世界核电、核能应用发展的历史、现状和趋势

本文经整理而得，大部分内容转自知乎 我所认识的核电（1）——初识核电 作者：别叫姜总叫姜工

自19世纪末人类开始发现核能以来，经过200余年的发展，核能、核技术的研发与应用不断取得实质性突破，现在已经与人们的生活和工作紧密相连。核电是人类利用核能推动经济发展，造福社会的主要形式之一。从上世纪50年末前苏联建成首座商用核电厂以来，目前全球建成在运核电机组已达450余台。同时，60余年间，核电技术也经历了从一代原型堆到二代商业化反应堆，再到三代先进大功率核反应堆的迭代升级，以及对安全性、经济性更高的四代核电技术的探索和实践。

核能（nuclear energy）是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的发现和应用奠定了基础。

科学家对核能的探索，最早可追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

• ●1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线。
• ●1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。
• ●1898年，居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。
• ●1902年，居里夫人经过三年又九个月的艰苦努力又发现了放射性元素镭。
• ●1905年，爱因斯坦提出质能转换公式。
• ●1914年，英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。
• ●1935年，英国物理学家查德威克发现了中子。
• ●1938年，德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。
• ●1942年12月2日，美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。
• ●1945年8月6日和9日，美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。

第一代核电技术（20世纪50年代中期至60年代中期）

核能在军事上展示出巨大的威慑力后，开始向发电领域拓展。1954年，前苏联建成了世界上第一座商用核电厂——奥布灵斯克核电厂，开启了核能应用于能源、工业、航天等广泛领域的先行示范。世界上第一座商用核反应堆，奥布灵斯克核电站 1957年，美国建成功建成功率为90MWe的希平港原型核电厂，容量是奥布灵斯克核电厂容量（5MWe）的16倍。

前苏联、美国的原型机投入商运，证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。第一代核电技术起始于20世纪50年代中至60年代中期。

第一代核电技术主要特点是：多为早期原型机，使用天然铀燃料和石墨慢化剂。设计上比较粗糙，结构松散，尽管机组发电容量不大，一般在30万千瓦之内，但体积较大。且在设计中没有系统、规范，科学的安全标准作为指导和准则，存在许多安全隐患。它的意义在于，具有研究探索的试验原型堆性质，证明了核能发电的技术可行性。

第一代核电厂主要堆型有：美国希平港核电厂、德累斯顿核电厂、英国卡德霍尔生产发电两用的石墨气冷堆核电厂、前苏联APS-1压力管式石墨水冷堆核电厂、加拿大NPD天然铀重水堆核电厂。

第二代核电厂（20世纪60年代至90年代）

在上世纪60年代后期，核电迎来二代核电技术时期。相比一代核电技术，二代核电技术是较为成熟的商业化反应堆，使用浓缩铀燃料，以水作为冷却剂和慢化剂，其堆芯熔化概率和大规模释放放射性物质概率分别为10-4和10-5量级。反应堆寿命约为40年。二代核电厂的意义在于，证明了核电发电技术可行性，以及其可与火电、水电竞争的经济性。

在第一代核技术的基础上，二代核电技术实现了商业化、标准化，单机组的功率水平在第一代核电技术基础上大幅提高，达到百万千瓦级。

上世纪70代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的。在国内，我们熟知的秦山核电厂、田湾核电厂机组采用的都是二代核电技术，在福岛事故之后，相应地得到了改进。

二代核电厂的主要堆型有：压水堆（PWR）、沸水堆（BWR）、重水堆（PHWR）、石墨气冷堆（GCR），以及石墨水冷堆（LWGR）等。

技术路线上，美国西屋公司为代表的Model系列、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厂范畴。法国的CPY，P4，P4′也属于Model系列标准核电厂。日本、韩国也建造了一批Model412、BWR、System80等标准核电厂。

三代核电技术（20世纪90年代至今）

1979年三里岛、1986年切尔诺贝利核电厂事故爆发后，上世纪90年代，美国和欧洲先后出台《先进轻水堆用户要求文件》（URD文件）和《欧洲用户对轻水堆核电厂的要求》（EUR文件）。国际上通常把满足这两份文件之一的核电机组称为第三代核电机组。

相较二代核电技术，三代核电厂是具有更高安全性、更高功率的新一代先进核电厂。其堆芯熔化概率和大规模放射性物质释放概率分别为10-7和10-8量级。反应堆寿命约60年。

三代核电厂的主要堆型有先进沸水堆（ABWR）、非能动先进压水堆（AP1000）、欧洲压水堆（EPR）等。System80+已获美国NRC批准，但美国已经弃用。

中国自主产权的“华龙一号”、“国和一号”和“玲龙一号”属于三代核电技术中的杰出代表，已成为国际闻名的“中国名片”。当地时间2021年5月20日1时15分，“华龙一号”海外首堆工程——巴基斯坦卡拉奇2号机组正式投入商运。

