俄罗斯钠冷快堆发展简述.doc

1、俄罗斯钠冷快堆发展简述【摘要】论述前苏联、俄罗斯对钠冷快堆技术从起步到商用堆设计的发展战略路线和简要历程，并给出新建成的 BN-800 快堆与工业堆 BN-600 的改进，比较现役快堆和处于设计阶段的商用堆 BN-1200 主要参数，总结出俄罗斯钠冷快堆发展特点，为中国快堆技术发展提供借鉴。 【关键词】俄罗斯钠冷快堆研究发展 一、前苏联快堆技术研究路线和成果 前苏联从上个世纪四十年代末开始研究快中子反应堆技术，分为三个阶段 第一阶段，从 1949 年开题到 50 年代末。这一阶段最重要的任务是用实验证明（或者否定）利用快堆实现核燃料增殖的假设。50 年代初期，在物理动力研究院创建了大型核物理研

2、究室，各种台架，配备了当时条件下最好的实验设施和器具，并建成第一个实验快堆 BR-1。截至 50 年代末在不断升级改造，保持技术连续性的实验反应堆（BR-1，BR-2，BR-5，BR-10）上已经取得了足够的实验数据，证明快堆中的转换比的确有把握可以超过 1，从而证实了快堆可以实现核燃料增殖的假设。 第二阶段，即快堆核电站工程可行性验证阶段，这一阶段的主要任务就是建造一座试验性快堆核电厂，研究核电厂特性并取得运行经验。为此，先后在物理动力研究院建造了方便试验操作的大型零功率装置BFC-1（1962 年）和 BFC-2（1972 年） ，前者堆芯直径约为 3m，后者约为5m。苏联为这两个零功率装

3、置划拨了 200 吨的贫铀，数吨的富集铀和大约 800 千克钚以模拟动力快堆的物理特性和测试各种堆芯布置方案的增殖比。之后前苏联在很短时间内建成了热功率 60MW、电功率 12MW 的试验快堆 BOR-60（1969 年在反应堆研究院投入运行） ，不久又建成热功率350MW、电功率 130MW 的 BN-350 核电站（1973 年在哈萨克斯坦投入运行） 。需要指出的是，面对当时的世界局势，苏联大大加快了快堆研究速度。在 1971 年苏共 24 大决议中，将快堆列为国家重点优先发展项目，并在1971-1975 的第九个五年计划期间就设想在 1985 年以后在核能领域进入以快堆为主的时代，使快堆

4、发电量在 2000 年达到 2-3 亿千瓦水平。但是，苏联过低的估计了快堆技术的难度，步子跨得过大，在建成了热功率 5MW的实验反应堆 BR-5 之后就着手建造 BN-350 核电站，计划在 1968 年建成，并希望在此基础上建造电功率为 600MW 的原型快堆电站（BN-600 机组） 。在整个 60 年代苏联投入了大量的人力、物力进行快堆工程技术攻坚。在经历了 BN-350 核电站建设中蒸汽发生器故障的短暂波折后，苏联成功地在 1980 年 4 月建成了当时世界上最大的快堆核电站（别洛雅尔斯克核电站 BN-600 机组） 。这也标志着苏联完成了快堆核电站工程可行性验证阶段的工作。 第三阶段

5、，小批量建设工业规模的快堆核电厂并逐步推广。80 年代，苏联在顺利建成 BN-600 快堆电站的基础上，开始计划修建别洛雅尔斯克第四机组，也就是电功率为 800MW 的 BN-800 快堆机组。此外，决定在车里娅宾斯克州动工修建南乌拉尔核电厂，该核电厂计划建设 3 个 BN-800机组，并计划发展 160 万千瓦的快堆电站（BN-1600）以降低快堆核电站造价。遗憾的是，由于切尔诺贝利事件的影响，特别是鉴于 20 世纪 80年代后期苏联政治、经济出现困难，该工程中途夭折，第三阶段划上了休止符。 二、BN-800 快堆建造 设计 BN-800 反应堆是俄罗斯钠冷快堆技术发展的必然要求。BOR-6

