陳虹宇，房 超

(1.華能核電開發(fā)有限公司，北京 100032;2.清華大學高技術實驗室，北京 100084)

“第五代核能系統(tǒng)會是什么樣子？”被中國科協(xié)列為了2020年對科學發(fā)展具有導向作用的十個重大科學問題之一。盡管對這個問題尚沒有確定的回答，但是業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達成一個共識：第五代核能系統(tǒng)將改變核能作為基荷能源應用的刻板印象，使核能向靈活和多能轉(zhuǎn)變。有鑒于此，第五代核能系統(tǒng)的使用場景將會更加豐富和復雜，接觸甚至使用第五代核能系統(tǒng)的公眾數(shù)量也將急劇增加。在當下，由于對核能的認知偏差大、重大核事故負面影響深遠以及涉核不實信息高速傳播等原因，公眾對于現(xiàn)有反應堆的態(tài)度仍然不夠友好，核能公眾接受性問題常常成為涉核項目落地面臨的重要考驗。第五代核能系統(tǒng)要廣泛應用到各個領域，必須突破公眾接受性這一難題，而要使這一革命性技術實現(xiàn)核能利用的突破和創(chuàng)新，更需要公眾廣泛持有認同的態(tài)度，因此，有必要從公眾接受性的角度給出第五代核能系統(tǒng)的特性要求。

麻省理工核能工程系Golay 教授提出，對公眾接受性的評價應該從兩個角度來展開，一個是基于信任的(trust-based)，一個是基于技術的(technology-based)[1]。信任角度指的是公眾拋開技術不談，而僅僅關注這個技術是由哪些群體來實施和應用的；技術角度則是公眾對這個技術有了解后，對技術本身的接受程度?；谛湃蔚墓娊邮苄蕴嵘匈囉谡麄€核行業(yè)和政府公信力的提升，而基于技術的公眾接受性評價，則取決于第五代核能系統(tǒng)的有關特性能否讓公眾接受并利用。本文正是從這一點出發(fā)，首先從公眾接受性的角度總結(jié)現(xiàn)有核能系統(tǒng)的不足，然后提出第五代核能系統(tǒng)在公眾接受性上將面臨的新挑戰(zhàn)，最終從公眾接受性的角度給出第五代核能系統(tǒng)的特性要求。

1 現(xiàn)有核能系統(tǒng)在公眾接受性方面存在的問題

根據(jù)IAEA的統(tǒng)計(見圖1)，截至2020年初，世界在運的442座反應堆中，運行時間0～29年的有141臺，達到和超過30年的有301臺，達到和超過40年的有109臺，反應堆的設計壽命一般是40年，即使通過延壽達到60年，再過30年二代和二代+反應堆也會基本全部淘汰。在全球電能逐步替代化石能源成為占比最大的終端能源的情況下，為了保持和發(fā)展核能的供電份額，反應堆數(shù)量在未來是會增加的，而要填補未來淘汰的二代和二代+反應堆，如果不出現(xiàn)重大事故或者特別重大的能源技術突破，30年內(nèi)全球必然會逐步增加數(shù)量龐大的核能站，也就是說，未來30年將存在龐大的核能市場。這幾百座反應堆的空白，自然可以用第三代甚至第四代核能技術去填補，但是隨著公眾對美好生活的期望越來越高，從核能公眾接受性的角度來看，依靠這些技術也許并不能使市場充分活躍起來。具體而言，主要有以下3點原因：地區(qū)經(jīng)濟紅利后勁不足；無法消除公眾對核事故的擔憂；對核設施退役和放射性廢物處置的不信任。