第四代核电技术（20世纪末至今）

第四代核电技术概念由1999年6月美国克林顿政府的能源部首先提出，并得到中国、英国和日本等一些国家的支持。 第四代核电技术是指待开发的先进核电技术，主要特征是拥有更好的经济性，安全性高和废物产生量少，无需厂外应急，并具有防止核扩散能力。第四代核电堆型代表有钠冷快堆、极高温气冷堆、铅冷快堆、气冷快堆、熔盐堆和超临界水堆等。

微软创始人比尔·盖茨推动的行波堆技术，以及我国自主研发的高温气冷堆、快堆属于四代核电厂范畴。 在四代核技术研发和实践方面，中国走在了世界前列。

• 2006年12月25日，华能、核电、清华三方成立华能山东石岛湾核电厂20万千瓦级高温气冷堆核电示范工程。10MWe试验电站已建设成功。
• 2010年10月21日，由中核集团中国原子能科学研究院自主研发的中国第一座快中子反应堆——中国实验快堆（CEFR）达到首次临界。
• 这是我国核电领域的重大自主创新成果，意味着我国第四代先进核能系统技术实现了重大突破。由此，我国成为继美、英、法等国之后，世界上第八个拥有快堆技术的国家之一。
• 2012年12月9日，华能石岛湾核电厂重新开工建设。石岛湾核电厂的开建，标志我国在四代核电的技术研发上已处于世界领先地位。
• 2021年8月21日16时09分，我国自主产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电厂示范工程首批核燃料成功装入1号反应堆，标志着世界首台球床模块式高温气冷堆正式进入“带核运行”状态，为今年并网发电奠定坚实基础。

积极有序发展核电已上升为国家战略，成为我国推进“双碳”目标如期达成的重要路径。

世界核电发展的四个阶段

自1951年12月美国实验增殖堆1号（EBR-1）首次利用核能发电，1954年6月苏联第一座核电厂（奥布宁斯克）首次向电网送电，到现在核电已有近70余年的历史。核电发展大致经过了验证示范、高速发展、滞缓发展和复苏发展四个阶段。现在处于复苏发展阶段。

验证示范阶段（1954年-1965年）

1942年12月美国在芝加哥大学建成世界上第一座核反应堆（[费米反应堆]， fermi reactor），证明了实现受控核裂变链式反应的可能性。但当时正处于第二次世界大战期间，核能主要为军用服务。美国、苏联、英国和法国为了配合原子弹的发展，先后建成了一批钚生产堆，随后开发了潜艇推进动力堆。

从50年代初开始，美、苏、英、法等国把核能部分地转向民用，利用已有的军用核技术，开发建造以发电为目的的反应堆，从而进入核电验证示范的阶段。美国在潜艇动力堆的技术基础上，于1957年12月建成希平港(Shipping port)压水堆核电厂，于1960年7月建成德累斯顿(Dresden-1)沸水堆核电厂，为轻水堆核电的发展开辟了道路。英国于1956年10月建成卡尔德霍尔(Calder Hall A)产钚、发电两用的石墨气冷堆核电厂。苏联于1954年建成奥布宁斯克(APS-1)压力管式石墨水冷堆核电厂后，于1964年建成新沃罗涅日压水堆核电厂。加拿大于1962年建成NPD天然铀重水堆核电厂。1954年-1965年间全球共有38台核电机组投入运行，这些核电厂显示出比较成熟的技术和低廉的发电成本，为核电的商用推广打下了基础，。

高速发展阶段（1966年-1980年）

60年代末70年代初，各工业发达国家的经济处于上升时期，电力需求以十年翻了一番的速度迅速增长。各国出于对化石燃料资源供应的担心，寄希望于核电。美、苏、英、法等国都制订了庞大的核电发展计划。后起的联邦德国和日本，也挤进了发展核电的行列。一些发展中国家，如印度、阿根廷、巴西等，则以购买成套设备的方式开始进行核电厂建设。

1966年-1980期间全球共有242台核电机组投入运行。

在核电大发展的形势下，美、英、法、联邦德国等国还积极开发了快中子增殖堆和高温气冷堆，建成一批实验堆和原型堆。

滞缓发展阶段（1981年-2000年）

1979年世界发生了第二次石油危机。在这以后，各国经济发展速度迅速减缓，加上大规模的节能措施和产业结构调整，[电力]需求增长率大幅度下降。1980年仅增长1.7%，1982年下降了2.3%。许多新的核电厂建设项目被停止或推迟，订货合同被取消。例如1983年以前美国共取消了108台核电机组以及几十台火电机组的合同。

1979年3月美国发生了三里岛核电厂事故，1986年4月苏联发生了切尔诺贝利核电厂事故，对世界核电的发展产生重大影响，公众对核电站抵制情绪增加，全球核电发展速度明显放缓。加之为保证核电的安全性，美国在三里岛事故后所采取的提高安全性的措施，使核电厂建设工期拖长，投资增加，核电厂的经济竞争力下降，特别是投资风险的不确定性阻滞了核电的继续发展。据国际能源机构统计，1990年至2000年间，全球核电总装机容量年增长率由此前的17%降至2%。

