2024年上海先进核能产业发展白皮书.pdf

产业发展白皮书 上海先进核能指导单位：上海市经济和信息化委员会编制单位：上海市核电办公室 上海核工程研究设计院股份有限公司 上海中创产业创新研究院编写顾问：陆海宾、汪洵、朱军民编写人员：周凌、王晓骏、倪陈宵、朱桂学 冷凡、丁国杰、李光辉、揭永琴 蔡翔舟、魏文斌、吴海峰、张迎利 徐明秀、姜有恩、胡杰、杨钊、朱佳敏编排单位：当今数字科技产业发展白皮书上海先进核能一、产业发展概况（一）先进核能概念与内涵（二）核能发展演进历程（三）先进核能产业核心技术分析（四）先进核能产业链分析二、国内外发展现状（一）国际发展现状（二）国内发展现状三、上海布局情况（一）产业基础（二）全市布局情况（三）存在的主要问题四、展望与建议（一）发展思路（二）主要举措 34681516173138394347495057当前，全球正处于一个能源转型的关键时期，减碳逐渐成为应对气候变化的全球共识，核能可有效减少碳排放，成为替代化石能源的希望，发展核能也成为事关国家安全的重要基石。放眼世界，各国际组织和美国、俄罗斯等核能大国均在探索拓展先进核能技术的广泛应用，推动部署安全可靠的先进模块化小堆示范应用，积极开展第四代核能系统的研发和国际核能合作，力争占据核能产业的制高点。我国商用核能历经几十年的发展取得了巨大的进步，成为目前核电发展最快的国家，在第四代核能系统(快堆、高温气冷堆等)和先进小型堆，以及核聚变等领域取得了显著成果，正逐步从核能大国跻身核能强国。上海是中国核电的肇兴之地，是我国核电工程设计和装备制造重地，拥有完整、综合实力很强的核能核电产业链，正着力打造世界级核电产业集群。在此背景下，在上海市经济和信息化委员会指导下，我们编制了上海先进核能产业发展白皮书，希望与业界同仁共同推进上海先进核能产业高质量发展。白皮书阐述了先进核能概念与内涵，分析了当前先进核能的主要方向和关键技术，对当前全球以及我国先进核能发展格局及技术发展现状进行了系统性梳理。同时，基于上海在我国核能产业当中的核心地位，白皮书从核能产业规模、科创资源、企业集聚等角度，深度梳理了上海先进核能发展现状，深刻剖析了上海先进核能发展面临的主要问题，并围绕不同领域重点技术突破方向，从近期、中期、长期时间跨度提出了上海发展先进核能的总体思路，针对性规划了上海先进核能下一步发展举措。时间仓促，白皮书不足之处在所难免，我们将在后续持续跟踪世界先进核能产业发展的前沿趋势，深化先进核能产业的研究。序 言在人类社会发展的历史长河中，能源始终是推动文明进步的重要基石，每一次能源变革都深刻地影响了世界的发展轨迹。核能，作为一种高效且清洁的能源形式，自其诞生以来，就在全球能源版图中占据了举足轻重的地位，可控核聚变更被认为是人类能源的终极梦想。上海先进核能产业发展白皮书12核能是国家制造强国的重要组成部分，在保障国家能源安全、缓解气候变化、实现低碳转型发展等方面发挥重要作用。先进核能主要包括小型模块化反应堆、第四代核能系统以及聚变堆，目前已经成为全球先进核能技术研发焦点和重要产业发展方向。2009年，国际原子能机构（IAEA）将每个反应堆模块发电功率不超过300MW反应堆机组定义为小型反应堆。随后，美国能源部在IAEA小型反应堆机组概念基础上加入了模块化概念，称为小型模块化反应堆，并对小型堆进一步细分，一般将发电功率10MW以下的小堆称为微堆。相比三代压水堆核电等大型反应堆，小型堆具有安全性高、建设周期短、布置灵活、总投资小、用途广泛等特点，可满足多元化用途需求，陆上用途主要是作为传统压水堆的补充，可更靠近需求侧，为用户提供清洁稳定的电力供应，满足区域供热、海水淡化、热电联供、核能制氢等多场景应用需求；海上用途以满足大型舰船动力、海洋平台能源需求为主，可服务边远地区、岛礁、海洋资源开发。微堆布置则更为灵活，可为偏远地区或小岛屿热电联供提供最佳解决方案，可替代柴油发电机。2000年，第四代核能系统的主要目标体现在可持续性、安全性、经济性、防核扩散性四个方面，其概念首先由美国能源部提出，后续逐步成立了第四代核能系统国际论坛（GIF），到2022年12月已经有中国、美国、俄罗斯、法国、英国、日本、韩国等14个成员国。GIF提出6种第四代核能系统的推荐技术，包括：钠冷快堆（SFR）、铅冷快堆（LFR）、熔盐堆（MSR）、气冷快堆（GFR）、超高温气冷堆（VHTR）和超临界水堆（SCWR），发展目标是2030年达到技术实用化程度。第四代核能系统是未来低碳排放、高效率的新型能源，其安全、绿色、经济运行可以为我国“双碳”目标的实现发挥积极作用。