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我们未来用什么支撑核行业的“春天”?

2019-08-27 10:52    中核北方  中国核学会  原子高科

  新一轮世界科学技术革命孕育新突破的重要领域中,核科学是新产业革命和能源革命的制高点,是我国战略必争重要行业。我国核科技工业发展迎来了继两弹一星后的第二个春天。   十三五期间,全国核电投产约1900万千瓦、开工760万千瓦以上,2020年装机将达到5103万千瓦。我国核电的占比目前还是太低,但是替代需要一个过程。合理的能源结构是多种因素促成的,能源结构调整是一个逐渐匹配的过程。  核电行业必须具备空前的危机意识和竞争意识...


  新一轮世界科学技术革命孕育新突破的重要领域中,核科学是新产业革命和能源革命的制高点,是我国战略必争重要行业。我国核科技工业发展迎来了继“两弹一星”后的第二个春天。

  “ 十三五”期间,全国核电投产约1900万千瓦、开工760万千瓦以上,2020年装机将达到5103万千瓦。我国核电的占比目前还是太低,但是替代需要一个过程。合理的能源结构是多种因素促成的,能源结构调整是一个逐渐匹配的过程。

  核电行业必须具备空前的危机意识和竞争意识,抓住未来几十年核电发展机遇,在保证安全之下尽量提高经济性,才能使得核电在与其他能源的竞争中占有一席之地。

  核能供热现在是跟地方在谈,各个集团包括中核、中广核、国电投都在谈。

  我国辐射科学和技术应用年产值的年增长率保持在20%左右,为全社会提供近10万个就业岗位。

  高端闭门会议期间,由中国同辐原子高科、中核北方和包头市青山区政府签订了包头同位素药物中心投资意向协议。

  不同于核工业的核电、核燃料等板块由央企国企主导,在核技术应用的市场里,参与力量众多,民营企业也发展迅速。

  世界核科技创新不断开辟新的前沿和方向,空间和深海核动力、先进核材料生产、小型模块式反应堆、高安全性能核燃料、核废料处理等领域,已呈现出革命性突破的先兆,并可能对未来世界政治经济格局产生重大影响。

  用什么支撑核行业的“春天”?——中国核学会2019年学术年会综述

  一个覆盖整个行业的综合性学术会议,传递出产业发展的很多信号和先机。8月20~23日,中国核学会2019年学术年会在内蒙古包头市举行。全国政协常委、中国核学会理事长王寿君在开幕式的致辞中说:“我国核科技工业发展迎来了继‘两弹一星’后的第二个春天。”作为我国核科技界学科设置最全、规模最大、最具影响力的学术交流平台,中国核学会学术年会自2009年来每两年举办一届,至今已举办5届。本届年会邀请了14名两院院士,以及来自政府部门、科研院所、核相关企事业单位的官员、专家、高管等1000余人参会。共征集论文1400余篇。

  生态环境部副部长、国家核安全局局长刘华在致辞中指出,中国核学会在开展国际国内学术交流、开展科普教育和公众宣传、为核科技工作者提供服务及促进人才成长等方面,做了大量卓有成效的工作。本届年会中,通过学术报告、高端闭门论坛、科普讲座、技术参观等形式,与会者广泛交流学术思想、探讨行业前沿,而所有话题都围绕着一个方向,也即大会的主题——“创新科技 绿色发展”。正如国防科工局系统工程二司副司长高洪滨在会上所指出的,“当前我国核事业发展正面临前所未有的新形式、新机遇和新任务。”我国核行业具体面临哪些发展需求和瓶颈?有哪些新动向?用什么支撑行业更高质量地发展?一系列问题的答案都在前进中探寻。

  01核能加速发展是趋势,经济性亟待提升

  核能的开发利用,是我国能源生产革命和供给侧结构改革的战略重点,是核科技服务国民经济和社会发展的主战场。根据学术年会上的发布,截至2019年6月底,中国大陆在运核电机组47台,装机容量4873万千瓦,位居全球第三;在建核电机组10台,规模居世界第一位。“十三五”期间,全国核电投产约1900万千瓦、开工760万千瓦以上,2020年装机将达到5103万千瓦。与此同时,我国核电自主创新体系不断完善,核电关键设备和材料国产化率显著提高。形成以“华龙一号”、CAP1400为代表的自主三代核电技术,快堆和高温气冷堆示范工程进展顺利,小型反应堆研发和示范工程准备在积极推进之中。根据国际原子能机构等国际组织发布的预测,未来核能发展份额增长的驱动将主要来自中国和其他发展中国家。然而近年来我国核电机组审批和建设速度明显放慢,核电工程发展规划的目标预计难以实现。在三年“零核准”之后,核电“解冻”获批无疑是今年以来最令业内振奋的一个好消息。

