規劃編制核能專業組

核能作為一種清潔低碳、安全高效的能源，對于保障國家能源供應、調整能源結構、維護國家能源安全和國家安全都具有重要的戰略意義，在應對氣候變暖、災害天氣、突發疫情、改善全球環境等方面能夠發揮十分重要的作用。核能技術是典型的戰略高科技，產業鏈條長，每個環節都有豐富的科學、技術和工程內涵，對國家科技進步和產業發展有很強的帶動作用，歷來是世界主要國家搶占未來發展先機的戰略前沿。

2022年4月，國家能源局與科技部共同發布了《“十四五”能源領域科技創新規劃》(以下簡稱《規劃》)。《規劃》充分調研了世界各核電大國核能技術發展趨勢，結合實現“雙碳”目標過程中對于核能的需求，設置了“安全高效核能”方面多項重點任務，從現階段三代壓水堆核電技術的優化升級到小型模塊化反應堆與四代核電技術的中長期布局，從全產業鏈上下游的可持續發展到關鍵技術與核心裝備的重點突破，《規劃》深入淺出、由點及面、全面系統地描繪出核能科技創新發展的路線圖。

一、國內外核能科技發展現狀與趨勢

(一)世界核能產業發展現狀

世界核電技術在經歷不斷完善、逐步升級換代的過程之后，目前已經從二代核電為主進入到三代核電批量建設和四代核電技術的研發與示范驗證階段。自2012年以來，全球核電裝機容量和發電量總體上呈現上升趨勢，在全球電力結構中，核電占比基本穩定在略高于10%水平。

截至2020年底，全球在運機組441臺，總裝機容量3.92億千瓦，分布在30多個國家，2020年全球核能發電量占比10.1%。美國、法國、中國、俄羅斯、韓國和日本在運反應堆規模居世界前6位。在運機組多為二代技術，通常設計壽命40年，運行時間超過30年的機組約292臺，機組老齡化問題使得許多國家陸續開展機組延壽或退役工作，通過升級改造將二代機組延壽至60年，甚至80年及以上。全球在建機組56臺，總裝機容量約5745萬千瓦，分布在19個國家，其中有約60%在亞洲。

核電不僅貢獻了世界上近1/3的低碳電力，而且近年來，核能供熱、供汽和海水淡化等非電用途也逐步得到推廣應用。中長期看，核能在很多國家都將成為清潔能源供應體系的重要組成部分。

(二)世界核能科技發展趨勢

當前，以安全先進核能技術為代表的新一輪科技革命和產業變革正在興起，正在并將持續改變世界能源格局。

2021年，美國核能辦公室發布《戰略愿景》，提出了到2030年的五大愿景目標及其支撐目標：一是確保美國現有核反應堆的持續運行，包括開發降低運行成本的技術、拓展非電市場、為現役電廠長期運行提供科學依據，如示范核能制氫、應用事故容錯燃料、部署反應堆數字安全系統等;二是實現先進反應堆的部署，包括減少部署先進核能技術的風險和時間、開發拓展核能市場機會的反應堆、支持設計多樣化，如商運小型模塊化反應堆、示范商用微堆、示范核能-可再生能源混合系統;三是開發先進核燃料循環，包括填補核燃料供應鏈短板、填補先進堆相關的核燃料循環短板、開發綜合性廢物管理系統等，如示范高含量低濃鈾(HALEU)、評估先進堆的燃料循環方案等;四是保持美國在核能技術方面的領導力，包括為美國核工業提供全球機會、保持世界一流研發能力、培養訓練有素的科學家、支持未來核人才等，如加強國際合作與交流、重啟研究堆、建成多功能試驗堆(VTR)等;五是建立高效的組織機構，包括有效管理各種項目、課題、研發投資和合同、定期與利益相關者溝通，如制定多年項目計劃、定期更新愿景報告、招聘及增加工作組等。

經合組織核能署(OECD/NEA)的《核能技術路線圖》(2015年版)提出了反應堆技術、核燃料循環和退役等方向的技術路線，其中反應堆技術主要包括安全升級和長期運營、三代改進及優化、小型模塊化反應堆、第四代反應堆、核聚變反應堆(2050年以后)、核能非電力應用等方面。2017年，該組織又發布了《核創新2050》的概念，涵蓋了反應堆系統設計和運行、燃料和燃料循環技術、廢物管理和退役以及非發電應用領域的廣泛技術，并重點關注挖掘反應堆在供熱市場的潛力以及加強反應堆運營的靈活性兩個方面，指出除了注重核領域專用技術的創新外，還應將已開發和可能已經應用于其他工業領域的先進技術加速整合到核工業中，如模塊化、先進材料、數字化、建模和仿真、智能化、機器人等。