一、产业发展概况2、第四代核能系统1、小型模块化反应堆（SMR）（一）先进核能概念与内涵34聚变堆是在人工控制下利用聚变产生能量，以其释放能量巨大、无核废料产生、辐射剂量低等特点，被视为解决人类能源问题的终极方案。当前国际研究较多的聚变堆有磁约束聚变和惯性约束聚变。磁约束核聚变利用磁场约束聚变等离子体，通过加热装置向等离子体输入能量，将等离子体加热到高温高压，使氘、氚等轻原子核发生聚变反应，其中托卡马克装置是研究最多的方案。惯性约束核聚变将装载氘氚的微型靶丸加热，使得内部氘氚受惯性力约束产生聚变反应。3、聚变堆从全球看，自1954年苏联建成电功率为5MW的实验性核电厂以来，核电技术的发展可以划分为第一、二、三、四代。第一代核能发电是利用原子核裂变能发电的初级阶段，从为军事服务走向和平利用，时间大体上在20世纪50年代到60年代中期，以早期开发的原型堆核电厂为主，证明了利用核能发电的技术是可行的。第二代核电是指20世纪70年代至现在仍在运行的大部分商业核电厂，证明了核电在经济上是可行的。第三代核电是从20世纪90年代开始，为应对化学燃料发电引起的环境污染，特别是温室效应引起的全球变暖问题，美国率先制订了美国用户要求文件（URD），欧洲也制订了欧洲用户要求文件（EUR），进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求，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。第四代核电是指在反应堆和燃料循环方面有重大创新的核能系统，其安全性和经济性都更加优越，废物量极少，无需厂外应急，并具有防核扩散能力。目前，随着三代核电实现规模化商业化建设运行，世界核电技术已基本完成了向三代核电的转型升级，进入四代核电技术研发与部分堆型的工程示范验证阶段。小型模块化反应堆方面，其研发起源于上世纪60年代，最初应用于军事领域，可用于保障军事基地能源供给安全、建造核动力舰艇等方面，是典型的军民融合技术。在美、俄等国带动下，基于“军转民”的小型堆开始逐渐推广应用于电力、船舶等民用领域。截至2022年底，在IAEA注册的小堆型号已超过80个，涵盖水、气、熔盐、金属等多种冷却剂类型，在国内外已成功实践、进入实质开发阶段或具有代表性的有38个堆型，其中小型压水堆技术发展比较成熟，成为当前小堆技术发展的主流，占据主导地位。（二）核能发展演进历程56上海先进核能产业发展白皮书目前，全球能源正处于向清洁低碳转型发展的重要时期。先进核能技术为核能低碳拓宽了综合应用场景，且提升了核能的安全性和可持续发展要求。在现有的小型堆设计中，压水堆技术仍占据主导地位，采用成熟、经过充分验证的技术，技术路线以紧凑式和一体化为主。根据IAEA最新版（2022年版）的小型模块化反应堆手册，在18个会员国，有超过80种SMR正在开发和部署之中。（主要国家的小堆型号和研发状态见附录一）小型模块化反应堆需攻关的关键技术包括：一是关键设备研制技术，包括海洋控制棒驱动机构共性关键技术研究、海上小型堆换料关键设备共性关键技术研究、直流蒸汽发生器共性关键技术研究、内置蒸汽稳压器共性关键技术研究、海洋条件下设备鉴定共性关键技术研究等；二是关键运维技术研究，包括小型堆运维关键技术研究、智能运维技术研究、在线监测和诊断技术研究、多堆控制共性关键技术研究等；三是示范工程建造技术，包括小型堆地下施工技术研究、模块化制造安装技术与工厂预制技术研究、反应堆设备装卸工艺验证及优化研究等；四是针对不同应用场景的专项技术，包括车载堆关键技术、空间堆关键技术、深海开发用反应堆关键技术等；五是支持安全审评的共性关键技术，包括标准及安全审查技术研究、厂址适应性与选择方法研究、裂变产物行为和放射性源项研究、应急简化技术研究等。聚变堆方面，全球范围内对于可控核聚变的研究已经超过60年。过去20-30年，国际热核聚变实验堆（ITER）计划为推动该领域技术发展做出了重要贡献。ITER计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程之一，其目标是通过建造反应堆级的托卡马克装置，验证利用核聚变发电的科学和工程技术可行性，我国是ITER计划核心参与国之一。作为聚变能实验堆，ITER要把上亿度由氘和氚组成的高温等离子体约束在体积837立方米的“磁笼”中，持续时间突破百秒量级甚至更高级别。近年来，随着高温超导材料的大规模工业化应用，高温超导紧凑型核聚变装置也为加快聚变能源商业化进程开辟了新的路径。