核能作為清潔、低碳、安全、高效的基荷能源，在應對全球氣候變化中起到積極的正面作用。福島 核事故后，國際社會對核能安全性提出了新的、更高的要求;同時在開放的電力市場環境中，核能的大力 發展又受制于經濟性和環保等方面的因素。世界核能界正探索和開發新一代先進核能技術，以期解決 核能發展的相關問題。本文調研了國際組織和主要核能強國的先進核能技術的發展情況，介紹我國先 進核能技術的發展，淺析未來先進核能技術的發展趨勢、重點發展方向和共性技術。

目前，全 球約 440 個核反應堆供應超過 10%以上的電力(根據2019年國際能源署(IEA)電力數據提供約2600TW·h電力)，以平均超75%的高容量系數運行，是全球第2大低碳電力能源。核能是高能量密度的國家戰略能源，同時又是唯一清潔、低碳、安全、高效的基荷能源。

2011年發生的福島核事故客觀上延緩了各國對核能發展的預期和各國對核能的規劃， 更重要的是，國際社會對核能的安全性提出了 新的、更高的要求;核能最嚴格的法規和監管體系、縱深防御的預防與緩解理念及其他能源的 競爭正嚴重挑戰著核能的經濟性。與此同時， 核燃料的供應、核廢物的處理和處置、防止核擴散等方面的問題對核能的可持續發展提出新的挑戰。世界核能界正探索和開發新一代先進核能技術，以期解決當前核能發展中的安全、經濟和環保等相關問題。本文將圍繞國外先進核能技術發展的趨勢、國內先進核能技術的現狀及 方向和先進核能技術的未來展望等3方面進行研究分析。

1 國外先進核能技術發展

1.1 國際核能組織

本世紀初，在美國能源部倡議下，由9 個國家的高級政府代表討論第4 代核能系統發展中的國際合作，即第4代核能系統國際論壇(GIF)，截止目前，共20余個核能國家參與此論壇。GIF旨在尋求技術創新和先進的反應堆設計，并尋求新的市場機會(供熱、混合能源系統、可調度能源等)來降低成本，提升經濟性，提高設計靈活性和熱效率，減少放射性廢物的體積和毒性，滿足第4 代核能系統的可持續性、經濟性、安全可靠性和防擴散及實物保護的目標。GIF 推選了6 種候選4代堆堆型，分別是超臨界水冷堆、超高溫 氣冷堆、鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆和熔鹽堆[1-4]，表1 列出了6 種候選4 代堆的特征[3]。目前高溫氣冷堆、鈉冷快堆和鉛冷快堆相對推動較快，預計2030年開始商業化部署。

國際原子能機構(IAEA)設立了專門的工作組以促進快堆、創新反應堆及燃料循環、小堆的技術開發和應用部署。在IAEA 合作框架下，各成員國參與了快堆項目的相關工作，包括快堆 設計、快堆結構材料、液態金屬快堆安全性、模擬 仿真等內容;同時在陸基及海基水堆、快堆、熔鹽堆、高溫氣冷堆等小型模塊化反應堆(SMR)方面開展了大量的堆型研發和應用探索[5-7]。

經濟合作組織核能署(OECD/NEA)啟動核能創新2050(NI2050)，加強創新核技術的研 究，集成其他工業已開發和使用的先進技術。

NI2050涵蓋廣泛的技術領域，包括反應堆系統設計和運行、燃料和燃料循環技術、廢物管理和退役及非電應用。NI2050制定了10 年行動計劃，關注延壽管理和長期運行、嚴重事故機理和管理、退役技術、先進燃料和材料、先進燃料循環、先進制造和建造、核能供暖和熱電聯產、混合能源系統、廢物管理和處置等[8]。

IEA、國際核能合作框架(IFNEC)等多邊組織在積極探索和鼓勵先進核能技術發展。IEA 發布，若不采取行動，到2040 年全球核電產能下降幅度可達三分之二，在可再生能源尚 未發展成熟之時，實現《巴黎協定》所要求的二 氧化碳減排速度挑戰巨大，這就需要大幅提高能源效率、可再生能源投資及增加核電。IEA支持新建核電站并鼓勵開發先進核能技術[9]。

