在西伯利亚化工厂所在地开展建设。
在《至2024年原子能科学、技术与工艺综合发展计划》框架内,俄罗斯计划进一步完善配备VVER反应堆装置的核电站,特别是开发具有能谱调节功能的反应堆。同时,俄罗斯正在评估采用超临界参数冷却剂以提高核电站效率的可行性。
所有这些成就构成了《俄罗斯联邦至2050年及2100年前景核能发展战略》的基础。该战略于2018年12月经俄罗斯国家原子能集团公司科技委员会主席团批准。如同在21世纪初制定《21世纪上半叶俄罗斯核能发展战略》时一样,为论证其更新版本,本书得以出版。
Lokshin俄罗斯国家原子能公司第一副首席执行官