2021年2月，美国国家科学院发布可控核聚变发展路线图Bringing Fusion to the US Grid，提出要建设一台小型化聚变示范电站（A Com-pact Fusion Pilot Plant），并于2035年-2040年在美国实现聚变发电入网。2022年12月13日，美国能源部宣布，LLNL劳伦斯利佛莫尔实验室研究的“惯性约束（激光核聚变）聚变堆取得了聚变能净能量增益的历史性突破，为不久将来聚变能的示范及商业应用提供了信心。1、小型模块化反应堆技术（三）先进核能产业核心技术上海先进核能产业发展白皮书78（2）铅冷快堆（LFR）铅冷快堆采用包含铀238或超铀核素的金属体或氮化物作为核燃料，以铅/铋液态金属作为冷却剂，采用闭式循环，堆芯出口温度为550，有的甚至可达到800。铅冷快堆发展目标是实现快谱闭式燃料循环，长寿命核废料最小化，更适于供热、制氢等多元化应用。铅冷快堆主要面临以下技术挑战：一是新型核燃料研发带来的材料的兼容性问题研究，包括燃料以及包壳等的研发；二是含铅运行环境带来的腐蚀控制问题研究；三是研究堆结构、支撑和换料的重新设计问题；四是核燃料再循环、再加工和核废物处理处置研究；五是铅冷却剂的在线化学检测和控制技术；六是由于铅作为冷却剂，需要开展能量转换技术研究和能量转换装置的研发；七是高密度铅使得堆体需要重新进行抗震设计研究。（1）钠冷快堆（SFR）钠冷快堆采用金属合金型核燃料，燃料置于不锈钢包壳内，以液态钠作为冷却剂，液态钠充满燃料和包壳的缝隙，采用闭式燃料循环，出口温度约550。钠冷快堆的发展目标是经济发电、燃料增殖和核废料嬗变，其闭式燃料循环技术已经得到全球认可和部分验证。钠冷快堆主要面临以下技术挑战：一是由于钠冷快堆的设计是为了处置高放废物，使得大量锕系元素能够再循环成为研究重点；二是由于采用非能动余热排出系统设计，需要确保所有设计基本初因事件都有非能动的安全响应；三是因为钠与水接触发生放热反应且液态金属钠的强腐蚀容易造成泄漏，需要开展在役检查和维修技术研究，还包括预防钠泄露等的仪器仪表检测研究；四是高密度钠作冷却剂，需要考虑提高抗震设计以及严重自然灾害的应急能力；五是存在新型燃料制造等，需要考虑降低投资成本的问题。（3）熔盐堆（MSR）熔盐堆是第四代先进核反应堆中唯一使用液态燃料的堆型，以液态熔盐作为核燃料载体和冷却剂，具有失效安全、结构紧凑、常压工作、高温输出和地域适应性强等特点，是国际公认适合实现钍基核燃料工业利用的堆2、第四代核能系统技术上海先进核能产业发展白皮书910型，尤为适合我国钍资源丰富的国情。熔盐堆高温输出和地域适应性强的特点，特别适合在我国西部与丰富的风能、光能资源构成“风光核氢储”新型低碳复合能源系统。熔盐堆主要面临以下技术挑战：一是钍铀燃料循环过程涉及的锕系核素静态与动态物理化学特性、核物理与核化学的理论与技术；二是钍铀燃料干法分离技术与批处理流程关键技术；三是模块化熔盐堆的中子物理、高温熔盐流体力学的理论与设计方法；四是耐辐照耐高温熔盐腐的蚀镍基合金、长寿命熔盐堆用核石墨研制及其服役性能评估；五是核安全技术与氚控等关键技术。（4）气冷快堆（GFR）气冷快堆采用复合陶瓷型核燃料、包覆颗粒核燃料或锕系混合物型包覆核燃料，以氦气作为冷却剂，采用闭式燃料循环，堆芯出口温度可达850。气冷快堆的发展目标是超高出口温度带来的多元化热应用和高发电效率，更适于供热、制氢等多元化应用。该技术存在高温高压系统带来的复杂瞬态动力学问题等困难，耐高温材料研发需求和技术风险，调研结果显示全球气冷快堆距离工业示范应用还有较长的距离。气冷快堆主要面临以下技术挑战：一是研发可经受高温和堆内辐照考验的燃料、包壳材料和结构材料；二是高性能汽轮机的研发以保证高效的气体热量传递问题；三是由于高温、高压、气体流动传热带来的系统安全性问题，包括余热排出、承压安全壳设计等。此外，还包括堆芯综合设计和相关材料的开发。（5）超 高 温 气 冷 堆（VHTR）超高温气冷堆采用包覆型核燃料，石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂，可以采用一次循环和多次循环方式，堆芯出口温度达950。高温和超高温气冷堆由于其在核能制氢等综合利用领域的独特优势，成为全球各国积极布局的领域，被认为是最有前途和最有效的制氢系统，发展目标是超高出口温度带来的多元化热应用和高发电效率。