女神对话行波章——行波堆到底行不行?
这一期【对话】的策划缘起,是基于我身为一名核电“技术咖”对于行波堆的强烈好奇。 行波堆作为第四代核能技术之一,它有何种魅力,使得比尔盖茨先生倾其财力持续十余年的投入,近几年更是不惜以自身声望为其发声站台?它又有着何种魔力,使得中国最终接下了泰拉能源公司抛出的橄榄枝,同意将首堆落地中国?在全球核电一片唱衰的大势下,行波堆作为未来核能发展的方向,它到底行不行?这一切的一切,都引起了我强烈的好奇。 本期访谈嘉宾——章庆华 2011年至今,中美行波堆合作项目(合资公司)负责人,是国内介入行波堆项目最为深入的业界大佬,没有之一,业界尊称 “ 行波章 ”。兰州大学核物理科班出身,在核电规划、项目管理、经济评价、市场开发等方面均为业界专家级人物,长期参与国际原子能机构的核电规划和经济分析活动,1993-2002年,担任IAEA亚太区域技术合作核电规划项目中国联络人,2009-至今,担任IAEA核电基础体系专家组成员。 章庆华先生喜欢“7”这个数字,他以往的每段工作经历大约都是7年左右,而今年正好是他负责行波堆项目的第二个7年的开始,而本篇亦是公号第70篇文章,无心插柳,凑了个巧上加巧的巧合。
对 话 | 安妮 VS. 章庆华
安妮:行波堆技术作为钠冷快堆的一种堆型设计,它有何区别于其他快堆的独特之处?为何能在四代核能技术中敢于“亮剑”,得以异军突起? 章庆华:这个问题我想从两个方面来回答。首先,与水堆不同,钠冷快堆主要是钚239的裂变链式反应,而水堆主要是铀235的链式裂变反应。铀235在天然铀中只有0.7%,钚239可以由天然铀中占99%的铀238衰变产生,也可以从轻水堆的乏燃料经过后处理提取。水堆和普通快堆使用陶瓷燃料,行波堆是使用金属燃料的钠冷快堆,可以在堆内实现钚239等可裂变物质的原位增殖和焚烧。增殖和焚烧两种功率峰值在堆内形成“波动”的物理现象,称为“行波”,采用这种原理设计的反应堆叫“行波堆”(Travelling Wave Reactor-TWR)。 其次,行波堆除使用金属燃料的特点外,还可以规模化使用贫铀(其中铀235的含量低于0.3%)。由于行波堆金属燃料的燃耗高于压水堆数倍,耐辐照性能强于压水堆百倍,可以实现超长周期乃至全寿期不换料,大大简化核燃料循环的物流。此外,行波堆的堆芯融化概率比三代核能技术还要低两个数量级,安全性更高,在设计上可以取消厂外应急的考虑。 总结起来讲,行波堆可以完全满足第四代核能技术的四个典型特征,即更安全、更经济、资源可持续利用和防止核扩散。
安妮:目前国际上也有些对行波堆持怀疑态度的声音,比如Kirt Sorensen认为行波堆是“极难实施的一种增殖快堆”,“经济性较差”,且“存在退役困难”等问题,您怎么看?
章庆华:我没有拜读过你说的这位Kirt Sorensen先生的文章和针对行波堆技术的具体问题,但听说过业内人士对行波堆的技术原理、工程可实施性和退役方案等提出的看法。 行波堆的理论研究始于50年代后期,其目标是实现反应堆内的核燃料像蜡烛一样燃烧殆尽,但几十年来没有人找到工程上可行的技术路径和设计方案。 比尔盖茨先生在2006年考虑开发一种可供人类持续利用的能源技术时,认识到了核能是一种清洁能源,他组织专家团队研究可持续利用核能的各种技术方案和路径,随后创建了泰拉能源公司,借鉴美国快堆,特别是金属燃料快堆的经验,提出了工程上可以实施的行波堆技术方案和路径,于2015年底完成了TWR600原型堆的堆芯概念设计,于2017年底完成了TWR300示范堆的堆芯概念设计。 行波堆需要以不断提高经济性为目标,在参考技术的基础上开展工程示范堆和后续商业示范堆的设计、建造、运行以及新型燃料的研发升级。行波堆的经济性,特别是造价,需要结合其技术特点从全寿期以及市场规模等综合因素来考虑,而不是简单地评价其建设期的造价,对于首次建造(FOAK)和批量建造(NOAK)是要区别对待的,这是评价核电技术经济性的一般规律。总体上只要有市场需求规模,批量建造的行波堆机组造价与同等规模的压水堆相比将降低20%多。 行波堆的经济性更多地体现在其全寿期的燃料需求方面,可以极大简化核燃料循环的物流和使用极为廉价的贫铀(占积巨大库存量的低浓铀尾料)。 行波堆的退役,从总体技术上讲与钠冷快堆和或压水堆退役没有太大区别。但需要强调的是,行波堆的设计还有一个独到之处,即第一代(母代)堆的设计寿期终止后的堆芯燃料可以用于新堆(子代)的初装料,称之为母子循环。这种设计不仅可以解决反应堆最终退役时堆芯的处置问题,而且可以使子堆的启动(初装料)不再需要浓缩的铀235。如果实现10年以上的换料周期,60年寿期内卸出的燃料比同等规模压水堆减少80-90%。