縱觀全球核能技術發展動態和主要能源大國推動核能科技創新的舉措，全球核能正在向安全性更高、經濟性更好、多用途、更加靈活、能夠滿足更廣泛用戶需求方向發展，總體呈現如下趨勢：

1.三代壓水堆核電已經成為全球核電產業發展的技術主流。目前已實現部署的三代輕水堆核電技術型號有6種(包括華龍一號、AP1000、EPR、VVER-1200、APR1400、ABWR，其中4種已在我國落地)，世界核電在建機組超過2/3采用三代壓水堆核電技術。由于三代機組較二代機組大大提高了安全可靠性、延長了設計壽期，大量采用了新技術和改進技術，部分設備、材料和關鍵部件首次制造使用，導致如AP1000、EPR等機型首堆示范工程工期大幅延誤、成本飆升，影響了市場信心。因此，提高三代核電的經濟競爭力是核電界廣為關注的重點，其中簡化設計、延長運行壽期是重要手段。

2.模塊化小型堆、四代堆核電技術成為研究熱點，被各核電強國視為“搶占未來發展先機的戰略前沿”。小堆由于其多用途、模塊化、部署靈活、投資規模小等特點，能夠在未來能源體系中發揮多種功能作用，成為大型核電機組之外的低碳能源補充，具備替代小型化石能源機組的潛力，是主要核電國家加緊研發部署的技術。

3.先進核燃料及循環技術快速興起。為支撐未來堆型的發展，各種先進核燃料及高性能材料，如事故容錯燃料、高熵合金材料等研究方興未艾。基于材料基因工程的多尺度、多組元的材料設計、研發、驗證方法，為新型核能材料的創新提供了重要機遇。同時，為落實廢物最小化原則和環境友好化原則，高減容廢物處理技術和清潔解控技術的研究也成了運維及退役技術中的研究熱點。

4.數字技術、大數據、云計算、人工智能等前沿技術在核電領域的工程應用成為行業科技創新的新方向，如智能控制和智慧運維。

5.核能的應用方式已由傳統大型發電廠為主拓展到分布式發電、海水淡化、城市和工業園區供熱、可移動熱源等更多方面。

(三)我國核能科技發展

我國核電技術，經過引進、消化、吸收和再創新，關鍵技術攻關取得重大進展，核心競爭力顯著提升。

經過30多年不間斷的科研攻關、建設發展，特別是依托大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站重大專項的實施，我國核電技術實現了跨越，核電自主創新能力得到了顯著提升，推動了我國科技能力提升、裝備產業升級。一大批關鍵設備和關鍵材料實現國產化，為后續進一步提升我國核電自主創新能力和國際競爭力提供了強有力的技術支撐;建設了一批技術先進的大型臺架和試驗設施，培養儲備了一批專業技術人才，為行業的可持續發展奠定了堅實基礎。

“十三五”以來，以“國和一號”成功研發和“華龍一號”成功商運為標志，我國成為繼美國、法國、俄羅斯等核電強國后又一個擁有獨立自主三代核電技術和全產業鏈的國家;全球首個具有第四代安全特征的高溫氣冷堆商業示范工程項目已在我國實現首次臨界;我國在運核電機組從未發生國際核事件分級(INES)二級及以上的運行事件或事故，核電安全運行總體水平位居國際先進行列;在建核電規模保持世界第一，總體工程建設質量可控在控;建立起較為完整、自主的核燃料循環產業鏈，核燃料生產與供應能力滿足核電發展的需要。我國已躋身世界核電大國的前列，成為全球三代核電發展的產業中心，正在向“核電強國”目標邁進。

二、“十四五”重點攻關技術方向及發展目標

《規劃》以推動核能科技創新為目標，立足我國核能技術發展現狀及科技創新能力現狀，瞄準國際核能技術發展前沿方向，從以下幾個方面制定了重點任務，提高核能自主創新能力，帶動核能全產業鏈實現高質量發展，加快推進我國由核電大國向核電強國轉變。