超高温气冷堆主要面临以下技术挑战：一是在超高温、高燃耗、高通量情况下，银和铯高迁徙能力增加了碳化硅层的破损概率，对燃料设计提出了更高的要求；二是在超高温运行环境下，需要验证石墨的稳定性和寿命问题；三是因采用能动的安全系统使得安全裕量降低；四是为发挥高温氦气的优势循环效率使得高性能氦气轮机及相关部件的研发成为最有潜力方案；五是因高温高压的氦气冷却使得压力容器材料、热利用系统材料的研发成为重点；六是研发适合于高温运行的核电厂配套子项、产氢系统。12上海先进核能产业发展白皮书上海先进核能产业发展白皮书11（6）超 临 界 水 冷 堆（SCWR）超临界水堆是一种高温高压水冷反应堆，技术基于现有的轻水堆和超临界水冷化石燃料电厂，采用铀的氧化物为核燃料，以超临界水作为冷却剂，采用一次通过式燃料循环方式，堆芯出口 温 度 为 5 1 0 ，最 高 可 达550。超临界水冷堆发展目标是提高效率、简化设备，提高经济性。超临界水堆主要面临以下技术挑战：一是反应堆材料因辐照导致的腐蚀、辐解作用和水化学作用、强度等问题；二是反应堆的安全性问题，包括非能动安全系统以及堆芯淹没事故时带来的正反应性等安全问题；三是运行的稳定性及控制问题，包括中子、热工、自然循环相耦合的不稳定性和功率控制。目前实现聚变的方式有两种，分别是磁约束和惯性约束。3、聚变堆技术磁约束核聚变反应堆的关键技术有：一是强磁场制造，通过超导磁体产生强大且稳定的磁场，以便约束和控制高温等离子体；二是等离子体控制，确保大规模聚变燃烧等离子体的稳态运行。目前国际上主流的方案是使用托卡马克（Tokamak）技术路线来实现磁约束核聚变，代表性的试验装置有国际热核聚变实验堆ITER、欧盟JET和中国全超导托卡马克东方超环EAST、中国环流器三号等，磁约束也是中国可控核聚变目前技术主要的研究方向。惯性约束聚变反应是短脉冲式的，无法连续发生，其关键技术有：一是研发高能量激光或粒子束系统，必须能够在极短的时间内（通常是纳秒或皮秒级别）将大量的能量集中到微小的燃料靶上；二是小型燃料靶的制造，其中涉及高精度的材料处理和制造技术。惯性约束核聚变研究目前仍处于验证物理原理和实施点火阶段，进展较快的是美国2008年建成的国家点火装置（NIF）。上海先进核能产业发展白皮书1上海先进核能产业发展白皮书1314一般来说，可以将核电产业链分为上中下游三个环节。上游为核电设计及核燃料供应，主要包括型号研发设计、厂址咨询与规划、铀矿地址勘探、铀矿开采、铀的冶炼和加工、铀浓缩、核燃料元件制造等环节，不但起着引领整个产业链的作用，而且贯穿产业链各个环节，支撑制造、建造、运维等各项工作安全高效地进行。中游为设备制造，主要包括核岛、常规岛、电站配套设施、仪控的设备制造及安装建设等。下游为核电站运营，主要包括电力生产及检修维护，以及核电退役、乏燃料及核废物管理。近年来，由于核能综合利用逐步推广，下游产业链已经拓展至区域供暖、海水淡化、工业供热、制氢等多种应用场景对应的各类供热站、化学工艺系统和相应的配套工程。对于聚变堆产业链来说，基于核聚变与传统核裂变在原理、燃料类型、废物管理、安全性等方面的显著差异，其产业链构成也与传统核电产业链存在明显不同。在上游的核电设计及核燃料供应方面，涉及到氘、氚、氦、锂-6等燃料制备、运输、储存，等离子体仿真、装置设计和聚变控制的相关软件开发。在中游的设备制造方面，除与核裂变反应堆相同的蒸汽发生器、汽轮机等设备部件的生产和制造外，还涉及聚变堆建造所需特种金属（钨等），以及超导材料（稀土钡铜氧）制造等。在下游的反应堆运营，则涉及聚变堆废物处置、特种设备运维等针对性技术与服务产品。图1 核电产业链全景图基于先进核能的核电产业链包括核电技术的研发、新堆型型号设计、装备制造、建设安装、运行维护、退役，同时还涉及到严格的安全和质量控制，以确保核电站的安全稳定运行。（四）先进核能产业链分析二、国内外发展现状上游中游下游 总体设计与安全评价 堆芯与燃料 机械、工艺系统、电气仪控仪表 土木工程与建筑 厂址咨询与规划研发设计 铀矿地址勘探 铀矿开采 铀的冶炼和加工 铀浓缩 核燃料元件制造核燃料供应 电力、热力生产 换料管理 设备状态检测分析 备品备件管理 系统和设备改造电力生产及检修维护 乏燃料暂存 贮运容器研发 乏燃料后处理 三废处理乏燃料及核废料管理 系统回路去污 大型设备切割和拆除 高放射性大型设备解体及转运核电站退役 反应堆压力容器 蒸汽发生器 堆内构建 控制棒驱动机构 核主泵 主管道 稳压器等核岛设备制造 汽轮机 发电机 除氧器 凝汽器 高低压加热器 主给水泵 燃料转运装置 主变压器等常规岛设备制造 厂址废物处理设施（SRTF）等电站配套设施制造上海先进核能产业发展白皮书115116统筹气候与发展双重目标，实现经济社会绿色低碳转型发展在世界范围内形成基本共识，而具有清洁低碳、稳定高效优势的核能重新受到世界各国的重视。