圖1 不同運行年數(shù)的反應堆數(shù)Fig.1 Number of reactors in different operating years

1.1 地區(qū)經(jīng)濟紅利后勁不足

利益是否和風險匹配是公眾是否接受核能的直接原因，而在現(xiàn)階段所有利益當中，經(jīng)濟利益是最關鍵的核能感知利益，如果經(jīng)濟紅利后勁不足，核能將逐漸被拋棄。諸如汽車、鋼鐵、石油等傳統(tǒng)重工業(yè)在上個世紀是炙手可熱的行業(yè)，甚至能催生底特律、攀枝花、大慶等等大型城市，然而隨著生產(chǎn)方式的不斷進步，曾經(jīng)輝煌的老牌工業(yè)開始逐漸沒落，傳統(tǒng)工業(yè)城市紛紛尋求轉(zhuǎn)型，試圖重新崛起。如果核能不尋求新的融合發(fā)展模式，也將逐步成為“新的傳統(tǒng)工業(yè)”，完全以現(xiàn)有核能系統(tǒng)為發(fā)展中心的城市，也將遇到發(fā)展瓶頸。

目前，核電站的確為很多地方帶來了巨額的稅收和大量的就業(yè)崗位，直接提高了所在地人民的生活水平，但是，由于限制區(qū)的原因和或多或少的鄰避心理，核電站對區(qū)域經(jīng)濟的提升作用是有限的，能帶來的高層次人才福利和基礎設施福利也是有天花板的，甚至，有些地區(qū)出現(xiàn)了“靠山吃山，靠海吃海，靠核吃核”的情況，基建靠電站，教育靠電站，扶貧靠電站，就業(yè)靠電站，從長遠來看這是非常不利于地區(qū)發(fā)展的。此外，其他產(chǎn)業(yè)和地區(qū)的高速發(fā)展會放大現(xiàn)有核能系統(tǒng)經(jīng)濟紅利的后勁不足，一段時間后，公眾對核能經(jīng)濟利益的感知會愈發(fā)遲鈍，核能的公眾接受性也將不斷降低。

1.2 無法消除公眾對核事故的擔憂

針對公眾對核事故的擔憂，現(xiàn)有反應堆應對的方式是承認事故發(fā)生的可能性，并在設計時盡可能把事故后果降到最低。例如，EPR堆芯設計了堆芯捕集器來收納保證堆芯熔融物[2]；AP1000的非能動系統(tǒng)能夠保障事故發(fā)生的72 h內(nèi)反應堆不需要人為干預[3]；高溫氣冷堆通過特殊的燃料球設計，保證了堆芯不會熔毀，放射性不會擴散，達到“任何事故情況下廠外公眾都不受到傷害”的要求[4]。上述措施都是為了達到事故后果在任何情況下都能夠被接受的目的，然而，這種能夠接受是相對于切爾諾貝利事故、福島核事故這類特大事故而言的，并不一定是公眾的常識能夠接受的。

公眾之所以害怕核事故，除了嚴重核事故直接威脅到了周邊公眾的生命安全和財產(chǎn)安全之外，還因為核事故會帶來長期影響。第三代和第四代核電技術的安全系統(tǒng)的目標是保障堆芯不熔毀和控制放射性物質(zhì)不擴散。然而，一旦事故發(fā)生，即使能夠控制住堆芯和放射性物質(zhì)擴散，如何挽救反應堆，或者處置好廢堆仍然是現(xiàn)有技術所不能解決的問題。例如，切爾諾貝利核電站已經(jīng)更換了兩次石棺，而福島核電站時至今日仍然沒有得到妥善的處置。與之類似，一旦嚴重的超設計基準事故發(fā)生后，EPR堆芯收集池中的熔融物如何處置，AP1000安全殼中的放射性如何消除，高溫氣冷堆中的粉塵與碎石墨如何處理都是難題。所以，嚴重核事故一旦發(fā)生，國家在經(jīng)濟上損失了直接損失了造價數(shù)百億的核電站，還需要花費巨額經(jīng)費進行處置；區(qū)域發(fā)展上，即使現(xiàn)有核能系統(tǒng)承諾公眾不需要長期的避遷，但是對于發(fā)生過事故的地方，只要安全處置還未結(jié)束，公眾都會存有疑慮，地區(qū)發(fā)展將收到強烈沖擊。如此，經(jīng)濟損失和資源浪費將使公眾因為核事故的后果對核能發(fā)展的必要性仍然心存質(zhì)疑。

