中国计划2030年后建成全球首座商用钍基熔盐堆核电站

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2022年9月27日，《中国核电信息网》刊登了中国科学院先进核能创新研究院院长徐洪杰教授关于“钍基熔盐堆核能系统现状与展望”的专题报告。据报告透露：我国已在实验室规模全面掌握这一全新领域的核心技术，相关产业链雏形基本形成，计划于2030年后在全球率先实现钍基熔盐堆核能系统商业应用，它将是世界上第一座商业化运营的钍基熔盐堆。

㈠ 钍基熔盐堆核能系统

钍基熔盐堆核能系统是国际上第四代先进核能系统的六种之一。它包括钍基核燃料、熔盐堆和核能综合利用 三个子系统。

选择液态元素钍作为燃料，采用熔融的复合型氟化盐作为核燃料载体和反应堆冷却剂。反应堆运行时，核燃料和熔于载体盐的裂变产物随熔盐在反应堆堆芯和热交换器组成的回路中不断循环流动，把裂变产生的热量源源不断地从反应堆内输送到堆外。导出的热量变成水蒸气，就能推动汽轮机发电。

钍基熔盐堆工作原理图

元素钍-232不易发生核裂变，在反应堆里通过吸收一个中子变成钍-233。钍-233不稳定，再通过发生β衰变后变成铀-233，而铀-233才是真正发生链式反应的裂变材料。

钍-铀循环的核燃料利用率可达70%以上。相比铀矿而言，我国钍的储量排名全球第二，已探明的储量约为22.42万吨，如果全部用于核反应堆，完全可以满足我国数千年，乃至上万年的能源需求。

钍-232

㈡ 钍基熔盐堆的优势

钍基熔盐堆的主要特点是更高的安全性、更高的热效率、更高的核燃料利用率、更长的寿命，以及更低的核废料产生量。

① 熔盐冷却剂可以在高温下运行，使得它的热效率可以达到40%以上。

② 反应堆芯可以在常压下运行，降低了反应堆的压力容器的要求和耐久性要求，减少了核反应堆的构造复杂性，也提高了安全性。

③ 能够使核燃料的利用率达到70%以上，降低了核废料的产生，具有更好的环保性。

④ 可以在灵活的操作方式下实现在线燃料装卸和核素分离等功能。

⑤ 采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，可在干旱地区实现高效发电。

㈢ 钍基熔盐堆应用场景

钍基熔盐堆有高温、低压、高化学稳定性、高热容等热物特性，无需使用沉重而昂贵的压力容器，适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应堆。可广泛应用在航母、舰船、太空飞行器和月球基地等。

此外，熔盐堆采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，可在干旱地区实现高效发电。借助一带一路，可广泛推广到中亚等干旱国家。

熔盐堆输出的高温核热可用于发电，也可用于工业热应用、高温制氢以及氢吸收二氧化碳制甲醇等。

㈣ 2兆瓦钍基熔盐实验堆建设进展

2017年11月，中科院与甘肃省签订TMSR合作协议，最终落户武威。

2020年，建成了2兆瓦钍基熔盐示范堆。

2021年9月，中国甘肃武威宣布钍基熔盐核反应堆正式进行试运行。

2022年8月初，各项参数调试完毕，钍基熔盐实验堆已经满足了发电条件。

2022年10月开始，钍基熔盐实验堆已经在进行商业化供电。

㈤ 我国钍基熔盐堆发展路线

中国科学院先进核能创新研究院院长徐洪杰教授在“钍基熔盐堆核能系统现状与展望”专题报告中指出：我国钍基熔盐堆发展分四步走战略。

第一步 建设2兆瓦钍基熔盐实验堆，已于2020年底建成。

第二步 建设10兆瓦钍基熔盐示范堆。

第三步 继续建设100兆瓦钍基熔盐示范堆。

第四步 全面推广商业应用钍基熔盐核电站。

■领军人物徐洪杰教授

1955年出生，是我国核科学技术与大科学装置领域的著名专家学者；2010年起牵头开展第四代反应堆核能系统—钍基熔盐堆核能系统的研究和发展，实现了关键技术突破。现任中国科学院上海应用物理研究所学术委员会主任、博导；中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能—钍基熔盐堆核能系统”专项负责人。曾获中科院杰出成就奖、上海市科技进步特等奖、国家科技进步一等奖。