世界核协会在2021年9月发布的一项报告中指出：核能是推动全球清洁转型发展、构建现代能源体系的关键驱动力。核电能够提升电网运行的稳定性,进而推进太阳能和风能等间歇性可再生能源的部署。除供电外,核能还可用于制氢、工业供热、区域供暖、海水淡化、合成燃料和化工产品生产等，有助于推进电力以外难以减排行业的脱碳。目前，除已拥有核电的国家外，还有约30个国家正着手或考虑将核电纳入其能源体系。在64个“一带一路”沿线国家中，有44个国家已发展或计划发展核电。截至2022年底，全球33个国家和地区共运行4371台核电机组，总装机容量415GWe2，装机规模居前3位的分别是美国、法国和中国，在运核电机组的7种堆型中，压水堆数量占比70.02%。全球18个国家在建核电机组共603台，总装机容量68GWe，在建核电机组规模居前3位的分别是中国、印度、俄罗斯。世界各国电力结构中，22个国家核电占比超过10%，13个国家超过25%，4个国家超过50%。从技术发展来看，世界主要核电国家持续加大对第三代核电技术、小型模块化反应堆、第四代核能系统和聚变堆等技术的研发。其中，压水堆和快堆是目前核能领域的主要研究方向。针对小型模块化反应堆，美国、中国、俄罗斯、阿根廷、韩国等均提出各自小型压水堆设计方案，绝大部分处于设计或评审阶段。美国的NuScale Power Module已于2020年9月获得美国核管制委员会的标准设计批准。阿根廷的自然循环一体化压水堆CAREM正在建造中，将于2026年实现首次临界。中国的简化设计一体化压水堆ACP100于2021年开工，目标是在2026年投入商业运营。其他近期准备部署的包括美国的VOYGR和BWRX-300、中国的一体化供热堆、英国的罗尔斯-罗伊斯SMR、法国的NUWARD、韩国的SMART等。在海上应用方面，俄罗斯的海基小堆KLT-40S已于2020年5月在“罗蒙诺索夫号”（Akademik Lomonosov）浮动核电站中部署投运。（一）国际发展现状1.全球数据均整理自IAEA-PRIS。在运机组的统计是指第一次并网后的机组，包含暂停运行的机组。2.MWe代表电功率3.数据均来源于IAEA-PRIS，根据我国实际情况，将国和一号示范工程1、2号机组纳入统计。1718针对第四代核能系统，钠冷快堆方面，该型号是目前运行经验最丰富的先进核能系统（全球累计400堆年），俄罗斯在钠冷快堆技术发展和建设投入上处于领先地位，同时中国、印度、法国、日本、美国等也在钠冷快堆方面制订了建设计划。铅冷快堆方面，中国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国等均在大力推动关键技术研究和型号设计工作，俄罗斯在工程化推进中处于领先地位，我国整体仍处于关键技术攻关阶段。熔盐堆方面，美国橡树岭国家实验室于上世纪六十年代建成实验堆（MSRE），并形成较为完整的技术报告，验证了熔盐堆的可行性。2011年以来，中国科学院开展的钍基熔盐堆核能系统研究逐渐达到国际领先，至2023年10月，2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆已达到临界，进入功率调试阶段。气冷快堆方面，由于存在高温高压的系统带来的复杂瞬态动力学问题等困难，耐高温材料研发需求和技术风险，全球气冷快堆距离工业示范应用还有较长的距离，尚未建造过真正的气冷快堆。超高温气冷堆方面，全球已运行多座实验高温堆及其原型堆。我国清华大学研发设计的模块式HTR已处于示范工程建设，关键技术已基本突破；VHTR正在开展预研。超临界水堆方面，目前全球处于概念设计和关键技术研究阶段，尚无工程经验，还有赖于材料和热工水力等诸多问题的突破。针对聚变堆，磁约束和惯性约束技术路线相继取得突破，2021年，美国聚变商业公司CFS成功研制全球首个基于高温超导材料的聚变装置磁体，磁场强度达20特斯拉；我国“东方超环”EAST托卡马克装置实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，创下当时托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间纪录；2022年12月，美国国家点火装置(NIF)实验中，首次实现能量增益因子Q1，达到1.54。截至2022年底，全球核聚变产业已经吸引了超过62.1亿美元的投资，相比去年同期增加了14亿美元，同比增长29%；全球范围内共有43家聚变产业公司，相比去年同期（33家）增长30%。