被放逐的“中国创造”--破解中国核电谜局

    主题一：中国人研发的技术不一定不先进

    世界核电技术的发展轨迹并非一条直线，而是在经历两次严重核事故（美国三哩岛和前苏联切尔诺贝利）之后发生了断裂；虽然核工业界在改良压水堆的基础上推出了所谓的“第三代”技术，但由于西方核电的复兴要求实现革命性的“固有安全”，所以以美国为首的各国政府在新世纪之初，合力发起促进新一代核能系统技术开发的浪潮，它们都明确支持的研发前沿集中在所谓“第四代”核电技术上。

以此为背景，在改良传统技术上，中国完全可以在已有的基础上赶上先进水平；而在革命性的第四代技术上，中国实际上已经走在世界前列。因此，引进路线的制定者对世界核电技术趋势缺乏深刻的认识，其判断也是错误的，全盘引进更是没有必要。 实行第三轮引进路线的主要理由是中国现有的技术不够先进——只要放弃虽然自主掌握但却落后的第二代技术，而直接引进“最先进”的第三代核电技术，就可以实现“一步跨越”。由此可见，引进派头脑中的“技术”其实指的是具体的产品（更准确的说法是物化在产品上的技术）。但一个国家要想实现技术“跨越”（更准确的概念应该是“进步”），就不可能只靠购买现成的产品——因为产品会不断更新，要进步就必须培育出来能够推动产品变化的技术能力。

    对于技术能力的来源留待后面再讨论，这里首先指出，以现有外国产品作为判断技术“先进性”的标准，就会忽略决定技术变化的关键因素，从而丧失判断技术发展趋势的能力。如果稍微了解一下核电发展史就可以看出，世界主流核电技术不是沿着一条直线发展的（如“一、二、三、四代”这种划分给人的错觉），真正决定核电技术代际划分实质内容的，是两个历史阶段对于技术性能不同的政治和战略要求。这两个历史阶段就是已经衰落的“第一核纪元”和正在浮现出来的“第二核纪元”。

    第一核纪元从世界上第一个商业核电站（美国希平港核电站）的建成（1957年）开始，到1980年代走向衰落，其主导技术是轻水反应堆（包括压水堆和沸水堆）。它起源于美国核潜艇的开发，然后才被用于核电站。在美国政府和因参与海军舰艇核动力项目而获得反应堆设计制造能力的西屋、通用电气等供应商的推动下，轻水堆尤其是压水堆以其率先获得应用的经验基础和较好的经济性等优势，成为西方核电大发展时期的主导堆型。从1960年初到1980年代初，短短20年时间，400多座核电站在几个发达国家拔地而起，其中美国建设了100多座核电站，共具有1亿千瓦左右的发电能力，使核电在这个世界第一能源消费大国的电力供应中至今仍然占19%。另一个核电大国法国在减少依赖石油进口的能源战略指导下，不到30年的时间内就使核电在全国发电总量中的比例达到70%以上。 但1979年发生的美国三哩岛核事故暴露出来这种堆型的固有缺陷——永远存在发生堆芯熔化的事故概率。轻水堆的堆芯冷却剂是水，其供应是依靠泵和管道，如果泵和管道发生故障（如断电、漏水、机械失灵或操作失误这些永远不能完全避免的事故），失却冷却剂的堆芯就会因温度急剧上升而熔化，而堆芯熔化将导致灾难性的核泄漏后果。因此，几十年来以轻水堆为主的核动力工业界（以下简称水堆工业界）为了对付这种失水事故作出了不懈的努力，绞尽脑汁，不惜工本地采取各种改进措施，其中最主要的是设计出一整套应急安全注水系统，这套系统在一旦反应堆系统发生失水事故时能及时启动，将外部储存的水注入反应堆系统，以防止炽热的堆芯因裸露而熔化。这些技术改进措施降低了反应堆堆芯熔化的概率，大大提高了核电站的安全性。但由多种设备组成的应急安全注水系统是一个复杂的系统，其中任何一个设备或部件的失效（因设备故障或操作失误）都会使注水系统失效，导致堆熔。三哩岛的反应堆装有此类安全注水系统，但还是由于设备故障和判断、操作失误而导致堆芯熔化。

    事实上，人类十分需要核能这样一种新能源，而从科学技术上作进一步的改进，提出解决核电这一致命弱点的新技术方案是有可能的。在轻水堆核电站以出人意料的速度在美国铺开并推向欧洲的时候，核电界的有识之士就清醒地对当时只重经济性而忽略安全性的倾向提出过警告。三哩岛事故发生后，美国第一任原子能委员会主席David Lilienthal出版了《原子能：一个新的开始》一书，全面论述了水堆技术必须进行革命性变革的道理。与此同时，美国核能界的元老、长期任职美国橡树岭国家实验室主任、备受尊敬的核能技术奠基人之一温伯格（Alvin Weinberg）也提出：核电的第一纪元已经结束，我们要开发出从物理定理出发就可以理解的、在任何情况下堆芯都不会熔化的反应堆，不是“概率安全”的，而是“确定安全”的，他们把这类反应堆称之为固有安全（inherently safe）的反应堆。只有当这种反应堆开发出来，并且同时解决好核废物的长期安全处置和防止核武器扩散的问题，核电才有可能全面复苏，并推向全世界的发展中国家（毕竟是发展中国家的未来需求更大），核电才能开始进入新的“第二纪元”。

