第四代核反应堆系统简介

第四代核能介绍

面对能源危机、雾霾围城，核能以绿色、高效、低碳排放和可规模生产的突出优势，成为较为理想的替代能源。作为一种可大规模替代化石燃料的清洁能源，核能在目前的世界能源结构中占有重要地位。然而，由于现有大规模应用的热中子反应堆存在资源利用率低、放射性废物不断积累和潜在核安全问题，开发更加清洁、高效、安全的新型核能系统对核能可持续发展意义重大。

2014年1月，“第四代核能系统国际论坛组织（ＧＩＦ）”官方发布的“第四代核能系统技术路线更新图”，选出了6种创新反应堆概念及其支持性的燃料循环供进一步的合作研究与开发。一：气冷快堆（GFR）——快中子谱、氦冷反应堆和闭合燃料循环；二：超高温反应堆（VHTR）——采用一次通过式铀燃料循环的石墨慢化氦冷反应堆；三：超临界水冷反应堆（SCWR）——在水的热力学临界点以上运行的高温高压水冷反应堆；四：钠冷快堆（SFR）——快中子谱、钠冷堆和有效管理锕系元素和转化铀-238的闭式燃料循环；五：铅冷快堆（LFR）——快中子谱、铅或铅/铋低共熔液态金属冷却反应堆和有效转化铀-238和管理锕系元素的闭合燃料循环；六：熔盐反应堆（MSR）——在超热中子谱反应堆中用循环的熔盐燃料混合物生产裂变电力和使用全部锕系元素再循环的燃料循环。以上反应堆预计在今后30年内可投入使用。相对的优点包括基建费用减少，核安全性提高，核废物产生量最小，并且进一步减小了武器材料扩散的风险。

而其中，铅基反应堆备受关注。铅基材料（铅、铅铋或铅锂合金等）作为反应堆冷却剂，能使反应堆的物理特性和安全运行具有显著优势，铅基反应堆主要特点如下。

第四代核电站建设计划方案

1. 引言

核能作为清洁、高效的能源来源，对于解决全球能源需求和减少碳排放具有重要意义。第三代核电站的建设和运营取得了显著的成果，但仍然存在一些挑战，如核废料处理和安全性问题。为了进一步改进和发展核能技术，第四代核电站的建设已经成为国际能源界的热点议题。本文将详细介绍第四代核电站的建设计划方案。

2. 第四代核电站概述

第四代核电站是在第三代核电站技术基础上进行全面升级和改进的能源工程项目。其设计目标是提高核能的利用效率、减少核废料产生、降低核能的风险和提高安全性。

第四代核电站主要包括四个方面的技术创新：

1. 更高的燃料利用效率：通过引入更先进的燃料循环和反应堆设计，使核燃料的利用效率从目前的3%提高到30%，极大地减少核废料的产生。

2. 更安全的核反应堆：采用可关闭系数大于1的设计，大大降低核能的风险。同时，引入先进的控制系统和被动安全系统，提高核电站的抗腐蚀和抗恶劣环境的能力。

3. 更有效的核废料处理：结合先进的辐照技术和高温处理技术，将核废料转化为安全的低放射性物质，减少对长期储存的需求。

4. 更广泛的应用领域：第四代核电站不仅可以用于发电，还可以用于海水淡化、石油加工等领域，实现多种能源的综合利用。

3. 第四代核电站建设方案

第四代核电站的建设方案需考虑多个因素，包括技术、经济、环境和社会等方面。以下是一个典型的建设方案：

3.1. 技术选择

基于经验和前期研究，选择一种具有先进技术的第四代核反应堆作为核电站主体。核反应堆的选择应综合考虑设计参数、燃料循环、安全性和可靠性等方面。

第四代核反应堆性能特性及优缺点评价

发布时间：2021-06-01T05:22:16.828Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年28期作者：范黎钱怡洁李辉[导读] 第四代核反应堆系统（Gen-IV）指未来的核裂变反应堆系统，无论是从反应堆本身还是从燃料循环方面都将有重大革新和发展。

中国核电工程有限公司

1 第四代核反应堆概念与提出背景

第四代核反应堆系统（Gen-IV）指未来的核裂变反应堆系统，无论是从反应堆本身还是从燃料循环方面都将有重大革新和发展。当前多国都在对第四代核能系统进行研发，预计这一代技术将在2030年前后投入实际应用，第四代核反应堆目标是更好地解决安全和废料问题，尤其是核不扩散的问题等。