  振奋之余难免会问:今年的6台机组核准是“每年6~8台”的一个开始,还是仅仅“昙花一现”?全球范围而言,凭借清洁低碳安全高效的优势,核能在优化能源结构、保障能源安全,应对气候变化和减少环境污染等方面都将持续发挥举足轻重的作用,也将是一项必然选择。中核集团总工程师雷增光表示,目前全球核电发展节奏显得比较审慎甚至缓慢,但是从宏观趋势来看,全球核电仍将继续增长。而针对国内的核能发展趋势,王寿君在学术年会期间接受采访时表示,我国核电的占比目前还是太低,但是替代需要一个过程。“很多种技术都在同时使用和发展,怎么选择要根据发展的需要。合理的能源结构是多种因素促成的,能源结构调整是一个逐渐匹配的过程。”雷增光判断说:“为了兑现巴黎协定的减排承诺,维护我国能源安全,支撑能源科技领域重大创新,带动高端装备制造业不断升级,核能的加速发展将会是必然趋势。”据中国国际工程咨询公司核电评估中心主任王泽平预测,未来核电在东部沿海地区占比将达到核电发达国家水平。根据巴黎协定,我国承诺在2030年左右达到碳排放峰值,并在2030年前将非化石能源占一次能源消耗比重提高到20%。国家电投核能安全与发展部主任王晓航表示,中国在国际减排义务中的地位已由“参与”转化为“引领”,核能对于抑制气候变化的贡献不可替代,“目前的能源政策实现二氧化碳减排路径较慢,减排量较弱,不足以实现巴黎协定目标”。

  与此同时,核电也是我国“走出去”的“国家名片”,核工业全产业链的全球合作对构建开放型经济、提升我国国际影响力和竞争力将起到重要的支撑作用。虽然对核能的未来给出乐观预测,但核能发展也面临一些亟待解决的问题。在保证安全性的根本前提下,经济性、公众接受度和自主创新能力等问题受到与会专家的关注。近年随着技术进步,风电、光伏的造价发电成本明显下降,储能技术的发展将进一步助力其成本不断降低。反观核电,投资大、建造周期长、贷款利息高、设备和技术依赖进口程度较高,加之核安全标准越来越高,安全冗余不断增加,核电的建造和发电成本不降反升,形成了强烈反差。“从2009年到2017年,光伏的度电成本下降86%,风电的度电成本下降67%,而核电却增长了20%,也是唯一的度电成本上涨。”雷增光引用了来自国际投行Lazard的报告中的数据说明形势的严峻,“核电行业必须具备空前的危机意识和竞争意识,抓住未来几十年核电发展机遇,在保证安全之下尽量提高经济性,才能使得核电在与其他能源的竞争中占有一席之地。”雷增光表示,针对经济性问题,一是要不断创新发展核电技术,如采用非能动设计、简化冗余设备,采用模块式建造方式、缩短建造周期,从各个环节提高建造运行效率;二是要尽量采用成熟的制造工艺和技术,降低设备造价,同时也降低核燃料元件成本;三是要提高工程建设的过程管理,加强进度控制和投资控制。作为核电站建设质量和运行管理成果的一项体现,全国核电发电利用小时数近年来逐年增加。