不过在此期间各核工业发达国家均积极为核电的复苏而努力，从80年代末到90年代初开始着手制订以更安全、更经济为目标的设计标准规范。美国率先于1990制订了先进轻水堆的电力公司要求文件(Utility Requirements Document，URD)，同时理顺核电厂安全审批程序。西欧国家于1994年制订了欧洲的电力公司要求文件(EUR)，日本、韩国也在制订类似的文件(分别为JURD和KURD)。这些文件的基本思想和原则都是一致的。各核电设备供应厂商通用电气按URD的要求进行了更安全、更经济轻水堆型的开发研究，美国通用电气公司同日本东芝公司、日立公司联合开发了先进沸水堆ABWR，美国ABB公司开发了压水堆System 80+，美国西屋公司开发了非能动安全型压水堆AP600，法国法马通公司和德国西门子公司联合开发了欧洲先进压水堆EPR等，其中ABWR、System80+和AP600获得了美国核监管委员会(USNRC)的最终设计批准书(final design approval，FDA)，并有两台ABWR机组在日本建成投产，运行情况良好。与此同时，一些发展中国家也继续坚持发展核电。中国大陆在90年代初建成三台机组，另有8台批准建设。中国还帮助巴基斯坦建设了30万千瓦的恰希玛压水堆核电厂。

复苏发展阶段（2001年-至今）

进入21世纪以后，随着世界能源日趋紧张、温室气体减排压力增加，加上核电技术的在安全性和经济性上取得进步，核电再度受到青睐，多国开始重新积极制定新的核电发展规划。其间，日本福岛核泄漏事故虽然迫使各国重新评估核电事故影响，调整核电发展规划，但并未从根本上改变核电大国发展核电的态势，只是对核电机组的设计和运行安全提出了更加严格的要求。核电作为一种经济、稳定、可持续的能源，其复苏发展的趋势并没有改变。2012年，美国相继批准建设4台AP1000机组；2013年，英国、法国、西班牙等12个国家联合签署部长级联合宣言，将继续维持核能发电；俄罗斯、印度等发展中大国也都积极增加核电投资。除这些传统大国外，出于对环保、生态和世界能源供应等的考虑，阿联酋、白俄罗斯、孟加拉、土耳其、埃及、波兰、越南、尼日利亚等越来越多的国家正考虑或启动建造核电站计划。中国的核电建设在此阶段开始提速，截止2020年底中国大陆在运的49台核电机组中，有46台是2000年之后投入商运的；而截止2020年底全球在建的55个核电机组中，有约1/4（16台）在中国建设。

世界核电现状

截至2020年底，全球共有444台机组在运，分布在32个国家，核电装机容量4亿千瓦左右，另有55台机组在建，装机容量接近6000万千瓦。IAEA专家认为，目前全球核电有四个趋势值得关注：

• （1） 作为清洁能源，核电是全球减碳的主要贡献者，未来可发挥更大作用；
• （2） 人类要有效应对能源需求、气候变化、环境保护挑战，核电份额需稳步提升；
• （3） 从核电发展地域和技术看，世界核电发展的中心正从欧洲、北美向亚洲转移；
• （4） 核电持续发展需要各国综合性的政策支持。

截止2019年底全球在运行机组分布情况见表3-1，截止2020年底世界各国核电机组数量见表3-2。

全世界拥有或曾经拥有、计划建设核电的国家有30多个，限于篇幅，本节重点介绍拥有（或曾经拥有）本国自主的核电技术且对世界核电技术的发展有重要影响的国家，而中国核电将单列章节进行介绍。

美国的核电发展

美国是世界核电发展的先驱。美国在潜艇动力堆的技术基础上，于1957年12月建成希平港(Shipping port)压水堆核电厂，于1960年7月建成德累斯顿(Dresden-1)沸水堆核电厂，为轻水堆核电的发展开辟了道路。在轻水堆核电的经济性得到验证之后，美国国内形成核电厂建设的第一个高潮， 1967年核电厂订货达到2560万千瓦；从1969年开始，美国核电总装机容量超过英国，居世界第一位，1973年美国核电总装机容量占世界的2/3。1973年世界第一位石油危机后，为摆脱对中东石油的依赖，形成了第二个核电厂建设高潮。1973、1974两年，共订货6690万千瓦。美国国内最多时有130多座各类核反应堆。

图3-1：美国帕洛维德（Palo Verde）核电站。（这个比较牛，位于亚利桑那州凤凰城以西72公里，不仅是美国最大的核电站，也是世界上唯一一个建在沙漠地区且不靠近大型水域的核电站，唯一一个使用市政废水冷却的核电站，唯一一个号称零排放的核电站。该电站由三个压水反应堆机组）

