新技術(shù)、新產(chǎn)品是市場(chǎng)良性競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)物，更是行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。在核能領(lǐng)域，核燃料研發(fā)和創(chuàng)新方興未艾，各國(guó)核電巨頭呈你追我趕之勢(shì)，絲毫不亞于在核電先進(jìn)堆型上的競(jìng)技。

 記者日前在“第二十五屆國(guó)際核工程大會(huì)”上了解到，福島核事故后，在追求更高固有安全性理念的引導(dǎo)下，基于更高安全性、更高可靠性、更優(yōu)經(jīng)濟(jì)性的考慮，先進(jìn)燃料型號(hào)研發(fā)及材料創(chuàng)新勢(shì)頭強(qiáng)勁，美國(guó)西屋公司、法國(guó)阿海琺、日本東芝公司等各國(guó)核電巨頭借助技術(shù)革新加速了新一代先進(jìn)燃料研發(fā)，而且通過(guò)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)穩(wěn)固產(chǎn)業(yè)支撐，以此引領(lǐng)全球核燃料技術(shù)發(fā)展進(jìn)步。

 業(yè)內(nèi)專家向記者表示，作為反應(yīng)堆核熱轉(zhuǎn)換的基本單元以及放射性裂變產(chǎn)物包容的首道屏障，核燃料自誕生至今，已經(jīng)歷多次升級(jí)換代和技術(shù)革新。除堆型研發(fā)外，核燃料研發(fā)是各國(guó)在核能領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。

 國(guó)外巨頭強(qiáng)勢(shì)布局

 公開(kāi)信息顯示，阿?，m新型核燃料陣營(yíng)中主要包括ATRIUMTM11先進(jìn)沸水堆燃料，以及GAIA和HTPTM壓水堆燃料。7月初，阿海琺簽署5.6億美元的核燃料合同，從2020年開(kāi)始向4個(gè)不同的核電設(shè)施供應(yīng)ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。

 據(jù)了解，作為阿法海最先進(jìn)的沸水堆燃料，ATRIUMTM11通過(guò)提高鈾的使用效率，滿足高能量燃料循環(huán)的需求，提高成本收益和更高的運(yùn)行靈活性，尤其適用于已實(shí)施功率提升和優(yōu)化容量因子運(yùn)營(yíng)策略的核電站。目前全球已有5座反應(yīng)堆采用ATRIUMTM11燃料；GAIA壓水堆燃料設(shè)計(jì)中包括了能夠提高燃料組件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的Q12鋯合金結(jié)構(gòu)材料，使燃料具備更高的熱性能和改良的機(jī)械性能，目前全球有兩座反應(yīng)堆采用該燃料；HTPTM燃料組件將推進(jìn)核電站在2030年前向更長(zhǎng)的燃料循環(huán)過(guò)渡，目前全球約有20000套HTPTM燃料組件裝入了50座反應(yīng)堆，近一半組件在美國(guó)。

 相比阿?，m的多點(diǎn)開(kāi)花，西屋公司則專注于具有事故容錯(cuò)燃料（ATF）特征的新型核燃料研發(fā)。

 業(yè)內(nèi)專家介紹，ATF可以提高燃料元件抵御嚴(yán)重事故的能力，與現(xiàn)有核燃料相比，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)抵抗嚴(yán)重事故工況，同時(shí)保持或提高其在正常運(yùn)行工況下性能的新型燃料系統(tǒng)。根據(jù)預(yù)計(jì)，采用事故容錯(cuò)燃料技術(shù)研制的新型核燃料有望于2022年前后在商業(yè)反應(yīng)堆中測(cè)試并推廣。

 西屋公司核燃料專家王國(guó)強(qiáng)介紹，西屋先進(jìn)新型燃料EnCore具有事故容錯(cuò)燃料特征，其設(shè)計(jì)包括新的包殼材料和新型高鈾密度燃料芯塊材料，預(yù)期最多能夠降低10.3%的電廠運(yùn)行成本，并提高燃料在事故工況下抗氧化和降低產(chǎn)氫的能力。該燃料已完成設(shè)計(jì)和初步方案論證，目前正在按計(jì)劃制造EnCore先導(dǎo)測(cè)試棒，預(yù)計(jì)該產(chǎn)品最早于2018年完成，于2022年計(jì)劃進(jìn)行先導(dǎo)測(cè)試組件組裝。