  核能供热也是学术年会的一个热点话题,其推广应用也有助于改善能源结构,减排温室气体和改善城镇环境。“热电联供是一种方式,可以供给核电站周边用户;专用供热堆是另一种方式,因为固有安全性好,可以建设在城市近郊。”中国工程院院士叶奇蓁说。在热电联供方面,目前热网传输技术得到很大提高,可有效传输60~70公里,如果将在运在建和规划的核电站都抽取10%的蒸汽,就可能提供核电站周边百公里内的清洁供热。在专用供热堆方面,我国第一座5MW核供热试验堆于1989年建成并运行,目前国内有中核集团的“燕龙”泳池堆、国电投的“和美一号”、清华大学的壳式低温堆等技术方案。“核能供热现在是跟地方在谈,各个集团包括中核、中广核、国电投都在谈。”王寿君说,“首要的问题就是核科普,让老百姓说起‘核’不害怕。‘燕龙’泳池堆在原子能院就先用了,给自己的整个大楼供热。其实热交换并不都是直接通过,相关概念需要普及。”“将来如果一个堆既能发电,又能供热,又能提取同位素,还能制氢,成本就能降下来,也能更全面地造福社会。”王寿君对反应堆多用并举的美好前景作出展望。

  02核技术应用“做的还远远不够”

  核技术应用被称为核工业中的“轻工业”,是近年来快速发展起来的战略新兴产业。核技术应用与制造业43个细分行业中近三分之一的行业有关,广泛应于工业、农业、生物、医疗、食品安全、环保、资源勘探、公共安全等多个领域。由于具有突出的经济和社会效益,它日益受到国家的高度重视和市场的青睐。谈及目前我国核技术产业时,王寿君用“初具规模”来形容。“我国辐射科学和技术应用年产值的年增长率保持在20%左右,为全社会提供近10万个就业岗位。”王寿君说,“但是,与美国、欧洲、日本等发达国家相比,中国核技术应用产业仍有广阔的发展空间。”雷增光也在报告中给出了相关数据,2015年我国核技术应用产值达到了3000亿元,据2018年10月首届中国国际核应用产业大会发布的中国民用科技产业发展主旨报告推算,我国核技术应用产值有望在2030年突破万亿元,成为核领域一个可观的经济增长点。8月20日晚,学术年会开幕前举行了以“科技助力地方发展”为主题的高端闭门会议,核技术应用也受到与会者的热议。“包头是我国稀土产业中心,核专业里分离提取的一项前沿技术,能像‘钓鱼’一样直接把目标元素提取出来,可以借鉴到稀土元素的分离中。”中国科学院院士柴之芳提出建议,“另外内蒙古的中草药也很发达,如果和辐照技术结合,可以解决名贵中草药的保质贮存问题。”该闭门会议期间,由中国同辐原子高科、中核北方和包头市青山区政府签订了包头同位素药物中心投资意向协议,建成后这将成为中核集团在内蒙古落地的首个核技术应用项目,有望大幅提升当地核医疗技术水平。中国同辐股份有限公司董事长孟琰彬说:“核医学产业市场的前景非常广阔,上下游产业链已形成诸多经济增长点。我们准备在医疗上切入,和公立医院在影像诊断、放射治疗等方面开展合作。”孟琰彬还透露,不限于在包头,建设肿瘤专科医院甚至自建医院也是与地方合作的模式之一。“近年来,我国核医学的临床应用越来越广泛。特别是目前倍受公众关注的国际最尖端医学影像诊断设备之一PET/CT,已在许多大型三级甲等医院和区域医疗中心配置,其结合了PET技术的分子成像优势和CT技术的解剖结构成像优势,在肿瘤、神经系统和心血管疾病领域的应用得到了广泛的临床认可。”学术年会期间,清华大学精准医学研究院副院长何作祥接受记者采访时说。谈到我国核医学发展与欧美发达国家的差距时,何作祥说,国内核医学应用起步较晚,且应用规模的差距也较大,一些临床应用的放射性核素和药物还不能得到充足供应。相信随着国家经济和技术实力进步,PET/CT、PET/MR等高端设备逐步国产化,核医学将更好地服务广大患者。“生活的方方面面离不开核,食物保鲜离不开核,治病离不开核。还有核农学,我到阿根廷去,看到他们用核技术杀虫,就不用农药了。”王寿君在接受采访时说,“核技术应用这个市场太大了,现在做的还远远不够。就核医学来说很多都有需求,是我们跟不上需求。”王寿君还谈到,我国目前90%的同位素靠进口,所以生产同位素又是很大的一个市场。“过去我们没把这个作为重点,没做生产同位素的堆。现在需求量大了。”不同于核工业的核电、核燃料等板块由央企国企主导,在核技术应用的市场里,参与力量众多,民营企业也发展迅速。“现在很多都是海外一些留学生回来组成小团队,利用他们自己的学术优势和国外一些机构做起来的。有些民企是高学历高智商的创业团队,很有技术含量。只要是国家法律允许,依法工商注册,核或者别的领域民企当然都可以做。”王寿君对记者说。