IFNEC 政府間多邊組織，通過安全、高效、可靠的方式擴大和平利用核能，確 保核不擴散和核安保。IFNEC 常設工作組推動先進核能和SMR 的發展，并積極推動核能發展和部署的研討會。清潔能源部長級會議提出的美好未來倡議旨在通過創新、先 進的能源系統和應用來改善電力集成系統，促 進可靠的清潔能源供應[10]。

1.2 主要核能國家

2019年，美國總統簽署使美國核能法規現代化并支持下一代先進反應堆的法案《核能創新和現代化法案》(NEIMA)，包括《核能創新能力法案》(NEICA)、《核能領導法案》(NELA)等，其中 NEICA 支持先進反應堆的部署，開發基于快中子的研究堆以測試先進反應堆的燃料和材料;NELA 旨在推進先進核反應堆技術的研發，鞏固美國在民用核能領域的全球領導地位[11-12]。美國能源部核能辦公室總體可概況為現有堆優化、小型堆微堆示范、高通量多用 途堆落地及先進堆研發等的發展規劃，同 時啟動由愛達荷國家實驗室牽頭的國際反應堆創新中心(NRIC)，旨在支持測試和驗證反應堆概念并評估反應堆性能，實 施創新反應堆概念的建設和運行[13]。

俄羅斯聯邦政府頒布《俄聯邦“核工業綜合體”發展國家綱要》，旨在通過安全發展核能，在遵守核不擴散的前提下，鞏固俄羅斯在國際核技術和服務市場上的領先地位，包括加強核能技術創新和發展新一代核能技術[14]。俄羅斯正致力打造以壓水堆、快堆、浮動堆和空間核動力為代表的反應堆技術，成為支撐本國核能發展的重要源動力。與此同時，俄羅斯國家原子能集團公司(ROSATOM)將第4 代核能系統研發國際合作框架協議有效期延長10年，加強先進核能系統的國際合作開發[15]。

歐洲原子能共同體(EURATOM)設立歐洲可持續核工業倡議，將工業界和研究伙伴聚集起來，共同研發第4代快堆技術，屬于歐盟戰 略能源技術計劃的組成部分。EURATOM 可持續發展核能的長期目標是至2050 年完成可持續發展的第4 代核裂變反應堆的示范驗證， 并拓展核能(除發電外)技術的廣泛應用[16]。

日本內閣2018 年批準的日本能源戰略計劃，至2030 年核能占比達到約20% ，推動實驗快堆和高溫氣冷堆來推動未來核能研發， 高溫氣冷堆還可生產用于燃料電池車輛和煉 鋼的氫氣，降低溫室氣體排放，實現能源戰略目標[17]。韓國積極開展鈉冷快堆、高溫氣 冷堆和全自然循環鉛基微小堆等方面的研究， 此外，目 前在 合 作 部 署 一 體 化 小 型 壓 水 堆SMART[18]。

近5～10年內，具備大規模商業示范的先進核能技術主要是小型模塊化壓水堆，表2 列出了國外主要國家的先進小型模塊化壓水堆。

綜上，為積極應對全球氣候變化，實現《巴黎協定》所要求的二氧化碳減排目標，各國際組織和核能大國均在探索拓展核能技術的廣泛應用，推動部署安全可靠的先進模塊化小堆示范應用，積極開展第4代核能系統的研發和國際核能合作。

2  國內先進核能技術發展

能源主管部門出臺的《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》[19]明確提出推動能源技術革命，搶占科技發展制高點。我國將繼 續深入實施創新驅動發展戰略，完善核能領域科技研發體系，支持小型模塊化反應堆(SMR)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆、核能制氫等領域的科研和示范工作，助推清潔低碳能源供應。

我國的陸地和海域自然生態環境多種多樣，多用途 SMR 具有較為廣泛的應用前景。過去10 年里，在一體化小型堆核電機組、熱點聯產、城市供暖、海水淡化等領域加大了研發力 度，推進核能綜合利用、智慧核能等方面的應用。目前 ACP100、CAP200、和美系列一體化多用途供熱堆、ACPR50S 均在積極部署工程示范項目的前期工作，滿足不同領域的應用需求。表3列出了國內各研發單位積極部署的主要先進小型模塊化反應堆[6，20]。