6、0、BN-350 和 BN-600 三座钠冷快堆的设计和运行经验为该反应堆的建造奠定了坚实的基础。BN-800 的设计方案首先是基于 BN-600 反应堆的建造和成功运行经验，并在现役反应堆和台架上还进行了大量的科研实验和试验论证，还考虑了切尔诺贝利事件发生之后新增的核安全法规及标准要求做出设计优化。 BN-800 反应堆装置设计编制开始于 1972 年。反应堆装置的技术设计由苏联重型机械制造部于 1977 年批准。从 1981 年开始，在反应堆装置主要设备台架加工阶段，认为在后续的反应堆装置设计工作中最好参考BN-600 反应堆装置上积累起来的启动-调试经验。除此以外，针对反应堆装置还提出了

7、一系列补充要求，这些要求列入南乌拉尔核电站和别洛雅尔斯克核电站的 BN-800 动力机组设计主要技术要求 （1981 年）和别洛雅尔斯克和南乌拉尔核电站 BN-800 动力机组设计的主要规定（1983 年）中，这些文件是在苏联电力部和重型机械制造部的决议基础上编制的。有关该项目设计的主要规则规定，要使用包含反应堆装置设备抗震和安全补充要求的标准文件。到 1984 年已经积累了相当多的 BN-600 反应堆装置运行经验，这使得将一系列补充完善方案加入到反应堆装置设备的技术设计之中。所有加入到技术设计中的变更和完善方案在1984 年再版的反应堆装置技术设计材料中都得到了体现。反应堆装置技术设计文件

8、提交给核安全局予以审查，以便工厂得到设备制造许可证。1985 年核安全局认可了反应堆装置的技术设计。从 1986 年开始，逐步有新的核能领域的安全标准技术文件投入使用，这些标准的要求在 BN-800的设计中也必须得到体现。1989 年根据国家环境委员会的命令建立的独立鉴定委员会对反应堆装置的设计进行了环保监测。1990 年由苏联科学院独立委员会对反应堆装置的核安全部分进行了设计鉴定，同年，设计通过了国家计划国家鉴定委员会的鉴定。从 1989 年到 1993 年，作为核电站设计组成的反应堆装置的设计通过了国家卫生监督局、国家消防监督局、俄罗斯联邦经济部国家鉴定委员会的鉴定。1993 年别拉雅尔斯

9、克核电站通过了俄罗斯联邦核安全局的补充审查。总的说来，设计通过了19 次鉴定审查。所有的鉴定意见都予以解决。1993 年核电领域办理许可证的程序变更，1997 年设计重新通过了俄罗斯联邦核安全局的鉴定，希望得到别洛雅尔斯克核电站和南乌拉尔核电站的建设许可证。最后，别洛雅尔斯克核电站得到了建设许可证，许可证的有效期为 7 年。 BN-800 反应堆装置很高的可靠性和安全性得到了俄罗斯联邦所有颁发许可证的机关的承认。为了论证反应堆装置的安全性，在其研制过程中使用了 40 多种设计计算论证方法的计算程序。在 1976 年到 1996 年期间，反应堆装置安全性论证中完成了 150 多种独立科学研究和试

10、验验证工作，其中包括在全尺寸台架上的工作，以及设备试验样件的实体试验。BN-800 反应堆装置的核安全和放射性安全水平都符合俄罗斯标准和规范的要求，并考虑了国际原子能机构的建议。 BN-800 较之 BN-600 快堆的改进： 2013 年底 BN-800 主体完成建造和安装，当年 12 月开始进行加热及充钠工作，2014 年 1 月取得俄罗斯国家环境保护技术和原子能监督局的许可证，2 月 2 日，开始进行物理启动工作，2014 年 6 月 27 日，完成物理启动，反应堆首次临界，达到最低可控功率；2015 年 11 月 25 日实现首次汽轮机冲转，12 月 10 日 BN-800 动力机组实