1999年6月，美国能源部提出第四代核能系统（Gen IV）的概念。2001年1月，美国、加拿大、法国、英国、阿根廷、巴西、日本、韩国和南非等9个国家联合成立“第四代国际核能论坛”（GIF），同时签署了GIF《宪章》，从而使成员国保持适当的水平积极参与GIF项目的合作。目前签署GIF《宪章》的国家已达到13位成员。同时，国际原子能机构（IAEA）、国际经济合作组织核能署（OECD/NEA）是GIF的观察员。

2 第四代核反应堆主流堆型与共性目标

在经过对近100种第四代核能系统概念进行筛选后，2002年GIF和美国能源部联合发布了《第四代核能系统技术路线》，选出6种最有前景的堆型作为第四代核能系统技术，分别是：

气冷快堆（GFR）；

铅冷快堆（LFR）；

熔盐堆（MSR）；

钠冷快堆（SFR）；

超临界水冷堆（SCWR）；

一、世界核电站可划分为四代

第一代核电站：

自50年至60年代初苏联、美国等建造的第一批单机容量在300MWe左右的核电站，如美国的希平港核电站和英第安角1号核电站，法国的舒兹(Chooz)核电站，德国的奥珀利海母(Obrigheim)核电站,日本的美浜1号核电站等。第一代核电

厂属于原型堆核电厂，主要目的是为了通过试验示范形式来验证其核电在工程

实施上的可行性。

第二代核电站：

第二代核电厂主要是实现商业化、标准化、系列化、批量化，以提高经济性。

自60年代末至70年代世界上建造了大批单机容量在600－1400MWe的标准化和系列化核电站，以美国西屋公司为代表的Model 212（600MWe，两环路压水堆，堆芯有121合组件，采用12英尺燃料组件）、Model 312（1000MWe，3环路压

水堆，堆芯有157盒组件，采用12英尺燃料组件，），Model 314 （1040MWe，3环路压水堆，堆芯有157盒组件，采用14英尺燃料组件），Model 412

（1200MWe，4环路压水堆，堆芯有193盒组件，采用12英尺燃料组件，）、Model 414（1300MWe，4环路压水堆，堆芯有193盒组件，采用14英尺燃料组件）、System80（1050MWe，2环路压水堆）以及一大批沸水堆（BWR）均可划

入第二代核电站范畴。法国的CPY，P4，P4′´也属于Model 312，Model 414一类标准核电站。日本、韩国也建造了一批Model 412、BWR、System80等

标准核电站。

第四代核能系统的特点及其热力循环

第四代核能系统的特点

第四代核反应堆技术有别于第三代先进反应堆。它在拓宽核能和平利用空间，提高核安全性、经济性等方面提出了一系列更加新颖的规划设想，包括更合理的核燃料循环、减少核废物、防止核扩散以及消除严重事故、避免厂外应急等。

2002年第四代核能系统国际论坛选择了以下6种技术方案作为第四代核反应堆重点开发对象。

1.超临界水冷堆（SCWR）

SCWR是在水的热力学临界点以上运行的高温、高压水冷堆。SCWR效率比目前轻水堆高1/3，采用沸水堆的直接循环，简化了系统。在相同输出功率下，由于采用稠密栅格布置以及超临界水的热容大，因此SCWR只有一般轻水堆的一半大小。

超临界水冷堆及其系统

因为反应堆的冷却剂不发生想变，而且采用直接循环，可以大大简化系统。

SCWR参考堆热功率1700MWt，运行压力25MPa，堆芯出口温度510℃，使用氧化铀燃料。SCWR的非能动安全特性与简化沸水堆相似。SCWR结合了轻水反应堆和超临界燃煤电厂两种成熟技术。由于系统简化和热效率高（近效率达44%），发电成本可望降低30%，SCWR在经济上有很大竞争力。

日本提出的热中子谱超临界水堆系统是较为典型的压力容器式反应堆。该方案取消了蒸汽发生器、稳压器和二回路相关系统，整个装置是一个简单的闭式直接循环系统。超临界压力水通过反应堆堆芯加热直接引入汽轮机发电，实现了直接循环，使系统大大简化。系统压力约25.0MPa，反应堆的冷却剂入口温度为280℃，出口温度为530℃。装置热功率为2740MW，净效率高达44.4%，可输出1217MW 电功率

新型核反应堆的设计和开发近年来，人类对新型核反应堆的研究和开发越来越广泛。相比于传统的核反应堆，新型核反应堆更加安全、高效、环保。接下来我们将从设计和开发两个方面来探讨新型核反应堆。

