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新版《可持续核能战略研究议程》草案
时间:2020年07月14日 来源:核科技太阳集团 点击量:556 分享:

 

2020年2月,欧盟可持续核能技术平台(SNE-TP)发布了新版《可持续核能战略研究议程》草案,介绍了欧洲核能的未来展望和欧洲部署的核能战略,并提出了欧洲核能领域未来将优先研究和开发的主题,涉及反应堆技术、使能技术和交叉领域技术三大技术主题领域以及非技术性交叉领域。

 

1 欧洲核能的未来

在为人类提供其所需能量方面,当今世界面临着巨大的挑战。世界人口和福利标准持续上升,导致能源需求不断增加,且超过了提高能源效率所带来的收益。同时,我们正面临全球变暖的威胁,这很大程度上应归功于满足人们能源需求的方式。

近年来,太阳app上许多机构研究证明,核能在当前低碳能源中占到了重要比例,并且在未来低碳经济和社会中将起到关键作用。许多研究发现,核能在能源结构中的份额下降了,而整体能源需求预计将大大增加,这就导致对核能发电需求的增加。

核能为欧盟提供了26%的电力和一半的低碳电力,并且符合欧盟能源政策的三大核心要求:环境可持续性、供应安全性和灵活性以及经济竞争力。核能除了为经济创造就业机会和创造价值外,还为社会带来许多其他好处。欧洲反应堆生产的放射性同位素已广泛用于医药、工业、农业和研究中。

SNE-TP在欧盟战略能源技术规划(SET-Plan)框架下成立,旨在整合和提升欧洲核裂变能研发能力以推动欧洲先进核能技术发展,助力欧洲实现能源系统2050年转型目标,并使欧洲在民用核能领域保持技术和太阳集团app领先地位。SNE-TP的研发框架涵盖了核能系统发展的三大重要支柱:轻水堆、快堆以及热电联产。图1为SNE-TP实现综合愿景的暂定路线图。



2 未来欧洲核能领域的优先研发主题2.1 反应堆技术(1)反应堆的建造和运行

该领域将重点关注如下主题:识别和分析金属部件老化机制,开发监测系统和预测工具以减缓其老化;加深对长期辐照条件下混凝土性能的理解,并开发监测方法;开发电缆状态监测和建模方法;基于物理建模和在线监测数据,开发反应堆主要部件的数字化模型;使用人工智能、虚拟现实、3D成像等先进技术降低反应堆的建造、维护、断电等成本,并提高其安全性。

(2)在役检查、资格认证和无损监测

该领域将重点关注如下主题:为所有机械组件开发带风险指引功能的在役检查系统;了解阻碍国家间认证转移的技术及其他障碍,开发应对方法或规程;设计可检查性功能;验证无损检测检验模拟软件的准确性;探索新的核电厂状态无损监测方法;设计高质量、简单、可靠的组件接口。

(3)先进反应堆和下一代反应堆

①MYRRHA项目。MYRRHA是欧盟正在开发的铅铋冷却加速器驱动研究堆,用于验证双重燃料循环中高放废物的嬗变。该项目将重点进行如下研究:燃料和材料认证研究,包括混合氧化物燃料与冷却剂的相互作用、瞬态过程中燃料棒失效极限、包壳腐蚀、铅铋合金冷却剂中材料的机械性能以及耐腐蚀涂层等;冷却剂化学控制,包括冷却剂自身控制、反应堆系统中放射性物质的释放和捕捉以及反应堆部件清洁;热工水力,包括研究流形以及潜在的滞留和分层、湍流传热建模、地震的热工水力效应和诱发晃荡的潜在影响以及潜在冷却剂冻结过程研究;组件测试,包括验证所有运行条件及瞬态条件下堆芯的完整性和可冷却性、通过对流固耦合引起的压降和振动进行实验和数值评估以评估事故场景中的故障风险、异常情况(如地震)下安全棒和控制棒的插入时间和可靠性评估、反应堆主泵液压设计的原理验证测试以及叶轮和轴承防腐蚀测试以及燃料处理机的原理验证和可靠性测试;加速器可靠性研究,包括进一步提高加速器部件的可靠性并开发快速容错恢复方案;仪表与反应堆控制研究,包括测试和评估反应堆的仪表与控制系统;仿真程序验证,涉及热工水力、化学、中子学、机械性能等方面;安全性评估,尤其要考虑严重事故等极端情况。