11、现首次并网发电。 三、BN-1200 的设计和建造计划 2010 年 2 月 3 日发布的20102015 年以及 2020 年前俄罗斯新一代核电技术专项计划中已列入 BN-1200 的设计和建造计划，保守估计2024-2030 年期间将会简称 1-3 台 BN-1200 商用快堆。 2011 年，俄罗斯原子能集团公司制定核能领域“突破”项目计划，该项目在联邦专项计划20102015 年以及 2020 年前俄罗斯新一代核电技术专项计划的框架下实现，旨在建立闭式核燃料循环，解决核废料和放射性废物的问题。BN-1200 的设计建造也作为重要一步纳入“突破”项目中。 为此，俄罗斯将此前制定的 BN-

12、1200 技术任务也根据“突破”项目的要求做出调整，目的是以 BN-1200 为基础建立燃料循环企业，实现第一个工业动力综合实施的运营。 2014 年 BN-1200 完成技术设计，包括工艺流程方案、主厂房、重要系统，管线等，还完成技术经济评估。从 2015 年起 BN-1200 对整体设计进行技术评审，科研实验验证。 BN-1200 的真正建造需要分享 BN-800 机组设计和建造的所有阶段，并根据 BN-800 的经验进行优化方案和可行性评估。目前从技经分析初步结果看来，BN-1200 快堆机组和 VVER-TOI 压水堆的基建投资相当。 BN-1200 项目的主要目标：建造新一代 BN-

13、1200 的商用快堆核电厂；过渡到核能闭式燃料循环；改善快堆经济性指标，使其与俄罗斯同等功率的压水堆可竞争；提高快堆核电站安全性，满足第四代反应堆安全性要求。 BN -1200 技术设计的主要要求： 安全性方面：发生任何事故时，都无需撤离或令居民搬迁；反应堆额定功率运行时的最大反应性裕量约为 0.5%k/k；超出最大设计限值的燃料棒破损严重事故的总概率不应该大于 10-6 堆/年；当发生假想严重事故时，应该保证堆芯中部件仍保留在堆容器内。 可靠性方面：主要设备的设计寿期不小于 60 年；设备结构应该保证能进行技术维护和维修；设备结构应该保证其在额定运行工况下连续运行。 经济性方面：负荷因子不低

14、于 0.9；钠的比重量不超过 2.5 t/MW（电） ；反应堆装置的比材料消耗量不超过 6.0 t/MW（电） ；设计寿期为 60 年。 BN-1200 项目实施路线图： 主要节点：2014 年完成反应堆装置的技术设计；2014 年完成汽轮机装置的技术设计；2014 年完成机组项目材料研究；2016 年完成 BN-1200项目所有设计验证工作。 专项课题研究：氮化物燃料的研制；实验燃料单棒和实验燃料组件的研制；设计程序的开发；新一代计算程序的开发；新型结构材料研制。BN-600、BN-800 和 BN-1200 快堆参数比较： 四、俄罗斯快堆技术发展特点 综上所述，俄罗斯钠冷快堆技术发展具有以

15、下特点： 起步早，得到国家高度重视，从前苏联时期起就列入国家战略发展的优选方向，有各阶段的国家专项计划、发展规划等文件作为依据和保障； 发展路线清晰，从实验装置到实验堆，从回路式到池式反应堆，从工业堆到商用堆，承前启后，技术发展实现继承性和可持续性； 将核安全放在首位，保守估计，适时升级法律法规和标准规定，重视评审、鉴定和国家监管，保证设计和建造的安全性； 设计与验证相结合，理论研究与工程实践相结合，实现设计思想与工程建设的统一，使核电站从经济性和安全性上提高竞争力。 参考文献： 1徐?.自然杂志.2013（02）. 2 -5 （-10）.1959-2009 .，-.，（2009）. 3.，.，.，. -60. ， 91，.5，.363-369（2001）.