1.3 對核設施退役和放射性廢物處置的不信任

公眾對核電站退役和放射性廢物處置仍存在不信任。核電站退役的費用往往達到建造費用的10%，這筆高額的支出使得不少公眾認為核電站退役并不會根據(jù)預期計劃進行，而是無限延期或者草草收場。即使通過退役基金運營等方式解決了資金問題，核設施退役也不是一件容易的事。IAEA將核電站退役分成了11個階段，包括起草退役計劃、卸出反應堆核燃料、場內(nèi)處理退役的核廢物、轉(zhuǎn)移退役的核廢物、做好安全隔離準備、局部拆除、主動隔離措施、被動隔離措施、徹底拆除、最終環(huán)境監(jiān)測(驗收)和行業(yè)許可證到期(法定意義上的退役完成)，足見其手續(xù)之復雜[5]。從已經(jīng)退役的核電站和各國的退役計劃來看，一個核電站將需要十數(shù)年甚至數(shù)十年來完成退役。例如，東京電力公司2020年5月提交的福島第二核電廠退役計劃需要耗時44年；德國的核電站退役時間平均預期將達到15年；法國決定對一些退役反應堆再推遲50年進行最初拆除和拆毀[5,6]。顯然，退役這項“毫無收益”的工作“拖延”或者進行的更久，公眾的疑慮就會更深，核能行業(yè)也就會被職責為毫無責任心。

放射性廢物處置的問題與此類似。深地質(zhì)處置是目前IAEA唯一認同的高放廢物最終處置方法，但時至今日，世界上仍然沒有建設完成一個深地質(zhì)高放廢物最終處置點。反而是許多國家為了節(jié)約成本，曾采取過很多不負責任的方式處理放射性廢物。例如，比利時，法國，德國，意大利，日本，荷蘭，俄羅斯，韓國，瑞士，英國和美國都曾進行過海上放射性廢物處置。另一方面，即使深地質(zhì)處置點建成，長壽期放射性廢物也需要在地底掩埋萬年，許多人多此深有疑慮，擔心“滄海桑田”之后，子孫后代在自家地里突然挖出來一個輻射罐頭。特別的，在我國用于高放廢物處置的核法證學(Science of Signatures)發(fā)展非常緩慢，也無法保證高放廢物的信息記錄可以有效的傳遞給后人。從這兩個方面來講，放射性廢物處置這個科學上尚無定論、科學家努力探索的領域的確算得上核工業(yè)中的阿喀琉斯之踵，很有可能成為反核人士大做文章的地方。

2 第五代核能系統(tǒng)面臨的公眾接受性新挑戰(zhàn)

長久以來核能從業(yè)者對公眾接受性的要求是較低的，即并不需要公眾十分接受，也能基本順利的保證核設施項目落地。而真正的核能公眾接受性，應該是公眾接受并且主動利用核能。這就像人們從接受汽車出現(xiàn)在馬路上到自己駕駛汽車一樣，也就是說，公眾的角色將不再只是旁觀者和評價者，還是使用者，公眾接受性需要同核能技術一樣進入到一個新的階段。要做到這一點，需要應對下述“三個多樣化”挑戰(zhàn)。

(1)多樣化的環(huán)境

“酒香也怕巷子深”，要讓公眾切身感受到第五代核能系統(tǒng)的先進性，首先是要讓其能夠適應多樣化的環(huán)境，融入公眾的生活?，F(xiàn)有反應堆落地前需要嚴格的廠址選擇和周密的環(huán)境評價，所在環(huán)境在地質(zhì)學、水文學，生態(tài)學和社會影響等方面都有嚴格的要求。由于在選址規(guī)定和程序上的法律和技術性法規(guī)的空白，我國一直沿用現(xiàn)有的“任何反應堆都遵循同一選址標準”的理念，某種程度上這導致了廠址的稀缺性。例如，高溫氣冷堆的安全特性和壓水堆不同，廠址條件可以有一些放寬，但現(xiàn)在仍然和壓水堆“一址多堆”，這就不利于公眾感受到技術革新帶來的安全性和先進性。第五代核能系統(tǒng)要走進各個行業(yè)，形成網(wǎng)絡化布局，就需要實現(xiàn)從為了核能系統(tǒng)打造適宜環(huán)境到核能系統(tǒng)主動適應環(huán)境的轉(zhuǎn)變，使公眾切身感受到新一代核能系統(tǒng)在安全性和適用性上的提高。

