解决人类终极能源问题需要哪几步？

“我们应该坚持‘热堆—快堆—聚变堆’核能‘三步走’战略。持续发展好热堆的同时，将快堆核能发展提上快车道，加强可控核聚变技术研发和工程示范，掌握人类终极能源的密码。”在7月10日中国核学会主办、中核集团承办的核能“三步走”院士论坛上，中国工程院院士叶奇蓁表示。

在核能“三步走”战略提出四十多年后的当下，核能“三步走”战略已进行到哪一步？核能“三步走”战略将如何开创未来能源新纪元？在核能“三步走”院士论坛上，多名专家深入探讨我国核能“三步走”的战略发展方向，共话未来能源新篇章。

核电发展空间巨大

“提到我国能源资源禀赋，人们常常讲‘富煤’、‘缺油’、‘少气’。实际上，丰富的非化石能源资源是我国能源资源禀赋的重要组成部分。在我国进入以非化石能源为主阶段时，核能将发挥重要基础性能源作用。”中国工程院院士杜祥琬表示。

“核电运行稳定，换料周期长，是当前乃至未来一段时间内唯一可以大规模替代化石能源的基荷电源，也是全生命周期碳排放最少的电源，在清洁替代和能源生产与消费革命的转型中具有突出的优势。从我国当前的发展阶段来看，科学、安全、有序地推动能源转型、实现‘双碳’目标离不开核能。”杜祥琬进一步解释道。

中国核能协会数据显示，2024年1—3月，全国累计发电量达22372.7亿千瓦时，运行核电机组累计发电量为1040.31亿千瓦时，占全国累计发电量的4.65%。

“目前，全球核电发电量占总发电量比例的平均值为10%，中国的核电发电量占比小于世界平均值，远小于发达核电国家。我国具有完整的核电产业链、强大的科研研究设施和人才队伍，核电发展空间巨大。”叶奇蓁表示。

走稳热堆：创新发展核电技术

作为核能“三步走”战略的第一步，我国的热堆发展经历从无到有、从小到大，达到型谱化、标准化、规模化发展，实现由“三代”核电向“四代”核电迈进。

当前，我国自主研发的具有完整知识产权的第三代核电技术“华龙一号”已实现批量化建设和海外出口。2023年12月，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站示范工程商运投产，标志着我国在第四代核电机组技术领域达到世界领先水平。

放眼未来，热堆技术优化提升将往更安全、更高效、更经济的方向发展。在叶奇蓁看来，推进耐事故燃料开发是热堆的创新发展方向之一。

“如果燃料本身具有很强的抗事故能力，就可以把放射性物质首先包容在第一道屏障内。在采用耐事故燃料后，压水堆批平均卸料燃耗会有相应提升，换料周期也将从18个月提高到24个月，从而节省燃料，提高可利用率。”叶奇蓁表示。

此外，与新技术的融合发展将提升热堆运维效率。“利用物联网和人工智能等先进技术，开发智能化的监测和控制系统，实现对反应堆运行状态的实时监控和预测性维护。通过大数据分析，优化反应堆的运行参数，提升运行效率，降低维护成本。”中核集团“华龙一号”总设计师邢继表示。

未来的核能应用赛道还将瞄准模块化小型反应堆。“模块化小型反应堆将在工厂集成组装，可能缩短核电工期，使项目在2—3年内完成。模块化小型堆可用于偏远地区及孤立电网热电联供，替代退役热电站实现城市区域供热，并在工业工艺供热，海水淡化等方面发挥作用。”叶奇蓁表示。

走实快堆：实现核能大规模可持续发展

相比热堆技术，核能“三步走”战略的第二步——快堆具有铀资源利用率高、反应堆固有安全性高、高放废物最小化等优势。

“热堆发展比较依赖天然铀，燃烧的是天然铀中只占0.7%含量的铀—235，大部分的铀资源没有被利用。而快堆可以利用天然铀资源中占比99%的铀—238，极大提高铀资源利用率。”叶奇蓁表示。

此外，快堆具有嬗变功能，能够将长半衰期、高放射性核素在堆内消耗掉，实现放射性废物最小化，解决核废料难以处理等问题，是实现核能大规模可持续发展的重要选择。

“无论是为了实现循环经济，提高铀资源的利用率；还是嬗变高放、长寿命核废物，都需要发展快中子反应堆核电站。及时启动核能‘三步走’战略的第二步，是摆在我们面前的战略任务。”叶奇蓁表示。

在中国科学院院士叶国安看来，世界各国纷纷将快堆技术视为推动核能创新发展的重要突破口，积极制定各种政策举措抢占发展制高点。一体化快堆核能系统被视为发展先进闭式燃料循环的现实选择，将引领全球新一代先进核能技术发展。

“发展核能‘三步走’战略，要走稳热堆、走实快堆、走好聚变堆。其中，走实快堆是关键一步。”叶国安认为，“为确保我国一体化快堆研发取得成功，需要策划实施一体化快堆国家科技重大专项，充分依托一体化快堆创新联合体、快堆产业联盟等重要平台，协同发挥国内产学研最优势力量，加速推动科技攻关和技术能力提升，为支撑国家能源安全、构建先进闭式燃料循环体系、抢占核科技战略制高点贡献重要力量。”

走好聚变堆：点亮清洁能源之梦

万物生长靠太阳，童谣里唱的“种太阳”，正在全人类的共同努力下一点点变成现实。模拟太阳核聚变而诞生的“人造太阳”，逐渐点亮人类向往的清洁能源之梦。

作为最早参与设计国际热核聚变实验堆计划（ITER）的国家之一，我国的工程和科技人员在过去的十多年里已经深入参加ITER的建设和研究工作，加快我国磁约束核聚变及高新技术产业发展步伐。

“聚变能是无污染、无长寿命放射性核废料，资源无限的理想能源。ITER的目标就是验证托卡马克运行模式，并为将来的热核聚变示范堆和商业堆做好科学和工程技术上的准备。同时，ITER的创新和衍生产品也推动了制造业、医药等领域的发展。”国际热核聚变实验堆（ITER）组织副总干事罗德隆表示。

“人们对受控核聚变充满期待，它将给我们带来能源的未来。未来，我国将继续推动快堆和聚变堆的发展，在核能科技领域实现更大突破。力争在本世纪中叶，让核聚变在我国点亮第一盏灯泡。”杜祥琬表示。

下一步，核能“三步走”战略将如何走深走实？对此，中核集团党组书记、董事长余剑锋表示，要大力推动热堆发展，推动“华龙一号”技术优化，推动高温气冷堆商业化推广和多用途应用，推动小堆全球推广；加快推动快堆发展，发展百万千瓦商用快堆，推进一体化快堆研发，力争2035年前实现一体化快堆工程示范，大型后处理厂建成投产，具备商业化应用条件；积极推动聚变研发，打造世界一流的中国聚变平台企业，开展氘氚试验，积极布局聚变未来产业，早日建成聚变先导实验堆和商用示范电站。

“核能‘三步走’战略实施四十多年来，我国始终坚持核能安全发展、创新发展，核电装机规模世界领先，核能技术迈入世界第一阵营。站在新时代新起点上，要加快推进核能‘三步走’战略更好地实施，以‘三步走’战略推进核能事业高质量发展，助力全面建设核工业强国，为以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴贡献‘核’力量。”中国核学会理事长、党委书记王寿君表示。