作者： 彭士禄（院士）

        2001年1月美国能源部倡议成立了第四代核能国际论坛（GIF），共同研究、开发第四代核能技术。目前共有10个国家包括美国、法国、日本、英国、加拿大、阿根廷、南非、巴西、韩国、瑞士，以及欧洲原子能共同体加入了该论坛。GIF经过多次讨论，明确第四代反应堆应在确保安全可靠的基础上，力争提高其经济性和核燃料的增值和节约，并在2002年5月的巴黎会上选定了6种堆型作为未来第四代反应堆的发展方向。这6种堆型为
①气冷快堆（GFR）；
②铅冷快堆（LFR）；
③熔盐反应堆（MSR）；
④钠冷快堆（SFR）；
⑤超临界水堆（SCWR）；
⑥超高温气冷堆（VHTR）。

超临界水堆（SCWR）有以下优缺点：

        1．在上述6种堆型中只有超临界水堆采用水作为慢化剂和冷却剂，水是便于取得和便宜的物质，且其化学、物理性质清楚。我国的核电站绝大多数采用压水堆，其用水的经验均可借鉴。
        2．由于超临界水堆在250大气压下工作，其出口温度可达500℃以上，故可将目前压水堆核电厂的净热效率从～33%提高到～44%以上。
        3．由于热效率提高～11%，可节省核燃料～25%，亦即3个百万级压水堆的核装料可装4个百万级超临界水堆。
        4．将超临界水堆SCWR的堆芯紧凑化布置，即可转化为快中子堆，具有灵活性。
        5．具有固有安全性，无论发生什么故障都可以得到安全控制。
        6．一回路系统最为简化，取消了压水堆中的主蒸汽发生器、稳压器、主循环泵，由超临界水经过减压后向主汽轮机直接供气。如图1、2所示。
        7．推芯设计将采用我国具有专利权的《套管燃料组件的超临界水反应堆》，以简化堆芯设计工作，并节省堆结构材料。
        8．超临界水推的几个辅助安全系统完全可以利用我国国核技已引进的AP-1000核电厂的非能动技术。
        9．可以充分利用我国超临界火电厂的技术，简单说，将反应堆替代超临界锅炉即为超临界核电厂。
        自1980年以来，我国已引进和国产化建成超临界和超超临界火电机组共38台，单机容量分别为30万Kw、50万Kw、80万Kw、90万Kw、100万Kw等共8种型号。这说明我国的超临界技术已相当成熟。
        10．具有强劲的经济竞争性：据GIF估计，百万千瓦级超临界水堆核电站的造价（当时价）约为900$/kW；殴共体估计为1000殴元/千瓦；我国2×90万千瓦超临界火电厂的比投资（建成价）为5900元/千瓦（含脱S、NOx）。由于一台反应堆的造价要比一台锅炉的造价贵，故2台百万千瓦级的超临界核电站的比投资～9000元/千瓦。
        目前我国正在建设中的核电厂的比投资为：高温气冷堆为16000元/千瓦；方家山改进型压水堆2×100万千瓦为13000元/千瓦w。
        由此可见，超临界水核电厂比上述核电厂分别便宜～70%、～44%。3台一百万Kw级的造价可建造4台百万Kw级的超临界水核电厂，达到3 = 4的目的。
        综上所述，可见SCWR具有经济性、安全可靠性、节省铀资源，有利于可持续发展。

        11．存在主要问题有：

        ① 反应堆压力容器制造。以百万kW级的反应堆为例，在250大气压下工作，其压力容器的高度～13m，筒体段外径4m，壁厚～35cm，目前只有俄罗斯、韩国、日本能制造，需考虑合作生产或外购。
        ② 需研制堆内构件热绝缘材料。
        ③ 需研制设备密封材料，解决三漏（水、汽、油）问题。
        ④ 需进行包覆颗粒燃料的制备试验、耐腐蚀试验、水力试验、堆内考验、零功率试验等。
        ⑤ 需开展安全性分析、稳定性分析和控制等。
        综上所述，从核装料及造价上，3台百万Kw级压水堆可建造4台110万级超临界水堆，达到3 = 4。

图一、从PWR到SCWR的系统简化示意图

图二、超临界水冷堆核电机组原理图