1979年3月三里岛事故后美国的核电发展转入低潮，自1978年至2012的美国国内没有任何核电厂订货。虽然44年间美国国内没有再新建核电站，但是其核电技术的发展却一直处于世界领先地位，美国的各类核电技术也一直是世界主要核工业国家核电技术的基础或源头。

图3-2：美国三里岛核电站

在第二代核电发展过程中，美国对世界核电技术版图影响较大的轻水堆堆型就有7种之多，详见表3-1。

表3-1：美国主要第二代压水堆堆型

表3-1中的6个压水堆堆型，5个Model系列为西屋公司开发，System80是美国燃烧工程公司（CE，2001年被西屋合并）开发，BWR系列沸水堆则为美国通用电气公司（GE）开发。Model系列的五种堆型实际上是三个系列，Model系列代号中的212、312、414等，第一位表示环路数，后两位表示燃料组件的长度（12或14英尺）。Model212、Model312/314、Model412/414也被调侃的称为二代压水堆中的“西屋三兄弟”。

目前世界主要的核电大国中，韩国和日本的技术从初期就由美国引进，日本先后引进了压水堆Model212、Model312、Model412系列，沸水堆BWR-2/3/4/5系列。韩国的压水堆则以美国的System80系列为基础开发。而英法两国在发展气冷堆受挫后也陆续转而引进美国的压水堆技术。法国核电最主要的三环路压水堆堆型CPY，四环路压水堆P4，即分别以美国三环路压水堆Model312和四环路压水堆Model414为原型。而CPY的出口型号M310对中国核电的影响就无需赘述了。德国的沸水堆直接引进美国的BWR-5/6系列，压水堆则引进了美国的Model212、Model312系列，后来独立发展了自己的四环路Konvoi堆型。英国第一座也是最后一座压水堆塞兹韦尔B（Sizewell B）核电站也是参考的西屋Model系列技术，极有可能是四环路的Model412或Model414。

在三代核电的发展过程中，美国率先于1990制订了先进轻水堆的电力公司要求文件(Utility Requirements Document，URD)，该文件为目前所有三代核电技术要求的蓝本。在三代核电的研发上，美国的AP600、AP1000和System 80+都是标准的三代核电堆型。尤其是AP系列堆型，其开创性的推出了非能动的安全功能设计，是第三代革新性核电站的典型，目前采用AP1000技术的中国三门一期和海阳一期共四台机组全部建成发电。而作为美国第三代改革性核电堆型的代表，System 80+虽未进行实际建设，但韩国基于System 80+技术转化的APR1400堆型已于2016年在韩国建成发电（古里核电站3号机组），并成功出口阿联酋四台。而目前唯一的第三代沸水堆ABWR，则由美国通用电气公司和日本东芝、日立公司联合开发。至于基于法国N4机组和德国Konvoi机组研发的EPR和美国技术的关系就不再多说了。

可以这么说，在第二、三代轻水堆核电技术方面，除了独立发展压水堆和石墨沸水堆技术的前苏联（俄罗斯）外，其余所有的核电大国（包括我国）的轻水堆核电技术都直接或间接源自美国。

在第四代核电方面，美国为2000年1月组成的“第四代国际核能论坛(GIF)”的倡议国和核成员国。GIF选定的6中第四代核电堆型中，超高温气冷堆、熔盐堆最早的技术源头都在美国，美国小型自然循环铅冷快堆SSTAR也是GIF铅冷快堆系统指导委员会选择的三种参考堆型之一。不过，由于近二十年来美国在核电方面投入不算很大，所以目前美国在四代核电技术的研发发面没有明显的领先优势。

截止2020年底，美国共有94台核电机组在运行，2台AP1000机组在建。长期以来，美国核发电占比保持在20%左右。虽然自1978年以来美国没有成规模建设核电机组，但通过升级改造、提升容量，相当于新建了6-8台百万级核电机组。美国核电业界运行水平也很高，加之政府也给予电力消纳方面的支持，其机组能力因子近年来保持在92%左右，核电有效利用率极佳。美国政府在核电中小型反应堆、先进堆等方面也持续给予政策和资金支持，以期保持其在先进核电技术方面的领先地位。

苏联(俄罗斯)的核电发展

前苏联也是世界核电发展的先驱，其主要发展的核电堆型也是轻水堆（沸水堆和压水堆），和美国不同的是，前苏联在沸水堆技术方面大力发展的是石墨沸水堆。1954年，苏联在军用石墨水冷型生产堆的基础上建成了奥布宁斯克核电站，这是前苏联也是世界上第一座商用核电站，此后前苏联在此基础上开发建设了一大批石墨沸水堆核电厂，即RBMK系列。同时前苏联在军用潜艇动力堆的基础上，开发了具有苏联特色的压水堆核电厂，即VVER系列。