 據(jù)了解，西屋公司已于今年6月正式向全球客戶推EnCore燃料，而且目前正利用自有資源以及來(lái)自美國(guó)能源部的資助和電廠業(yè)主提供的資金支持，通過(guò)行業(yè)內(nèi)的合作盡快將該燃料投放市場(chǎng)。

 此外，東芝公司也研發(fā)了能夠提高燃料在事故工況下抗氧化和降低產(chǎn)氫能力的SiC包殼，目前已成功制備出非全比例尺寸的SiC包殼管，后續(xù)將繼續(xù)推進(jìn)全比例尺寸SiC包殼管制備、事故工況下包殼氧化建模以及正常運(yùn)行工況下的燃料輻照性能研究。

 中國(guó)燃料嶄露頭角

 伴隨核電規(guī)?；l(fā)展，以及自主核電品牌誕生，中國(guó)近年來(lái)在先進(jìn)核燃料領(lǐng)域的研發(fā)投入逐年增長(zhǎng)。除研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓水堆燃料組件外，我國(guó)在高溫氣冷堆、快堆、鉛基堆等堆型的燃料研發(fā)方面展開(kāi)了攻關(guān)。

 中國(guó)核燃料有限公司副總經(jīng)理辛鋒在上述核工程大會(huì)上透露，先進(jìn)燃料研發(fā)離不開(kāi)強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)支撐，中國(guó)目前已建立起完備的核燃料制造及研發(fā)工業(yè)體系。

 據(jù)了解，我國(guó)目前已掌握世界上主要壓水堆、重水堆等核燃料組件的生產(chǎn)制造技術(shù)，已建成AFA3G、CANDU-6、AP1000、HGTR等類型燃料元件生產(chǎn)線，可全面滿足我國(guó)核電發(fā)展和“走出去”需求。但是，大部分壓水堆核電站所用的燃料組件是中外合作，引進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)制造而成，具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能商業(yè)核燃料元件一直是中國(guó)核電的短板。而且，基于國(guó)際上自主開(kāi)發(fā)反應(yīng)堆型號(hào)要配套核燃料元件研發(fā)的慣例，燃料元件短板也掣肘著中國(guó)核電“走出去”。

 不過(guò)，這個(gè)短板正在補(bǔ)上。

 記者此前從中核集團(tuán)了解到，該集團(tuán)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CF系列燃料組件已經(jīng)獲突破性進(jìn)展，預(yù)計(jì)今年將陸續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將用于華龍一號(hào)核電站，性能與國(guó)際先進(jìn)燃料組件相當(dāng)，能夠滿足國(guó)內(nèi)外開(kāi)工建設(shè)的華龍一號(hào)工程的燃料需求。此外，中廣核也已研制出自主品牌的12英尺核燃料元件STEP-12。記者了解到，根據(jù)已完成試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，STEP-12核燃料元件的綜合性能已經(jīng)與目前批量采用的國(guó)外成熟核燃料元件相當(dāng)。

 在新型核燃料尤其是ATF領(lǐng)域，中國(guó)正緊跟國(guó)際步伐。

 2016年發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃2016-2030》與《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》明確了ATF相關(guān)重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)。國(guó)家能源局今年初印發(fā)的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》再次明確，我國(guó)要研制ATF元件，研制性能優(yōu)于M5、ZIRLO合金的新鋯合金包殼材料。該規(guī)劃要求，“十三五”期間，ATF應(yīng)完成可行性驗(yàn)證及初步設(shè)計(jì)，適時(shí)啟動(dòng)材料堆外性能測(cè)試、堆內(nèi)輻照考驗(yàn)；同時(shí)在第一代ATF反饋基礎(chǔ)上，積極優(yōu)化革新型第二代ATF燃料新材料選型論證及關(guān)鍵技術(shù)研究。

 據(jù)了解，我國(guó)已經(jīng)設(shè)立ATF重大科研專項(xiàng)，并組織起一支由核電企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校組成的“國(guó)家隊(duì)”和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，旨在突破相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，努力躋身在該領(lǐng)域的全球第一方陣。

 公開(kāi)信息顯示，截至去年6月，ATF國(guó)家重大專項(xiàng)已在概率設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與選型方法、燃料元件三維分析軟件開(kāi)發(fā)及行為研究、安全分析評(píng)價(jià)、概率安全分析、離子輻照方法與分析等燃料總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)方面取得研究成果。

原標(biāo)題:國(guó)際新型核燃料市場(chǎng)烽煙已起