(2)多樣化的用戶

現(xiàn)有反應堆的使用者是經(jīng)過長期培訓和實踐才正式上崗的運維人員，在嚴格意義上還不存在“用戶”這一概念。復雜的運維操作不僅意味著高昂的人力成本，還意味著難以逾越的技術壁壘，如果第五代核能系統(tǒng)的運維操作不加以簡化，它將很難被廣大用戶接受和使用。因此，第五代核能系統(tǒng)需要適應不同的用戶習慣，提出針對性的解決方案。

(3)多樣化的用途

現(xiàn)有反應堆雖然結(jié)構復雜，但是用途比較單一。第五代核能系統(tǒng)要成為多能擔當，助力電網(wǎng)、工業(yè)、運輸?shù)鹊阮I域的深度脫碳，成為多種大型設備的能量來源，甚至進入到普通家庭，就必須能夠順利接入和嵌套進其他行業(yè)和領域。核能與其他能源的最大差別就在核安全問題上，而解決公眾接受性的根本方案就是讓公眾適應這個問題，把注意力放在“能”而非“核”上。如果第五代核能系統(tǒng)能夠和其他行業(yè)進行深度融合，形成“核能+”能的模式，那么公眾的關注的將是如何利用核能，開發(fā)核能的巨大潛力，而不再是如何遠離核風險，這將是核能公眾接受性提升的關鍵一步。

3 第五代核能系統(tǒng)的公眾接受性新要求

要解決和應對上述兩個問題和三大挑戰(zhàn)，第五代核能系統(tǒng)需要滿足一些新的要求，包括事故易處理性、退役便利性、設計靈活性、運維智能性、系統(tǒng)接入性以及社會融入性。

(1)事故易處理性

針對公眾對核事故的擔憂，提出事故易處理性這一特性，即在最嚴重的超設計基準事故發(fā)生后，核設施仍然具備完整性，能夠包容放射性，并且能夠迅速轉(zhuǎn)移或就地處置，不對周圍環(huán)境造成長期影響。這一特性旨在消除核事故對周圍環(huán)境的長期影響，徹底解決公眾對核事故的擔憂。這方面的指標包括：

在任何事故發(fā)生后72 h內(nèi)消除對周圍放射性的排放(包括放射性氣體卸壓、放射性廢水排放、放射性粉塵散播等)；

在任何事故發(fā)生后60個月內(nèi)完成對反應堆的處置，恢復廠區(qū)除反應堆廠房外地區(qū)的無限制利用。

(2)退役便利性

退役便利性強調(diào)第五代核能系統(tǒng)退役和放射性廢物處置的時效性、經(jīng)濟性和環(huán)境友好性。例如，使用富集度更低的燃料；通過嬗變縮短錒系元素的處置時間；在退役后直接將廠房改造為放射性廢物最終處置點等等。退役便利性的關鍵是給出可操作性強，讓公眾信服的退役和放射性廢物處理方案，其具體指標包括：

在核設施設計階段考慮退役方案，并在核設施退役后12個月內(nèi)完成狀態(tài)評估和方案確認；

在方案確定后的36個月內(nèi)完成核設施退役，恢復廠區(qū)的無限制利用；

退役費用在建設費用的5%以下；

乏燃料能夠通過增殖或濃縮的方式得到處理；

放射性廢物能夠通過嬗變的等方式得到處理，處置時間縮短到1000年以內(nèi)。

(3)設計靈活性

第五代核能系統(tǒng)能夠針對多樣化的環(huán)境，采取靈活的設計，適應并利用生產(chǎn)條件。設計靈活性的關鍵突破在于在保障安全性和環(huán)境友好性的前提下能夠在此前不能作為廠址的地方建設核能系統(tǒng)，甚至是建立可轉(zhuǎn)移的核能系統(tǒng)，讓“核能走近公眾”代替“公眾走進核能”，具體指標包括：