设计

新型核反应堆的设计是核反应堆领域研究的重要一环。设计的主要目的是提高能量利用效率，同时保证核反应的安全性和环保性。以下是几个新型核反应堆的设计。

1. 波澜式反应堆

波澜式反应堆是目前最先进的核反应堆之一。它能够将石墨的中子速度降低，从而提高反应截面。同时，这种反应堆内部的燃料棒处于均质状态，能够有效地避免燃料排布的不利影响，使核反应更加平稳。

2. 高温气冷堆

高温气冷堆是一种非常安全、环保的核反应堆。这种反应堆使用氦气冷却燃料，能够在高温下运行，从而使反应堆更加高效。同时，这种堆还可以利用氦气进行回收，实现资源的再利用，有利于环保。

3. 脉冲燃料堆

脉冲燃料堆是一种使用小块燃料的核反应堆。这种反应堆采用快中子冲击燃料，在短时间内产生高温反应，从而实现更高的反应效率。由于燃料块较小，因此有利于减少辐射的泄漏，有利于保障人们的健康。

开发

新型核反应堆的开发是核反应堆领域的重头戏。开发的主要目的是打造更稳定、更高效的核反应堆，并形成相应的产业链。以下是几个新型核反应堆的开发。

1. 第四代核反应堆

第四代核反应堆是当前新型核反应堆开发的主流之一。这种反应堆具有更高的热效率和更好的能量转换率，能够使核反应更加高效。同时，这种反应堆还采用微小的燃料棒进行燃烧，比传统的反应堆更加安全。

2. 钍液态核反应堆

钍液态核反应堆是一种非常有前途的核反应堆。这种反应堆在反应时使用钍，能够实现核反应的可持续性。同时，这种反应堆的燃料可以重复使用，有利于资源的再利用，有利于环保。

竞逐第四代核能

作者：暂无

来源：《能源》 2014年第6期

文 | 本刊记者张慧

在全球在建核电都逐步过渡到三代技术的同时，第四代核能系统已经成为全球核能研究人

员在未来多年内重点研究的课题。

2 014 年4月中旬，在北京举办的第十三届中国国际核工业展览会上，中国核工业建设集

团公司（以下简称“中国核建”）在其展台展示的主角是60万千瓦球床模块式高温气冷堆商用核电站主题模型。

作为当前中国核建重点推荐的堆型之一，高温气冷堆被称为“具有第四代核能系统特征”

的先进堆型，在这个以“三代核电技术”为主流的展厅内，引来不少参展观众对它的关注。

而与此同时，其示范工程——位于山东荣成的石岛湾高温气冷堆项目正在抓紧时间建设中。2007年1月，中国核建和中国华能集团公司、清华大学合作，各出资32.5%、47.5%、和20%组

建了石岛湾核电公司，负责示范工程的建设与运营管理。

此示范项目被冠以“世界首台具备第四代核能系统安全特性的商用核电机组”的称号。虽

然装机容量只有20万千瓦，中国核建、华能集团、清华大学对此都寄予厚望，因为这决定了

它的扩大机组—— 6 0万千瓦装机容量的高温气冷堆项目能否向前推进。

受2 011年福岛核事故的影响，核电的安全性成为发展核电国家最为重视的问题。在全球

在建核电都逐步过渡到三代技术的同时，第四代核能系统已经成为全球核能研究人员在未来多

年内重点研究的课题。在他们看来，第四代核能系统代表了先进核能系统的发展趋势和技术前沿。

反观我国，除上述三家致力于高温气冷堆的企业、学校外，多家核能研究机构都对第四代

四代核电站原理

Nuclear power has been a controversial topic for decades, with both its supporters and detractors having valid arguments. The fourth generation nuclear power plants represent a new approach to nuclear energy, incorporating advanced technologies and safety features to address the concerns associated with previous generations. These next-generation reactors are designed to be

more efficient, sustainable, and safer than their predecessors.

核能源几十年来一直是一个有争议的话题，支持者和批评者都有合理的观点。第四代核电站代表了核能源的新方法，融合了先进技术和安全特性，以解决与以前几代核电站相关的担忧。这些下一代反应堆的设计比他们的前任更高效，更可持续，更安全。

One of the key features of fourth generation nuclear power plants is the use of advanced materials that can withstand high temperatures and extreme conditions. This allows for higher operating temperatures, leading to increased efficiency in converting heat into electricity. Additionally, these materials are more resistant to

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