RBMK是“先进大功率压力管水冷石墨反应堆”的简称，其堪称是石墨水冷堆极致，单机组最大电功率高达150万千瓦。不过由于RBMK系列石墨沸水堆的基本安全原则和装置设计存在缺陷，最终在一连串连锁反应下导致了1986年切尔诺贝利核事故，石墨水冷堆技术也就此在全世界范围内被放弃，截止2020年底此类机组在全世界范围内仅东欧和俄罗斯还有13台机组在役。

图3-3：事故后的切尔诺贝利核电站（RBMK-1000堆型）

切尔诺贝利核事故之后，苏联积极采取措施改进安全性，包括建立独立于核工业的国家核安全监管机构，实施质量保证制度，加强同西方国家交流经验，以及争取国际机构和西方国家的支援。在苏联解体以后，俄罗斯对核工业体制进行了重组，把一些原来在乌克兰等国生产的设备，逐步转到俄罗斯的工厂生产。随着世界各国核电向更安全、更经济的新一代堆型发展，俄罗斯也积极进行新堆型的开发，先后推出了百万千瓦级的VVER-1000和VVER-1200型压水堆核电机组。

因为中国有VVER机组建设，所以这里详细说一下VVER系列。VVER是前苏联所发展的压水动力堆（英文音译：Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor）的简称，是上世纪七、八十年代前苏联主要建设的二代压水堆核电堆型，苏联时期主要有VVER-440（V-230、V-213）、VVER-1000（V-302）。九十年代初，苏联解体以后，俄罗斯进行了更安全更经济的新机型的改进研发，推出了VVER-1000（V-338、V-320）。VVER-1000的V-320版本发展出了出口版的AES-91(V-428)和AES-92(V-412)两种堆型，AES为俄罗斯原子能建设出口公司的英文简写，91和92 代表堆型开发开始的年份。AES-91(V-428)和AES-92(V-412)都是基于VVER-1000（V-320）改进开发，保持了VVER-1000的基本型式，其中AES-92性能更为先进一些，且获得了欧洲用户要求文件( EUR)的官方认证，已属于第三代核电堆型。AES-91(V-428)和AES-92(V-412)分别在中国的田湾核电站和印度的库达库拉姆核电站各建设两台。田湾核电站（1期）的两台AES-91型机组，已分别于2007年5月17日和8月16日建成投产，运行情况良好，V-428 M则为田湾3、4号机组所采用，在V-428的基础上略有改进。印度库达库拉姆核电站的两台AES-92型机组，也分别于2010年9月和12月建成投产。

图3-4：采用VVER-1000（V-428/-428M）技术的田湾核电站1-4号机组 图3-5：采用VVER-1000 (V-412)技术的印度库达库拉姆核电站1、2号机组

VVER-1200的两种主流堆型为V- 491 (列宁格勒第二核电站)和 V-392M (新沃罗涅日第二核电站)，这两种堆型都是四环路VVER 设计，是俄罗斯目前在国内外建造的主流堆型。VVER1200的 V-491和V-392 M反应堆本身 (包括核蒸汽供应系统NSSS等) 都是由Gidropress设计院设计，反应堆以外的核电厂部分则分别由圣彼得堡原子能设计院和莫斯科原子能设计院设计并施工。V491和 V-392 M两种堆型的设计大体上是相同的，如采用相同的构筑物、部件、设备和管道，满足设计基准相同的工程方法以及相同的反应堆系统和设备特性。两种堆型都采用了能动和非能动安全系统相结合的办法来满足三代核电厂的可靠性水平。但两种堆型采用了不同的反应堆安全系统（这一点和中核、中广核的华龙一号的关系类似），V-491的安全系统更多地采用能动设计，而V-392 M的安全系统更多地采用非能动设计，设计中尽量避免冗余以获得电厂建造运行高的经济性。

VVER-1200的功率达到120万千瓦级别，装载163盒六面体燃料组件，采用能动和非能动安全系统相结合的办法来满足三代加核电厂的可靠性水平，可实现事故后24小时无需操纵员和外部电源支持。田湾7、8号和徐大堡3、4号引进的为VVER-1200（V491）堆型。

基于V-491和V-392 M两种VVER-1200设计，Gidropress设计院又进一步设计出了更大功率的 VVER-1300 (电功率130万千瓦级别，又称VVER-TOI)，与VVER-1200相比，VVER-TOI的功率更高，机组可用率由91% 提高到93%。在发生超设计基准事故后，无需干预的时间由24小时提高到了72小时，具有更高的安全性。机组建造周期更短，抗大飞机撞击的性能更好。俄计划在库尔斯克二期核电厂建设首批共计2台VVER-TOI机组。2018年4月29日，俄罗斯库尔斯克二期1号机组开始浇筑第一罐混凝土，正式启动建设工作，成为俄首台启动建设的125.5 万千瓦的VVER-TOI机组。

目前第三代核电中VVER系列是世界上在建和出口最多的堆型，美国的AP1000、法国的EPR、韩国APR1400、日本的ABWR以及中国华龙一号（HPR1000），五个国家的核电技术的输出总和都难以与俄罗斯VVER匹敌。