(一)核電優化升級技術

截至2020年底，我國在運核電機組48臺，規模位列全球第三，累計運行約407堆年。2020年，我國核能發電量3662億千瓦時，約占全國發電量的4.9%。隨著碳達峰碳中和有關工作的落實與推進，核電在清潔低碳安全高效現代能源體系中將發揮積極穩定作用。

大型壓水堆是未來相當長一段時期我國核電發展的主力，作為繼美國、法國、俄羅斯等核電強國后又一個擁有獨立自主三代核電技術和全產業鏈的國家，未來在確保安全性的基礎上，持續優化三代核電經濟性、先進性和廠址適應性，服務核電的批量化建設。《規劃》中設置“三代核電技術型號優化升級”任務，尋求三代壓水堆核電廠安全性和經濟性的最佳平衡，進一步提升電廠國產化、自主化水平，在標準化設計、建造的基礎上，形成應對不同國際市場需求、適應不同廠址條件的型號譜系。

核能作為低碳能源，在參與構建以新能源為主體的新型電力系統的同時，也在非電領域的碳減排過程中發揮日益重要的作用。《規劃》中設置“核能綜合利用技術”任務，在已開展的工程基礎上，進一步優化核能供熱(冷)的設計方案，制定安全設計原則，為后續批量化推廣與建設奠定堅實基礎;同時通過對關鍵設備、關鍵工藝的研究，拓展核能在海水淡化、制氫等領域的應用，從而形成一套以核電廠為核心的低碳綜合能源系統方案，進一步提升核電機組的能源利用效率，提升核電在能源系統中的競爭力。

(二)小型模塊化反應堆技術

與大型反應堆相比，小型模塊化反應堆初始資本投資較低，可擴展性強，選址更為靈活，具備更高安全性提升潛力。碳達峰碳中和背景下，小型模塊化反應堆的特點使其在燃煤老舊機組替代、清潔供暖、海水淡化、供汽制氫及與新能源耦合等多個應用場景具備開發潛力。

《規劃》中設置了“小型智能模塊化反應堆技術”任務，以小堆關鍵設備與技術為切入點，將一體化小型堆與智能化設計相結合，在多應用場景與綜合利用方面尋求技術突破與工程示范。

“小型供熱堆技術”任務聚焦北方地區清潔供暖問題，以小型堆供熱商用示范為目標，開展關鍵技術與裝備的研究以及小型供熱堆設計、建造等過程標準化建設。

“浮動堆技術”任務圍繞海基條件下設備小型化要求，建立健全浮動堆設計標準體系，開發滿足浮動堆特殊需求的核心設備與技術，為海上平臺等設施可靠能源供應提供方案，為后續工程落地奠定堅實基礎。

“移動式反應堆技術”任務依托氣冷微堆、微型壓水堆、熱管反應堆等研究高效熱電轉換系統，開展總體設計方案研究，突破關鍵共性技術與設備，形成具備可移動性、能夠靈活部署的微型反應堆技術方案。

(三)新一代核電技術

新一代核電技術主要包括(超)高溫氣冷堆技術，鈉冷、鉛冷快堆技術以及釷基熔鹽堆技術等在我國已具備一定技術基礎的非輕水堆核電技術。

“(超)高溫氣冷堆技術”在高溫氣冷堆核電站示范工程研究成果的基礎上，提出對關鍵設備進行優化改造，進一步提升功率，提高運行溫度，開發高溫制氫技術，探索實現(超)高溫氣冷堆多用途應用技術方案。

快堆是我國“三步走”戰略的關鍵一環，考慮到鈉冷快堆在我國有較好的研究基礎，鉛冷快堆是近年來研究熱點堆型，在安全性和燃料循環方面具備一定優勢，《規劃》中設置“鈉冷、鉛冷快堆技術”任務。通過鈉冷示范快堆電站建設，使關鍵設備制造、配套產業鏈以及標準化設計體系有關工作得到進一步提升。鉛冷快堆由于其冷卻劑的特殊性質，需要在結構材料腐蝕、冷卻劑化學成分控制及熱工分析等方面開展大量基礎性研究，并通過工程樣機。

釷基熔鹽堆具有高固有安全性，可充分利用相對豐富的釷資源等獨特優勢，通過設置“釷基熔鹽堆技術”任務，開展一系列探索性基礎性研究，建設20MWe研究堆以及科學設施，有助于提升燃料、材料在熔鹽堆中各種行為規律性認識，掌握熔鹽堆與發電系統耦合技術，為熔鹽堆技術的持續發展打下良好基礎。