目前，世界上具有较强核电产业实力的国家有8个，分别是美国、法国、俄罗斯、中国、英国、加拿大、日本和韩国，在发展先进核能产业方面建立了先发优势。上海先进核能产业发展白皮书1920美国是世界上最早研究开发核电技术和应用的国家之一，核电产业也是美国政府介入最多的行业之一，美国政府通过制定国家能源目标、监管安全和环境以及资助研究开发等多途径，在核电发展建设、反应堆研究开发、燃料循环和防核扩散等方面扮演重要角色。在小型模块化反应堆方面，采用一体化自然循环设计的NuScale小堆，已获得美国核管会（NRC）标准设计；Holtec公司开发了具有非能动特性的SMR-160，主要应用目标是发电或实现联合应用（如制氢、储能、海淡等）。在微堆方面，美国Los Alamos实验室（LANL）完成了千瓦级热管反应堆（KiloPower）地面原型试验装置的非核运行和固体燃料堆芯、热管传热、斯特林循环发电的带核试验；西屋电气基于碱金属热管技术提出的eVinci微型核电源已获得美国能源部、国防部等多个项目支持，正在开展样机研制和示范堆设计、分析及许可工作；HolosGen公司提出了移动式超小型HOLOS模块化气冷堆概念，可实现313MWe功率输出，并满足车载运输要求。在第四代核能系统方面，针对钠冷快堆，美国已在20 世纪 40年代建成全球首座实验快堆，已经积累了有近50年的运行经验，并且已具备示范快堆燃料制造能力。针对铅冷快堆，美国已于21世纪初重启研发计划，美国的爱达荷国家工程和环境实验室和麻省理工学院联合开展ABR 项目，主要研究嬗变处理核废料；美国阿贡国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和洛斯阿拉莫国家实验室联合开展SSTAR项目，主要研究小型模块化设计；在SSTAR基础上，美国阿贡国家实验室开展SUPERSTAR项目，主要研究小型自然循环铅冷快堆，并处于国际领先地位；美国西屋公司开展铅冷示范快堆(DLFR)项目研究，主要验证示范快堆技术的可行性。针对熔盐堆，在美国能源部（DOE）的推动下，已有十多家公司从事熔盐堆的研发。2023年6月，Kairos Power 35MWt熔盐研究堆（Hermes）的初步安全分析报告通过美国核管会（NRC）的审评，近日已正式向美国核管会提出了在田纳西州建设Hermes 2核电站的申请，以推动其商业化进程。针对超高温气冷堆，美国能源部开展的“下一代核电站”（NGNP)研究项目最终选择通用公司参与的棱柱型模块式反应堆（MHTGR）作为美国超高温堆研发的目标，目前还处于研发阶段。在聚变堆方面，美国核聚变装置数量达到34台，居世界第一位，同时聚变产业企业数量高达25家，占全球聚变企业总数的58%。通用原子公司(General Atomics)的国家聚变设施（DIII-D）是美国最大的磁聚变研究实验，普林斯顿大学等离子体物理实验室（PPPL）是美国主要的磁约束核聚变研究中心，洛斯阿拉莫斯国家实验室创新性地尝试了磁惯性约束技术路线，MIT和创业公司Commonwealth Fusion Systems(CFS)合作开展磁约束核聚变项目SPARC，并获得了超过20亿美元的私人投资，占全球聚变总投资的32%以上。美国政府于2022年启动了商业核聚变十年远景计划。1、美国上海先进核能产业发展白皮书21222、俄罗斯俄罗斯是公认的核电技术强国，科研基础雄厚，军民兼顾在核电技术上独树一帜，形成了具有原创特色的多个反应堆型号及相关的工业、技术标准体系。俄罗斯是自主理念创新的典范，多机型、系列化，在新时期世界核电市场占有重要地位。俄罗斯正致力打造以压水堆、快堆、浮动堆和空间核动力为代表的反应堆技术，成为支撑本国核能发展的重要源动力。在小型模块化反应堆方面，主要是采用军转民的路线开展。由于军用堆技术基础扎实，在民用领域如破冰船、浮动核电站等方面均采用成熟的军用小堆开展。其中，采用KLT-40S技术的“罗蒙诺索夫号”浮动核电站已完成建造及相关调试，目前已拖运至俄罗斯远东地区，在2019年底正式发电、供热。俄罗斯在空间堆领域重点开发了热离子堆和气冷微堆技术，其早期热离子堆技术已在空间应用，最新的热离子堆技术的功率水平可达到百千瓦量级。自2009年起开发兆瓦级气冷微堆技术，已完成所有关键技术的测试验证，计划于2025年前发射升空。针对偏远军事基地俄罗斯也开展了车载堆的研发和部署，提出兆瓦级车载气冷堆方案。