在第四代核电技术方面，苏联/俄罗斯是快中子堆技术最先进的国家之一。1973就建成了原型快堆BN-350（钠冷，位于哈萨克斯坦阿克图(Aktau)，1999年关闭）。1980年4月示范快堆别洛雅尔斯基（Beloyarsk）核电厂3号机组投运（BN-600型快堆，钠冷），运行状况良好，2020年4月延期服役至2025年。2016年，功率更大的快堆别洛雅尔斯基（Beloyarsk）核电厂4号机组（BN-800型，电功率78.9 万千瓦，钠冷）投入商运。别洛雅尔斯基（Beloyarsk）核电厂3、4号也是目前世界上仅有的2台在运行的钠冷快堆机组。而俄罗斯中型铅冷快堆BREST-OD-300则是GIF铅冷快堆系统指导委员会选定的三种参考堆型之一。

图3-6：俄罗斯别洛雅尔斯基（Beloyarsk）核电厂的钠冷快堆机组（可能是3号机组）

俄罗斯十分重视核电全球战略布局，其在全球推销核电的方式方法非常值得学习：强调可以提供从核电基础结构开发、选址、设计、建造、运行、维修、废物处置及退役全链条全方位的服务；把核电基础结构建设与核电工程总承包（EPC）相结合，便于及早介入而锁定项目；充分借助IAEA平台，通过资助IAEA核电管理学校（NEMS）、技术合作（TC）项目和跨地区（INT）项目，培植亲俄力量；他们有专门核电推广团队，有针对性地整体开展工作。目前，俄罗斯核电出口占据了全球绝大部分新兴市场，据估计，目前其在手的核电订单近90台机组。

截止2020年底，俄罗斯共有38台机组商运，还有3台机组在建。

加拿大的核电发展

（资料来源：国际核电的那些事 ；作者：何方）

中国媒体对加拿大核电最精辟的概述就是：没有硬功夫，也能搞核电。看似调侃，实质上却透露着对加拿大独立发展核电技术方面由衷的折服。 加拿大发展核电起步较早，上世纪五十年代，就在世界各强国争相发展核电的时候，地广人稀，一直存在感不强的加拿大人也不淡定了，在核电技术方面也开始跃跃欲试。 以当时的国情看，加拿大独立发展核电，看起来即没那个必要，也似乎没那个能力。

首先，作为一个地广人稀，水力资源丰富的国家，水电开发就能基本满足加拿大的电力需求，同时，相比核电，水电在开发成本上显然低很多，且风险也显然要小很多。从经济上算账，加拿大独立发展核电，也似乎不那么划算，毕竟核电电价也比火电高处一截。直到今天，加拿大水电资源最丰富的魁北克省，依然是加拿大电力最低廉的省份，而以核电为主的安大略省，电价反而较贵。即便如此，加拿大也从未动摇过自己独立发展核电的决心。

其次，加拿大的工业也没有强大到能够支撑加拿大的核电发展。在核工业方面，加拿大既没有浓缩铀技术，也没有建造大型反应堆构件（如压力容器）的技术，核电基础技术的缺乏似乎也让加拿大的核电梦看起来像是痴人说梦。

然而，加拿大在发展核电方面，却有一项开挂的技术，那就是出色的重水生产技术。

在普通的反应堆中，与铀燃料发生裂变反应的中子并非我们理解的那种原子核裂变后直接飞出来的中子。这种中子速度快，很难与铀原子核发生链式反应，这种中子必须通过慢化剂减慢速度，变成所谓的“热中子”后才能与原子核发生反应。作为慢化剂，轻水的慢化效果要远远差于重水，轻水堆中核燃料使用浓缩铀，就是为了弥补轻水慢化效果的不佳。当把反应堆中的轻水换为重水后，中子慢化效率将大大提高，直接使用铀235浓度极低（约为0.7%）的天然铀，就可以让堆芯维持链式反应。

所以，拥有强大的重水生产能力后，浓缩铀技术不再是束缚加拿大发展核电的基础技术了。

那反应堆大型构件建造能力呢？反应堆最核心的部件就是放置反应堆堆芯的压力容器，这个压力容器要承受反应堆运行时的高温，高压，高辐射和高流体腐蚀的情况下，要撑到反应堆设计寿命（40年到60年之间），压力容器的制造对一个国家的材料科技，大型锻造技术的要求极高，直到现在，能制造这种压力容器的国家也就那么几个，我国也是近几年才掌握了这种技术，当时的加拿大，自然是没有这种高科技的。

于是，加拿大的核科学家们独辟蹊径，将核燃料装在一根根压力管里，然后将数百根压力管连接起来，这样，就在不需要建造大型压力容器的情况下，建造大功率的反应堆。就这样，反应堆大型构件的制造能力，也不再是束缚加拿大发展核电的能力了。