②钠冷快堆(SFR)。ASTRID是欧盟正开发的钠冷原型快堆,用于示范闭式燃料循环中的钠冷却剂技术。基于前期基础,将重点围绕如下主题研究:设计与安全性研究,确定由ASTRID钠冷快堆设计衍生出的商用1 000 MW快堆的功能描述和草图,并探索如何使钠冷快堆具备大型反应堆的成本竞争力;仿真和程序验证,包括堆芯多尺度和多物理现象建模、严重事故中物理现象建模以及反应堆化学风险评估;燃料及材料鉴定,增加对高燃耗时燃料的认知,以及对将奥氏体不锈钢作为包壳材料时的性能评估;仪器检查技术,开发可直接在钠冷却剂中操作的传感器和技术,尤其是用于速度测量的涡流流量计、中子测量(高温裂变室尽可能靠近堆芯)、利用声学传感器进行缺陷探测和目标可视化。

③ALFRED项目。ALFRED是欧盟正在开发的铅冷示范堆,用于示范闭式燃料循环中的铅冷却剂技术。该项目将重点进行如下研究:开发解决冷却剂腐蚀的策略和技术,包括材料开发、冷却剂化学以及表面处理等;燃料处理以及在役检查和维修;其他主题,包括燃料冷却剂相互作用、冷却剂中裂变产物研究、严重事故的进程及现象学研究等。

④气冷快堆(GFR)。GFR将重点围绕如下主题进行研究:燃料系统开发,尤其关注正常和意外条件下燃料的材料特性和性能研究;陶瓷或难熔包壳材料的选取、开发和测试;利用现有计算工具和核数据库验证气冷快堆设计;极端条件下余热排出系统的电气保障;制定应对严重事故的策略。

⑤高温反应堆(HTR)。HTR的技术成熟度相对较高,将重点围绕如下主题研究:冷却剂出口温度为750~850 ℃的高温反应堆示范和许可;HTR与热电联产及其他终端应用的结合;燃料制造的高性能、低成本质量控制,以及用于替代燃料循环或超高温反应堆的新型结构和功能材料的开发和测试,尤其是难熔金属和陶瓷复合材料;完善最大限度减少核废物的技术,如对受照石墨进行净化和再循环,或对基质石墨中的TRISO颗粒进行分离或再循环。

⑥熔盐堆(MSR)。MSR将重点围绕如下主题研究:熔融盐成分的物理和化学表征;液体燃料行为分析与开发;结构材料鉴定;系统仪表和控制;原型MSR的组件设计规则修改建议;开发现场燃料处理概念;堆外和堆内模型开发;开发MSR示范堆。

(4)小型模块化反应堆(SMR)

①轻水堆(LWR)。LWR方面将重点围绕如下主题研究:堆芯,其重点是在无可溶硼设计中使用可燃毒物;容器及其内部零件,开发紧凑型热交换器及相关制造工艺;使用非能动安全系统应对各种意外情况;严重事故处理策略,尤其将注意堆芯保留策略以及堆芯老化和熔化的应对;缩短现场施工时间;研究由于采用一个监控室监控多个模块的方式引起的人为因素问题;概率安全分析;许可方面,开发通用的水冷SMR安全分析方法以及设计评估方案。

②先进模块化反应堆。该领域主要围绕如下方面进行研究:实现SMR批量制造的相关研究,包括简化设计、紧凑型设计、更适合制造的设计以及尽量使用商业化元件;与工业应用结合的相关研究,包括确保工业过程与反应堆运行中的事故不会互相影响,以及通过开发负荷跟踪模式、储热技术和改变热量和电力生产比例使反应堆能够满足工业应用中波动的电力需求。

 

2.2 使能技术(1)核电厂安全

该领域将重点关注如下主题:开发扩展现有概率安全评估范围的方法;研究长期和多单元的安全功能丧失;开发和验证确定性和概率性安全分析的高级工具和方法;在电厂中集成新设备,评估其影响并降低其可能产生的压力;支持欧洲其余反应堆装置运行,尤其关注设计扩展工况事故和停堆工况;评估非能动安全系统执行指定功能的安全性和可靠性;建立数字仪表与控制系统可靠性的评估方法并与概率安全评估集成一体;研究容器内外熔体或碎片的可冷却性;缓解安全壳内气体爆炸的风险;评估事故源项并缓解其风险;开发乏燃料池事故缓解工具。