近年來，我國高度重視和積極投入先進核能系統的創新研發和示范工作。在能源政策的頂層規劃下，我國在第4 代核能系統(快堆、高溫氣冷堆等)和先進小型堆等方面取得了顯著成果。200 MWe具有固有安全特征的高溫氣冷堆示范工程正在建設。同時，圍繞高溫氣冷堆未來 發 展 的 關 鍵 技 術，積 極參 與 國 際 合作[21]。我國的實驗快堆已成功并網發電;基于鈉冷實驗快堆，600 MWe 的示范快堆 工 程(CFER-600)正在建設，最終發展商用快堆，實現快堆的商業推廣[21]。我國啟動戰略先導科技專項———未來先進核裂變能 ADS嬗變系統，推動國際核裂變能的創新發展，計劃到2030年左右實現工業示范的加速器驅動核廢料嬗變系統[22]。此外，針對第4代核能系統候選堆型中鉛基堆和熔鹽堆等先進核能技術，我國也在積極推進，開展技術研發攻關。

綜上，我國在能源政策和能源技術革命的頂 層指導下，推動先進核能領域的科技創新，積極 部署一體化多用途先進小型堆的示范前期工作， 按序推進高溫氣冷堆和快堆的建設，積極開展先 進核能系統的技術科研，促進核能可持續發展。

3 先進核能技術未來展望

目前，全球能源正處于向清潔低碳轉型發展的重要時期。先進核能技術為核能低碳拓寬了綜合應用場景，且提升了核能的安全性和可持續發展要求。圖1為世界先進核能技術的發展路線。結合先進核能技術的發展情況和應用需求，對未 來先進核能技術的趨勢提出 3 點建議。

1)重點推動液態金屬快堆發展，加強釷基熔鹽堆的技術研究，提升燃料可持續性。液態金屬快堆具有低壓、快譜特點，可滿足安全性及可持續性要求;從國際4代堆發展歷程來看，鈉冷和鉛冷快堆有較好的技術基礎，可根據需求選擇不同的發展路線。此外，從長遠來看，有必要基于釷基熔鹽堆開展技術研究，更大程度實現燃料的可持續性。

2)重點著眼先進小堆的綜合應用和創新應用，構建高效低碳靈活的智慧能源系統。先進小堆有高安全性、功率小、多用途、靈活性強等特點，將成為未來核能應用的新趨勢。結合用戶需求和特殊用途，先進核能將實現運行靈活(具備負荷跟蹤能力)、部署靈活(具備不同功率組合及更寬的廠址適應性)和產品靈活(具備供熱、制氫、制淡、海洋開發等能力)的功能，成 為可調度的綜合能源。先進核能與儲能系統或可再生能源優勢互補，形成低碳協同混合系統， 可滿足不同需求，提高電網的靈活性和可靠性， 解決可再生能源間隙性和為核能熱量創造更多的使用機會，構建起綜合創新的低碳協同智慧 能源系統。

3)重點加強基礎研究和共性技術研發。先進核能系統的研發關鍵要解決技術的可行 性，過程中要不斷加強基礎領域的研究和共性技術的研發。(1)先進核能具更高的運行溫度、特殊的冷卻劑和長壽期不換料等技術特征， 將對燃料和材料性能提出更高的要求，應加大對燃料和特殊材料的研發力度;(2)先進核能采用不同的冷卻劑、材料和堆型，應加強基礎領域研究，推動先進核能分析模型的開發和設計分析體系的升級;(3)加強閉式燃料循環的技術研究，實現核能長遠的可持續發展;(4)加強標準規范和安全監管等方面的研究，推動先進 核能特有的標準體系和監管體系建設。

在新的世界發展格局下，應加強和深化國際核能合作，促進先進核能系統的全面創新應用，共同應對氣候變化。

4 結 論

本文總結梳理了國外先進核能技術的發展規劃和具體技術路線，介紹了國內先進核能技術發展的現狀及未來趨勢，指出未來先進核能 技術發展的趨勢、重點技術方向和發展路徑。在國際社會日益受到碳排放約束的未來，清潔 低碳高效核能的優勢越來越明顯。隨著先進核能系統的革新設計和新一代先進核能技術的深入研發及綜合應用，保證核能系統安全性的提升和經濟性具有更強的競爭力，未來先進核能 技術將有較大的發展空間，將更接近用戶、更安 全、低碳綠色、且提供多種核能拓展用途。

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