解决了发展核电技术上的主要问题，那还得算算经济账。毕竟，加拿大并不缺电，如果为了发展核电，不去用廉价的水电而去用不成熟的核电，似乎是脑子短路的表现。这样想似乎没有问题，但加拿大为发展核电，找到了一个高大上的动机，那就是“出口创汇”，去赚外国人的钱！

在技术问题和动机问题都解决后，加拿大就开始搞起了自己独特的重水堆技术。从五十年代起，加拿大政府组建了国企AECL（加拿大原子能有限公司），全面负责国家的核电技术开发。相比法国和韩国，加拿大在发展核电的前期规划更为具体详细，加拿大在着手核电发展前，就已经组织了科学家，工程师，电力行业和政府部门的专家进行了充分的分析和研究，确定了以重水堆为唯一技术路线的核电发展计划。因此，加拿大核电计划启动的时候，可以说是以举国体制发展核电的，所以在一开始，加拿大的核电发展就进入了快车道，发展速度惊人。

很快，在1962年，加拿大就建成了第一座示范性重水堆核电站—NDP，净功率为2万千瓦，解决了加拿大核电技术的“有无”问题。

重水堆的特点是技术要求低，设计简便可靠，NDP核电站的成功将加拿大重水堆发展推向了新阶段，1967年，加拿大又在道格拉斯角核电站建成了一座20.6万千瓦功率的重水堆，这就是现在加拿大的坎杜(CANDU，由Canada，Deuterium和Uranium三字缩成)商用重水堆的原型堆。

而道格拉斯角核电站的这座原型堆特别值得一说，一方面他是现在世界主流的坎杜商用重水堆的鼻祖，同时也是印度一系列国产重水堆的技术源头。1967年，就在这座重水堆建造即将完成之时，加拿大将这种重水堆出口给了同属英联邦的兄弟国家印度。对于暗中一直致力于核武研究的印度来说，这简直是如获至宝。此后，以此堆型为技术基础，印度在国内建造了二十多座重水堆，这些重水堆也成为了世界商用重水堆家族的“重要成员”。

对印度的核电出口让加拿大看到了掌握核电核心技术重要的经济效益和政治效益，此后便加快了重水堆技术的研发。以道格拉斯角核电站的原型堆为基础，加拿大先后研发了CANDU-3，CANDU-6和CANDU-9等三个型号的重水堆。同时在国内开始大规模建造重水堆核电站。

不同于我国核电厂选址上关于内陆核电和沿海核电激烈的争论，在加拿大政府的统一领导下，加拿大国企AECL（加拿大原子能有限公司）全权负责加拿大重水堆的建设。从20年代70年代起，加拿大毫不顾忌美国邻居的感受，在北美最重要的淡水湖—五大湖区域加拿大的一侧，共建造了20座大型重水堆核电机组。在建造核电站的过程中，加拿大似乎对于“内陆核电”情有独钟，加拿大所有的核电站都是滨湖或者滨河建造，全部属于所谓的“内陆核电站”。

图3-7：五大湖边的加拿大布鲁斯核电站（共八台CANDU型重水堆核电机组，总装机容量为643万千瓦）

加拿大在国内商用重水堆批量建造的成功，也让世界看到了加拿大重水堆技术的成熟和先进。同时因为重水堆具有大型设备较少（便于实现国产化，减少对外国的依赖）、使用天然铀燃料（容易获得，无需铀浓缩技术）、不停堆换料（电厂可利用率高，有良好的经济性）等优点，使得重水堆技术对发展中国家颇具吸引力。20世纪90年代，加拿大陆续向韩国、阿根廷、罗马尼亚出口7台重水堆机组。中国秦山三期核电厂的两台72.8万千瓦的机组也采用了加拿大的CANDU-6型重水堆技术，该两台机组于1998年开建，2003年投产。这也让加拿大的重水堆成为继压水堆和沸水堆后世界上第三大商用反应堆技术。

法国的核电发展

在世界核电发展史上，法国无疑是搞核电最成功的国家之一。法国的核电不仅规模大（核电发电占比70%以上），而且机组年轻（目前几乎所有机组都是20世纪70年代以后建造的），技术先进。

1950年是法国核电元年，这一年，法国建成了自己的第一座军用石墨慢化气冷堆，这座反应堆异乎寻常，发的电比消耗的电还要多。好在法国人设计这个反应堆目的只是为了制取钚，因而这个反应堆也运行了很长一段时间。法国人就在这个骨骼清奇的反应堆上，慢慢掌握了气冷堆反应堆技术。

20世纪50年代中期开始，美、苏、英等国纷纷开始发展早期的核电技术。此时法国虽然还没搞出自己的原子弹，但是为了在核电发展上不落后，也毅然开始发展核电技术。在那座耗电量比发电量还大的石墨气冷堆基础上，法国研制出了民用的石墨气冷堆，并于1956在马尔库尔(marcoule)投产了首台核电机组（G1）。