在第四代核能系统方面，针对钠冷快堆，俄罗斯开展多用途钠冷快中子研究、BN系列（包括BN600、BN800、BN1200等）钠冷快堆以及燃料循环专项计划的研究，主要在堆设计、新燃料以及相关装置和特种同位素生产的研发。针对铅冷快堆，俄罗斯主要实施“突破”计划（Proryv Project），目前已基本掌握快堆、氮化物燃料和后处理关键技术，且正在设计和建造BREST300铅冷快堆及燃料循环设施，计划于2026年建成。针对熔盐堆，俄罗斯正由国家原子能集团公司的博奇瓦尔无机材料研究所开展熔盐堆燃料及乏燃料处理技术的研发，主要包括氟化钚和次锕系元素氟化物的制备、氟化锂和氟化铍混合熔盐的制备以及氚的安全防护。针对超高温气冷堆，主要开展超高温堆燃料制造技术研究。在聚变堆方面，俄罗斯于2021年启动“至2024年期间在俄罗斯联邦原子能领域发展设备、技术和科学研究”(DETS计划)，将热核聚变研究和创新等离子体技术的发展作为重点项目(FP-3)。其中，Rosatom负责项目的整体协调和管理，俄罗斯联邦特罗伊茨克聚变创新国家研究中心主要负责开展研发项目，库尔恰托夫研究所被指定为DETS计划的首席科学组织，应用物理研究所、俄罗斯科学院、布德克尔核物理研究所等科研机构将共同参与关键技术研发。同时，俄罗斯的聚变发展计划也充分与ITER项目相结合，一方面俄罗斯供应的包括极向场线圈等关键设备材料是ITER项目重要支撑，另一方面未来的TRT原型聚变堆作为FP-3项目的重要组成部分，也将在一定程度上基于ITER项目经验。上海先进核能产业发展白皮书2324法国核电在世界上占有很重要的位置，在役核电机组数量和总装机容量仅次于美国列世界第二位。法国具有相当完备的核电机械设备、电气设备、控制仪表设备等工业生产能力，同时拥有了一整套完整的包括铀资源开发、燃料元件制造、乏燃料后处理以及核废料处理和贮存等过程的核燃料循环工业体系，此外还建立了一套高效的核电站运行、维护和维修等服务体系。这些能力和体系的建立，是法国核电工业得以迅速发展的保证，同时又是法国核电工业不断开拓国际市场的强大支撑。在小型模块化反应堆方面，法国电力集团（EDF）研发的一体化压水堆NUWARD正在开展概念设计。在第四代核能系统方面，针对气冷快堆，国际上的实验堆研究主要由法国牵头，其他四个欧洲国家参与；欧盟的研究由德国卡尔斯鲁厄研究院(KIT)牵头，其他十余个欧洲研究机构参加。在聚变堆方面，法国是领导核聚变国际间合作的典范。作为重要发起成员，法国与欧洲其他国家在2014年成立EUROfusion，支持核聚变技术的研发和应用，并制定了到2050年实现聚变发电的聚变能路线图，在此框架下于欧洲多国部署核聚变装置。作为东道国，由欧盟、英国、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同参与的国际合作项目国际热核实验反应堆项目(ITER)于2020年7月在法国南部开始了为期五年的组装阶段，并计划于2035年实现稳态聚变。3、法国4、英国英国是世界上最早建设商用核电机组的国家，也是世界上最先规模化发展核电的国家，近年来，英国相继部署了大型压水堆核电项目建设、资助小型模块化堆及先进模块化反应堆研发、调整与优化核能相关组织机构等行动，期望扩大核能发展规模。为了推动新核能项目的交付，2022年英国对核燃料有限公司（BNFL）进行了重组，设置了独立机构“大不列颠核能”（GBN），负责小型模块化反应堆的竞优工作，为政府核能项目的最终投资决策提供支持。2023年成立的能源安全与净零排放部发布了能源安全战略，提出到2050年将核电装机增加3倍至24 GWe，发电量占比从15%提高到25%。在小型模块化反应堆方面，罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce，以下简称“罗罗”）小型堆采用压水堆设计，单机容量470MWe，其建设成本约18亿英镑（约合25.1亿美元），项目的平准化度电成本（LCOE）介于3550英镑/MWh（约合48.969.9美元/MWh）之间。罗罗小堆设计已于 2023 年完成了由环境署、核监管办公室和威尔士自然资源部进行的第一步通用设计审查，将于2023年基本完成可行性研究，计划2030年交付使用。Newcleo计划设计和建造首个30 MWe铅冷快堆，将于2030年在法国部署，随后在英国建造200 MWe商业机组。Newcleo公司致力于建立混合氧化物（MOX）制造厂为铅冷快堆提供燃料。Babcock公司曾致力于研究一个200MWe的高温气冷堆设计，但目前该公司正与X-energy公司共同计划在英国建造多达40台Xe-100反应堆。