(2)燃料开发、燃料循环和乏燃料管理

该领域将重点关注如下主题:开发安全经济的燃料,包括开发新型先进耐事故燃料(ATF);提高燃料的循环利用率;改进装配设计和制造;改进用于验证燃料性能和安全的计算和验证程序;改进辐照后检验(PIE)的方法;确保关键实验设施(如研究堆和热室)的可用性;处理和贮存泄漏的燃料组件;了解乏燃料和贮存系统过去十年甚至更长时间的发展,优化贮存系统,以减少对经过长期贮存后的燃料和贮存桶的处理;针对一些具有挑战性的燃料(如高燃耗、多次循环的MOX燃料)和先进燃料(如ATF),开发先进的后处理和回收技术;利用先进一体化计算工具来开发综合废物管理策略。

(3)核电厂退役

该领域将重点关注如下主题:通过设计、材料选择、操作措施、有效的拆除技术以及开发先进的废物处理和调节技术,最大限度地减少核废料的产生;开发高效拆卸技术用于拆除结构与组件,包括远程拆卸技术;制定废物最小化的退役策略,包括将材料安全释放到环境中、回收或再利用以及利用可靠且成本效益佳的方式将其处置至极低放射性水平;学习现有退役经验,并确认废物管理和退役的最佳实践;开发用于废物清单评估以及工厂和设施评估的表征技术,以协助退役计划实施。

(4)社会、环境及经济方面

该领域将重点关注如下主题:从经济角度提高核能的竞争力,通过先进的确定性概率安全评估方法来提高可用因子以及优化安全裕度和功率提升率,改进非能动安全功能以提高运营经济性;提高核电在社会和政治方面的接受度,增进民众对核电的了解,在技术上与其他低碳能源技术进行对话和结盟以解决共同面临的跨领域研究问题,开展泛欧交流活动让公民可以自我教育并做出独立决定;提高核电在不断变化条件下的适应能力,分析包括电网干扰在内的间歇性外部负载对现有和新核电站安全功能的影响,分析新型危害(如无人机袭击、网络病毒等)对核电厂安全功能的影响,与旨在减少温室气体排放的可再生能源和其他能源技术进行技术对话和整合。

 

2.3 交叉领域技术(1)数字化、建模与仿真

该领域将重点关注如下主题:开发和验证多尺度、多物理场(如材料科学、热工水利和化学)和多相分析工具;开发和验证不确定性量化方法;开发确保整个反应堆寿期内数字连续性的方法,包括支持运行和维护的方法;通过数据分析确定可靠的指标,用于诊断反应堆的运行和维护状况以及确定组件的剩余寿命;将网络安全集成到数字化过程中,以消除整个寿期中的数字风险;通过机器学习技术来加强人工智能的开发与利用;加强对虚拟和增强现实工具的开发和利用,特别是在支持反应堆设计、运行和维护方面。

(2)材料

该领域将重点关注如下主题:LWR方面,开发先进的断裂力学方法和新的环境辅助疲劳评估方法,以缩小现有LWR组件安全评估的安全裕度范围;先进堆方面,最为关键的是示范材料的建造,以解决耐高温以及与液态金属和氦冷却剂兼容等问题;交叉领域方面,更加广泛应用先进制造方法、研究物理机理和开发相关模型、开发辐照后具有更好的耐高温和耐腐蚀性能的材料、开发材料性能鉴定的相关方法(尤其是焊缝和接头、内部应力评估和在线监测)以核材料测试基础设施的使用和维护。


2.4 非技术性交叉领域(1)研究基础设施

该领域将重点关注如下主题:收集、更新和维护太阳app研究基础设施数据库,同时与现有数据库运营组织合作;为这些基础设施的运营和维护创造良好的财务基础。

(2)协调一致

该领域将重点关注如下主题:扩大考虑进行在役检查和寿命管理的范围;将欧洲电力公司要求文件(EUR)与所有适用西欧核安全监管太阳集团(WENRA)参考水平的太阳app原子能机构(IAEA)标准和EC修订的核安全指令进行比对;欧盟通用预许可过程应包括技术内容的详细说明。

(3)教育、培训和知识管理

该领域将重点关注如下主题:发展多学科的知识和技能;确保核领域职位的稳定供需。

 

 

 来源:www.snetp.eu

核科技太阳集团 2020年第3期

 


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