在核电发展初期，人们并不太关心核安全问题，都认为反应堆爆炸是不可能的。那时，能把裂变能转化为电能的国家，都可以骄傲的宣称自己掌握了核电技术。法国眼看着隔壁的英国已经利用气冷堆技术建造了世界上第一座核电站，认为自己输了核电的第一场比赛的法国，决心在装机容量方面超过英国。此后，法国又先后建造了G2和G3两台机组，20世纪60年代更是建造了一大批石墨气冷堆，使得核电占到全国电力比例的7%。

20世纪60年代末，石墨气冷堆难于同美国轻水堆竞争的问题一出现，法国政府就十分重视，并组织了论证。鉴于气冷堆性能不佳，安全性不够，而且很难扩容为大功率的核电站的特点，由蓬皮杜总统做出决策，改为发展压水堆，从美国引进技术，消化吸收，建立自己的压水堆设备制造工业体系。

20世纪70年代初，法国从美国西屋公司引进了非标准三环路核电技术，1970年10月，开始建设费森海姆核电厂( 88万千瓦)。 这是法国电力公司第一次按交钥匙方式发出的核蒸汽供应系统订单。该电厂参考美国西屋公司技术，从1971年5月11日破土动工，1977年并网发电。两台机组分别于2020年2月和6月停止运行，服役43年。

所谓“非标准的90万千瓦三环路核电站”是当时的特殊产物：由于没有统一的技术标准和技术评价体系，各供应商在满足法规的基础上提出不同的设计来满足不同业主的需求，此时业主要求是更多地强调当地的需要和当地的厂址条件。因此，各电站的设计在堆芯设计、电功率、总体布置、系统配置等方面各有不同。法国前后建成六台非标准的90万千瓦三环路核电站。

图3-8：法国最早采用压水堆技术建造的费森海姆核电厂

法马通公司在初步掌握非标准的90万千瓦三环路核电技术的基础上，又引进了美国西屋公司的三环路压水堆Model312技术，在保持堆芯设计不做变化的同时，对总体布置、系统配置等方面作了较多的调整，将其开发成为法国的标准的90万千瓦的三环路核电技术，即CPY型压水堆核电站方案，并将其系列化。从1977年至1987年，法国本土共建成了28台CPY型机组。同类机组还分别在比利时、瑞士、西班牙、南非、韩国和中国（大亚湾和岭澳一期的四台M310）建设了15台。

1975年，为适应压水堆核电站向大容量机组发展的趋势，法国在系列建设三环路压水堆机组的同时，又引进了西屋公司Model414型四环路压水堆核电技术，并进行了必要的技术改进，这些改进主要包括：采用法马通68/19型蒸汽发生器、将安全系统由三列改为两列、采用法马通100型主泵、采用先进的仪表及计算机辅助控制系统和可编程控制器等。在这些改进的基础上，法国批量建造了8台四环路的130万千瓦的P4机组。1978年，为提高机组的经济性，法国在P4的基础上开始了P'4的设计，对厂房结构和系统布置进行了优化设计，使每千瓦造价较P4节省了5%，并批量建造了12台四环路的130万千瓦的P'4机组。为进一步改善经济性、安全性和运行性能，1984年，法国在P'4的基础上开始开发N4型四环路150万千瓦级核电机组，主要改进包括提高反应堆出力(增加10%)、采用X运行模式、数字化仪控技术的应用和先进主控室的设计等。

从1985年起，通过优化法国N4的设计特性和德国Konvoi ( 130万千瓦)技术，法、德两国联合开发了第三代核电堆型欧洲压水堆EPR。EPR主回路系统的设计、布置与法国N4相近；反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器也基于N4技术；堆内构件和反应堆冷却剂泵基于N4和Konvoi的技术。EPR于1992年完成概念设计，1997年完成基本设计，1999年完成初步设计。世界首台ERR机组于2018年12月25日在中国台山核电站（1号机组）投入商运。

图3-9：法国弗拉芒维尔核电站（最远处的3号机组是法国本土在建的EPR机组，近处的1、2号机组推测应为四环路的P’4或N4堆型）

截止2020年底，法国有56台机组在运，1台EPR机组在建，多年来其核发电占比保持在70%以上。法国未来的能源规划中，计划大量发展包括核能、可再生能源在内的低碳能源，2035年核发电规模仍将保持在50%左右。

法国在发展核电的道路上是十分务实的，能充分分析自身情况并以国家利益为根本出发点，不拘泥于面子和政治正确，理性地制定发展方略。法国核电现在成功，是完全建立在引进消化吸收西屋公司的核电技术的基础之上的。而法国在1985年开始与德国西门子合作研制出的EPR是和美国的AP1000齐名的先进三代核电机组。在2009年阿联酋核电项目的竞争中败给韩国后，法国核电高层进行了长时间的反思并总结了一系列分析失败原因的文件……法国核电，依然没有停止进步。