    虽然这些先知先觉者的正确预见在三哩岛事故后就明确清晰地公之于世，但当时的美国政府和工业界并没有完全接受。出于既得利益，他们更强调针对事故教训就现有的设计做修补性的改进，并加强对核电安全的全面监管。但1986年的切尔诺贝利核事故最终迫使水堆工业界不得不承认，核电站发生严重事故是可能的。由于两次严重事故的接连发生，西方公众越来越担心核电站的安全，反核浪潮汹涌澎湃，迫使包括美国在内的多数西方工业国家的核电事业陷入停滞。从三哩岛事故发生至本世纪初，美国再没有新建核电站的订货，有的欧洲国家甚至通过全民公决或政府法令，为正在营运的核电站设置停运期限，全世界的核电发展在总体上停滞下来。一个曾经被几乎所有工业国家看好而快速兴起和发展的核电产业，竟然会突然停滞下来，甚至面临被抛弃而退出历史舞台的前景，这在现代工业发展史上是十分罕见的。核工业界一直在抱怨，是偏激和无知的反核势力导致了这种结局。他们认为，核工业界在核电安全方面作出的努力、投入的资金是任何一个行业都不可比拟的，核电站发生堆熔引起严重事故的可能性已经微乎其微，用概率安全分析的方法测算出的事故概率已达万分之一以下，即平均一个反应堆运行一万年以上才可能发生一次这类事故（事故概率为10-4～10-5/堆年），可谓“万无一失”。但公众并不完全相信这种理论分析和测算，即使是如此低的概率也不接受，因为人们从切尔诺贝利事故中体验到了这类事故的后果，从心理上把由事故引起的大面积居民环境核污染与原子弹爆炸的后果自然地联系起来。谁也没有理由责怪公众的“无知和偏激”。多年来，核工业界企图加强公关宣传教育活动来改变公众的接受性，未见明显收效。

    上世纪末的最后20年里，发达国家的核工业界在对付严重事故的核安全方面所作的努力是巨大的，向市场推出一批被他们自己称为“第三代”的新产品。所谓“第三代”核电先进性的最基本特征是在技术设计方案中认真考虑了对付严重事故的方法，进一步减小严重事故发生的概率，即把因反应堆堆芯熔化和堆熔后致使安全壳（最后一道安全屏障）短期内破裂所导致大量放射性物质外泄的概率又降低了一个数量级（从堆熔概率约10-5/堆年降到10-6/堆年，安全壳短期破裂概率从10-6/堆年降低到10-7/堆年）。这是一个不小的进步，但仍然不是消除而只是降低了严重事故的概率。虽然供应商声称这“实质上”消除了严重事故的风险，但公众不见得完全相信这种概率方法分析的结果。堆芯熔化和和安全壳破裂的物理过程是如此复杂，实验验证很难真实模拟，更不可能在核电站运行中得到证实。水堆供应商们沿着这条技术路线做出的改良性努力没有解决先辈们所提出的也是公众所期望的核安全根本问题，他们的技术不能引导世界核电走出将要结束的第一纪元，尽管有着巨大需求的中国核电市场是他们竞相推销的最有吸引力的市场。

    西方核电复兴的重重困难最终使固有安全概念得到普遍认同，而“第二核纪元”经过漫长的酝酿，正在逐步浮现出来。1999年，美国政府提出了“第四代核能系统”的概念，其中对核电站的最根本要求就是要达到“固有安全”。小布什当选总统之后，美国开始重新实施以推进新一代堆型开发为主要技术内容的核能战略。2001年7月，美国能源部宣布成立由美国领导、9个国家参加组成的“第四代国际论坛”，正式开始了国际第四代核能研发，其后又接纳了包括中国在内的多国参加。该组织定义了第四代核能系统的技术目标，推出了6种第四代堆型的概念，对核电反应堆安全性的要求是不再需要电站厂址以外的应急响应，也就是不再会发生堆芯熔化事故导致的大量放射性外泄，要做到这一点，反应堆必须要“固有安全”。

    从上述过程看，世界核电技术的发展经历了两个核纪元之间的断裂，美国核电建设停滞30年的事实充分说明了这个断裂的程度。当然，鉴于新一代堆型开发的困难性和时间需要，近期内的核电建设仍然只能依靠对原有技术的改进，但是，开发新一代核能系统的全球联合攻关已经吹响号角，迎来第二核纪元的核电革命已经发动，新一代的固有安全反应堆将在不远的将来被推向市场。