在微堆方面，U-Battery采用高温气冷堆设计，装机容量为4 MWe，可用于供电和供热。2023年1月，U-Battery公司的高温气冷堆燃料元件和堆芯设计获得英国知识产权局签发的首个合法专利。上海先进核能产业发展白皮书2625四代堆方面，英国政府启动的AMR示范项目是一项研发计划，旨在探索先进核技术的新型冷却系统和燃料。针对高温气冷堆，2021年12月，政府确认高温气冷堆将成为 AMR 示范项目的技术重点。针对熔盐堆，英国支持moltexFLEX公司的熔盐反应堆设计，包括用于热电联供的自然循环热中子堆FLEX、用于核废料焚烧的快中子堆SSR-W 300及核废料转化为稳定盐（WATSS）的回收工艺。聚变堆方面，自2021年以来，英国的聚变支出已超过 14 亿英镑，今年还公布了聚变未来计划，用于培训、开发新的燃料循环测试设施以及支持聚变公司。同时，UKAEA（英国原子能管理局）正在形成促进英国世界领先的球形托卡马克能源生产方案，并计划开发核聚变发电厂的虚拟原型（数字孪生）。在上世纪核电发展中，加拿大的核能产业取得了很大成绩。由加拿大原子能公司（AECL）开发的压力管式天然铀重水堆CANDU，在国际上除了压水堆、沸水堆之外，居第三位。重水堆占领了加拿大国内全部市场，并向印度、罗马尼亚、阿根廷、巴基斯坦、韩国、中国等许多国家出口。AECL又按照三代核电技术要求，基于原CANDU的设计，提出了新的设计ACR-1000。在小型模块化反应堆方面，围绕重水堆技术路线，CANDU Energy公司推动SMR的研发，功率300MWe的CANDU SMR正在开展概念设计。在第四代核能系统方面，针对熔盐堆，目前美国和加拿大两国核监管机构已完成一体化熔盐堆(IMSR)的联合技术评审。针对超临界水堆，由加拿大核能实验室(CNL)牵头，多所科研机构和大学共同参与。5、加拿大上海先进核能产业发展白皮书2728日本于2018年批准能源战略计划，提出至2030年核能占比达到约20%，推动实验快堆和高温气冷堆来推动未来核能研发，高温气冷堆还可生产用于燃料电池车辆和炼钢的氢气，降低温室气体排放，实现能源战略目标。在小型模块化反应堆方面，日立公司和美国GE公司联合开展小型沸水堆BWRX-300开发。在第四代核能系统方面，针对钠冷快堆，日本拥有大量运行快堆的经验，近期正携手美国开发钠冷快堆。针对超高温气冷堆，日本拥有研究运行HTTR试验堆的大量经验，并掌握高温制氢技术，与波兰合作设计高温气冷研究堆。针对超临界水堆，日本在超临界水冷堆方面开展过大量系统性工作。在聚变堆方面，日本政府于2023年出台未来十年聚变发展国家战略，构建围绕国家量子科技研究开发机构(QST)的产学研框架，推动在ITER项目和BA项目进展中的聚变技术开发、转移和商业化，通过ITER项目和BA项目获取关键技术，推进DEMO反应堆的研究和开发。通过成立日本聚变产业理事会，允许民营公司作为正式成员参与，实现民营公司之间和公司与学术界之间聚变能源的信息交流和需求成果匹配，促进产学研合作。韩国的核电产业与中国几乎同时起步，经过数十年的发展，完成了由最初的完全引进，到现在已经具备了成套设备和技术出口能力，实施了有效的“走出去”战略。韩国核电经过四十多年的发展已经形成了重水堆和压水堆两种技术，并且拥有了自主可控的核心技术。在小型模块化反应堆方面，采用一体化压水堆技术路线的SMART型号正在开展详细设计，i-SMR和BANDI-60型号正在开展概念设计。在聚变堆方面，韩国于2020年成立了韩国聚变能源研究院(KEF)，通过参与ITER项目获取核心技术，进行聚变能关键技术研发，开展聚变能相关安全与技术规范和标准研究，支持核聚变研究设备和设施的验证测试和公共利用，从而推进韩国示范堆K-DEMO的研发和建设。6、日本7、韩国上海先进核能产业发展白皮书2930核能是清洁低碳安全高效的优质能源，是我国实现“碳达峰碳中和”目标的重要战略选择，将在我国能源绿色低碳转型、保障国家能源安全和电力供应、支撑电力系统安全稳定运行等方面发挥不可或缺的重要作用。截至2022年底，我国大陆在运核电机组为55台（不含中国台湾地区），总装机规模为57GWe，运行核电机组累计发电量为4178亿千瓦时，约占全国累计发电量的4.72%。在建核电机组21台，总装机容量24GWe，在建机组规模全球第一。习近平总书记在党的二十大报告中指出，核电技术的发展为创新型国家建设作出了贡献。核电产业一直以来得到党和国家的高度重视，是体现国家综合国力、保障国家能源安全和转型发展的战略性新兴