(四)全產業鏈上下游可持續

《規劃》立足核能技術全產業鏈，對先進核燃料、乏燃料貯運后處理、放射性廢物處理處置、核電機組長期運行及驗收、核電機組退役以及重大基礎設施等方面研究進行了部署。

在產業鏈前端，《規劃》設置了“先進核燃料技術”任務，明確了先進核燃料技術一系列攻關任務：一是事故容錯燃料、钚鈾氧化物混合燃料、新型環形鈾鋯合金燃料等先進燃料的基礎研究，進一步提升核燃料的固有安全性;二是針對小型壓水堆、供熱堆、浮動堆等新堆型燃料的研制與試驗驗證，在燃料自主化研究成果的基礎上根據不同堆型開展適用性評估與優化。

在產業鏈后端，《規劃》設置了“放射性廢物處理關鍵技術”任務，重點關注了乏燃料長期貯存和運輸設備相關技術以及放射性廢物處置技術，在實現核電燃料長期處理的同時進一步實現放射性廢物減容減害，解決核電后顧之憂。

在電廠運行方面，《規劃》設置了“核電機組長期運行及延壽技術”任務，通過數字化、智能化方面的革新，改進提升現有儀控技術與在線監測技術，實現更自動化和可靠的電廠運營;通過堆核電廠關鍵部件材料的長期環境退化行為以及相關的關鍵技術研究，建立電廠老化管理技術系統與延壽技術體系，針對服役年限即將到期的核電機組開展運行許可證延續論證及示范。

針對大量在建/在運的壓水堆核電機組的退役問題，《規劃》設置“核電機組退役技術”，進一步建立健全我國壓水堆核電退役技術體系，規范退役工作標準，突破核電廠退役配套關鍵技術，初步形成核設施退役設計與實施能力。

在行業基礎設施建設方面，《規劃》設置“核電科技創新重大基礎設施支撐技術”任務，通過建設以寬能譜高通量反應堆為代表的一批高水平研究設施，實現覆蓋全產業鏈研究需求的軟硬件升級，支撐核能科技持續創新。

三、核能科技發展展望

面對碳達峰、碳中和的頂層要求以及以新能源為主體的新型電力結構，我國核能科技發展將呈現出如下趨勢：

一是核能技術持續創新與突破。我國當前正處在能源轉型的關鍵時期，需不斷加強核能技術自主創新，確保核電安全高效發展。未來需要全面突破可能制約我國核能產業發展的重大關鍵技術，持續優化提高在運核電機組安全運行能力和水平，持續優化三代核電安全性、經濟性和先進性，提升核燃料循環產業的保障能力，積極推進新型先進核電技術研發、示范及推廣，包括(超)高溫氣冷堆、鈉冷快堆、鉛冷快堆、釷基熔鹽堆等四代堆，以及先進小型模塊化反應堆、浮動堆、移動式反應堆等。

二是進行核能產業數字化升級。當前全球智能化信息化技術進入不斷融合和創新發展的新階段。以移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能為代表的新一代智能化信息化技術創新步伐不斷加快，諸多傳統工業領域掀起了數字革命，促使其向智能制造、智能運維的方向變革。數字革命將成為能源革命的重要驅動力。推進核能產業與人工智能、大數據、5G、區塊鏈等信息技術的深度融合，可促進核產業鏈轉型升級，實現降本增效，增強核能運行安全性，提升核能產業核心競爭力。

三是拓展核能非電應用及多能互補。在當前碳達峰、碳中和背景下，核能除可提供穩定基荷電源外，還可在清潔供暖、工業供汽、海水淡化、核能制氫、同位素生產、制冷等方面，發揮傳統化石能源所不具備的優勢。我國風能、太陽能等新型能源資源豐富，但時空分布不均，受環境影響較大。在數字革命背景下，新能源可以與核能等能源品種配合使用，構建智能微網，實現能源互補和梯級利用，從而提升能源系統的綜合利用效率，緩解能源供需矛盾，構成豐富的清潔、低碳供能結構。

我國將依托已形成的產業基礎，進一步發揮核能科技領域優勢，攻克關鍵核心技術，按照《“十四五”能源領域科技創新規劃》路線圖，齊心聚力、統籌協調，共同推進我國核能科技創新發展，進一步提升核能技術國際競爭力。