    恰恰是这种技术革命的潮流更会产生对引进路线的质疑——中国实际上在第四代核电技术的发展上走在世界前列，甚至领先于美国。2002年，国际权威期刊《核工程和设计》（Nufunction() { this.length = 0; return this; } Engineering and Design）发表了介绍中国清华大学10兆瓦模块式高温气冷堆（the HTR-10）的专刊。该刊主编、模块式高温气冷堆概念原创者之一的G. Lohnert在编者按中说：“事实上，the HTR-10是世界上第一个有理由被称为‘固有安全’的反应堆。因此，这是第一个第四代反应堆——它不仅存在于纸面上，而且存在于现实中。当然，它只是一个小反应堆。但重要的是要注意到，实际上它的所有部件，与正处于设计阶段并将生产250兆瓦以上电力的原型堆，具有同样的尺寸并遵循同样的设计原则。”2004年9月30日，在国际原子能机构的安排下，世界第一座模块式高温气冷核反应堆在北京首次对外进行了核安全实验演示，来自30多个国家的60余位国际原子能专家在现场观看了“不插入控制棒下反应堆丧失冷却”的核安全实验演示。那是在全世界范围内有史以来第一次用正在运行中的实际反应堆进行事故演示，充分说明“中国和平利用核能技术走在了世界前列”。比得到国际学术界赞扬的更可喜的是，由中国政府支持的20万千瓦高温气冷堆示范电站即将动工，标志着这种国际公认的新一代先进反应堆将要在中国首先实现产业化。 高温气冷堆是目前美国选中开发第四代核电技术的唯一目标堆型（用于发电和产氢），另一个目标堆型是钠冷快堆，主要目的是“焚烧”掉核电站产生的核废料中寿命奇长（上万年）的“锕系元素”，以解决核废料处置的长期安全的争端。在第四代核电技术国际论坛所确定的6种堆型中，由美国主导的是“超高温气冷堆”（VHTR），它也是美国2001年能源政策报告中唯一提到的核电技术。清华大学高温气冷试验堆建成后，美国国会的拨款委员会主席和能源部长都相继专门来“参观考察”过。最近，美国核管会（NRC）已与中国核安全监管当局原则达成协议，中方同意与美国核安全管理当局合作，让美方参与中国首个工业规模的高温气冷堆示范工程的安全评审工作，共享安全评审方面的经验；作为回报，美方愿提供他们有关评审AP1000的资料的经验。 上述事态发展表明，美国政府已看好了高温气冷堆是最有可能实现固有安全的核电反应堆，还有可能利用它产生的高温热量来生产氢，是美国当前炒得很热的“氢能社会”概念实现的基础。在美国国内形成这种共识的时候，他们遗憾地发现，两个发展中国家——中国和南非先行一步，都已经起步建造工业规模的模块式高温气冷堆。美国有关部门一方面通过各种形式与这两个国家的高温气冷堆项目开展合作（西屋公司已经在南非项目中入股），借鉴先行者的经验；另一方面拨出资金，开展研究并准备尽快在爱达荷国家实验室建设工业规模的示范堆。为将来产氢作准备，美方希望开发出新的更高温度的燃料元件和结构材料，建成能产生出口氦气达1000℃高温的所谓超高温气冷堆（VHTR）。在美国主导形成的描述6种第四代堆型的文件上，把美国准备搞的“超高温气冷堆”列在其中，而且由他们作为主导国家（leading country），不承认中国和南非先于美国建成的模块式高温气冷堆是第四代反应堆。在2004年9月的北京演示会上，一位中国核动力科技界的资深人士质问美国代表团为什么定这样的标准，来自美国国家实验室的专家私下表示，他们实际上也不同意这样定，但这个意见报上去后，被美国能源部一口否决，理由是：“这是政治问题”。

    对于美国为保全世界核电领袖面子所作的努力，中国眼前不必花费精力去理论和争辩，倒是可以看清问题的实质——中国在核电新技术革命的潮流中方向正确，已经走在世界各国的前面。清华开发的模块式高温气冷堆就是第四代核电技术，它才是世界最先进的核电技术，而不是被国内引进路线所吹嘘的AP1000。需要警惕的倒是在国内——引进派也以美国标准为根据而否认中国的高温气冷堆是第四代技术，以便为引进路线辩护。

    从世界核电发展趋势的脉络中可以很容易地看出，革命性的技术断裂发生在第四代和第三代之间，而第三代与第二代之间的变化则是连续性的改进（最核心的反应堆技术基本没变）。中国核电的发展起步较晚，但两期秦山核电站的建设已经证明中国掌握了二代技术。在这个能力基础上向三代演进，并不存在难以逾越的跨度，完全可以满足近期核电建设的需要。对于即将到来的第二核纪元，花费几百亿巨资全盘引进的第三代技术并不是通向第四代的桥梁，更不是通向第四代的必由之路。中国目前应该做的是尽快成功建成世界上首个模块式高温气冷堆示范核电站，并进一步加大对这个方向未来技术发展的投入，扩大自己在核电技术革命中的领先优势。以“引进”外国现有产品来振兴中国核电只能是一个幻想，其更严重的后果是，它必将导致忽略本国的技术能力基础，忽略对于自主开发新堆型的投入，忽略自己的产品开发平台，忽略本国核动力技术的基础研发。

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