安妮:能否透露一些泰拉能源和中核集团联姻的内幕? 章庆华:为何泰拉能源最终选择与中核集团“联姻”合作,的确有许多鲜为人知的故事。有企业间的博弈,有“媒人”和“红娘”的牵线搭桥,有经历了近七年“恋爱”的艰苦历程等等,就以确定“恋爱”关系为例吧。 比尔盖茨先生在2008年成立泰拉能源公司之后,在2009年即带领泰拉能源的技术和商务团队开始在国际上寻找合作伙伴。盖茨先生首先选择在近30余年来核电发展最活跃和最迅速的亚洲作为目标区域,其次选择有核电建造、运行经验和持续发展规划的中国、印度和韩国作为重点国家,第三就是选择适合合作的企业集团。最终选择在中核集团等三个企业进行比较,确定合作伙伴。 泰拉能源从2009年来到中国后,一直在三个集团中间进行比较。其中一个集团曾经选择了一个内陆厂址,向主管部门提交过项目建议书并提出了与泰拉开展原型堆项目合作的方案计划;另一个集团也希望能在与美国企业已有合作的基础上深入开展对美合作开发第四代核能技术;而中核集团则刚刚建成实验钠冷快堆,新鲜的设计、研发和建造经验炽热可得,始终在向泰拉能源提问题,关注这个技术的成熟度和工程实施的可行性等等。 三选一的状态一直持续到2011年春节过后,国家主管部门在中核集团和泰拉能源之间当了牵线“红娘”,双方进入非稳定态的“谈朋友”阶段。中美两国政府在2013年10月签署了中美核能合作协议项下的关于开发行波堆技术的合作文件,并在2014年4月批准了中核集团和泰拉能源作为双方行波堆合作的企业授权人,“恋爱”关系得以正式确认,双方开始步入稳定态的“联姻”之路。
安妮:根据泰拉能源官方网站披露,预计在2020年正式启动原型堆的建设,能否具体介绍一下行波堆目前的进展?
章庆华:中核集团与泰拉能源的合作计划采取三步走的战略,目前的第一步围绕着双方商定的初步目标开展具有技术成熟度较高的使用高燃耗金属燃料的TWR300工程示范堆项目建设;与此同时在第二阶段同步开发验证具有更高燃耗和耐辐照性能的新型金属燃料和TWR600商用示范堆项目建设。 第三步是在第二阶段后期同步改进和研发更先进的高性能金属燃料材料,建设TWR1200商业机组。这个合作计划还包括在中国建设一个金属燃料元件生产线以满足示范项目的燃料供应。目前双方正在开展TWR300示范项目的前期准备工作。 安妮:近年来,比尔盖茨先生频频以美国泰拉能源董事长身份拜访中国,而且多次在媒体中推介行波堆为解决全球能源问题的解决方案之一,您和比尔盖茨先生有多次接触,能否谈谈您个人对他的看法? 章庆华:我原本不是比尔盖茨先生的粉丝,因为行波堆的缘故,有了一些深入接触他的机会。他非常具有人格魅力,我想通过行波堆项目的合作,我会渐渐成为他的“铁粉”的。 从2009年开始,比尔盖茨先生以行波堆为主题访问中国先后有8次,其中最近的3次在2015年11月、2017年3月和11月,是以美国泰拉能源董事长的身份访问的。我与盖茨先生接触和交谈一共有7次,包括一次在微软总部的交流。每次交谈时间不长,但不仅限于核能,也有一些大众关心的热门话题。对盖茨先生的总体印象,是一位远见卓识、谦虚低调和执着追求的人。 他的远见卓识,体现在用环球视野追寻和实现着自己的三个“梦想”。第一是让每个人都有一台电脑,都用上WINDOWS系统;第二是消灭艾滋病、结核病和疟疾,让每个人都有平等的医疗机会;第三则是让穷人用上清洁、经济的电,解决日益严峻的能源问题。他曾表示:“我相信能源领域最有潜力的就是核能”。他选择了行波堆,成立了专业公司公司,并建立了与中国企业的合作关系。 他的谦虚低调,体现在对自己的评价和对媒体的态度。记得他在2015年11月中国工程院演讲时的开场白:“我也是美国工程院的一名成员,我最喜欢别人叫我工程师的这个称呼”,给我留下深刻印象。估计当时他也不会预料到在整整二年之后,以泰拉能源董事长的身份被中国工程院聘为外籍院士,成为一名“核能”工程师。交谈时,他总是避而不谈过去的成绩,而是更多地畅想今后要做的事情,特别是如何支持技术创新和培养人才。 在媒体方面他一直非常低调,保持对媒体的“Low Key”,对于泰拉能源对他的活动报道都要亲自审核。他在强调低调对待媒体的同时,也强调一旦有了把握可以择机在媒体曝光;“用开放的心态面对争议,确认风险以坚定自己的选择,并通过获得批评提高自己”,这是他在回答如何看待行波堆的批评意见时说过的话。 他的执着追求,体现在从IT专家成为核能专家的持续学习和锲而不舍地追逐既定目标的信心。在工程院的演讲中,面对数名院士的核能技术专业问题对答如流,在与中国国家领导人和有关部门领导见面时都是自己亲自上阵回答问题,说明他的会前“家庭作业”是用了功夫的。他认为核能是解决人类能源可持续使用的清洁能源,对与中国企业合作开发新一代核能技术充满信心,相信这也是他推动行波堆技术开发十余年持续努力的内因所在。 我曾经在2017年3月的一次见面时,请他签名过一本书,是他在2015年推荐的纽约时报最佳畅销书,“BUSINESS ADVENTURES”。我目前仍在仔细阅读和揣摩书中描述的12个华尔街的经典故事,书中的商业冒险与盖茨先生的执着追求似有异曲同工之精神。
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