  03世界核科技创新已呈现革命性突破的先兆

  从前端的核地质、核矿冶、核燃料循环、核仪器和核装备制造到中端的核武器、核动力、核电、核供热、核技术应用,再到后端的乏燃料处理、核设施退役、核废物处置,核产业是高科技的综合集成。全产业链上各环节需要多种学科、多个专业的协同,每个环节都有丰富的科学、技术和工程内涵,对人类科技进步和产业发展有很强的带动作用。“当前,我国正处于从核大国向核强国迈进的关键阶段。核工业在我国建设世界科技强国进程中,面临着率先实现核科技领域由跟跑向并跑,进而领跑的跨越发展机遇。”王寿君指出,“新一轮世界科学技术革命孕育新突破的重要领域中,核科学是新产业革命和能源革命的制高点,是我国战略必争重要行业。”近年来,世界核科技创新不断开辟新的前沿和方向,空间和深海核动力、先进核材料生产、小型模块式反应堆、高安全性能核燃料、核废料处理等领域,已呈现出革命性突破的先兆,并可能对未来世界政治经济格局产生重大影响。

  我国核科学技术创新也取得可喜成绩,加纳微堆低浓化改造、上海同步辐射光源、中国先进研究堆、全超导托卡马克实验装置、中国散裂中子源等大科学装置和先进核科学技术取得重大进展。散裂中子源,造价高、技术复杂、实验复杂,目前世界上只有四台。英国、美国、日本之后,中国科学院院士陈和生带领中科院高能物理所的项目团队用十二年建成“中国散裂中子源”大科学装置,成为我国目前单项最大的科学装置。陈和生院士在接受记者采访时介绍,“中国散裂中子源”大科学装置,2017年8月28日首次运行即取得成功,2018年3月通过国家验收,当年4月份就有第一篇用户文章发表,目前在国际上发表的中子散射方面的文章,由我国科学家署名的已占到13%,相关研究势头迅猛。尽管成绩喜人,但是我国在核科技开发利用以及核心能力等方面,与美、俄等世界先进水平相比还存在不足,基础研究相对薄弱,技术储备不足,在一些重要领域上存在缺项、短板。提高自主研发能力的重要性不言而喻,前述的核能、核医学等各领域都需要通过科技攻关以提升核心竞争力或满足更高程度的需求。

  来自包头的中国工程院院士李冠兴,在本届学术年会上被授予特别贡献奖,他在接受采访时说:“包头的中核北方曾为‘两弹一星’做出过突出贡献,这次选在包头召开学术年会,也是希望大家能来感受一下当年我们是如何攻坚克难,掌握自主技术,筑牢国家安全基石。面对新的历史机遇期,我们要传承‘两弹一星’精神,勇于攀登核科技新的高峰。”“未来中核集团将继续深耕于大型先进压水堆、小型模块化反应堆、第四代核能系统,先进核燃料元件、后处理、核废料处理处置等全产业链各领域的先进技术研发。”雷增光表示,“希望能与更多高校、院所深度合作,也希望能与兄弟集团建立深度合作机制,加快核能技术的研发进度。”“国电投集团计划推动核能产业从单一发电向多用途转变,同时也向核技术应用拓展和转型。为应对一系列挑战,正在开展大量技术创新的工作,在材料技术、工艺研发、安全与环境、自动化运维、数字化设计和燃料自主化等方面都设立了研发的方向。”王晓航说。学术年会的主旨报告涉及未来核能发展展望、智能时代的核电DCS新形态、核燃料后处理技术展望、空间同位素电源等多项议题,对于未来核科技事业发展具有重要的借鉴和参考价值。分会场交流覆盖20多个学科的热点问题和基础问题,成为核科学界学科最全面的展示交流,装备国产化、新材料开发、燃料新技术、核聚变、核探测技术等备受关注的问题都得到了深入探讨,“脑神经分子探针”“人工神经网络”等抢眼词汇也亮相报告之中。“我们必须让科技创新成为驱动发展的新引擎,加快形成核工业以创新为主要引领和支撑的新业态、新模式、新产业、新动能。”王寿君在致辞中如是强调。



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