通過設計增加可用廠址，開發(fā)可移動核能系統(tǒng)；

變更設計后的各方面成本不高于在現(xiàn)有廠址建設的第三代先進核能系統(tǒng)的120%。

(4)運維智能性

人工智能的迅速發(fā)展已經(jīng)并將繼續(xù)深刻改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活方式，搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇刻不容緩，將人工智能技術應用于第五代核能系統(tǒng)上，相得益彰。運維智能性就是針對不同的用戶，通過智能化的運維減少操作人員的數(shù)量，加快用戶的適應過程，降低第五代核能系統(tǒng)的運維成本。智能化運維系統(tǒng)打破了專業(yè)壁壘，更貼近公眾，同時也是降低核電廠運維成本的關鍵措施，其具體指標包括：

通過智能運維系統(tǒng)減少80%的操作人員(同第三代先進核能系統(tǒng)對比)；

通過智能運維系統(tǒng)降低20%以上的運維成本(同第三代先進核能系統(tǒng)對比);

用戶可以在一周內(nèi)掌握系統(tǒng)的簡單控制方法。

(5)系統(tǒng)接入性

系統(tǒng)接入性指的是核能系統(tǒng)能夠以整機模塊化的形式接入或嵌套進其他行業(yè)的設施設備，包括硬件的系統(tǒng)接入性和軟件的系統(tǒng)接入性。如今，現(xiàn)代人的生活已經(jīng)離不開智能手機，不僅因為它功能多樣，還因為它能夠和人們身邊的其他智能設備連接和互動，例如，智能手機可以投屏電視，可以控制空調(diào)，可以操縱飛行器，等等。第五代核能系統(tǒng)要深入到各行各業(yè)中，就需要像智能手機一樣具備良好的可接入性。在硬件上，第五代核能系統(tǒng)可以迅速和其他設施設備對接，供電、供熱、供氣，在軟件上，第五代核能系統(tǒng)能夠接入其他行業(yè)的智能系統(tǒng)，通過一個控制中心操控，形成整體。系統(tǒng)接入性將決定第五代核能系統(tǒng)能否真正成為多能擔當，解決地區(qū)經(jīng)濟紅利不足的問題，也將決定第五代核能系統(tǒng)能否把公眾的注意力從“核”轉(zhuǎn)移到“能”，其具體指標包括：

能夠?qū)佣喾N行業(yè)，實現(xiàn)核能系統(tǒng)以自身為發(fā)展基石到“核能+能模式的轉(zhuǎn)變；

針對不同行業(yè)，能夠在6個月內(nèi)給出軟硬件對接方案；

逐步微型化，開始進入普通家庭的嘗試。

(6)社會融入性

上述特性的出發(fā)點是公眾接受性，落腳點是技術發(fā)展，社會融入性是在這些“硬實力”之外的軟實力特性，也是對第五代核能系統(tǒng)公眾接受性的要求。社會融入性即是第五代核能系統(tǒng)得到公眾的廣泛認可，公眾對核能保持積極、樂觀、理性的態(tài)度，群體事件不再發(fā)生，其指標包括：

核能發(fā)展成為全社會組織和個人的共識；

涉核不實信息不經(jīng)干預也能夠迅速消弭；

涉核項目的各個階段都沒有群體事件發(fā)生；

針對涉核項目的調(diào)查中，支持人數(shù)多于90%，反對人數(shù)少于1%；

4 總結(jié)與展望

第五代核能系統(tǒng)被認為將是核能發(fā)展歷程上的革命性技術，能夠填補未來核能領域的空白，帶領核能走出“新的傳統(tǒng)工業(yè)”的困境。在很近的未來，必然會有大量的關于第五代核能系統(tǒng)安全要求、經(jīng)濟要求與技術要求的研究工作開展，并且持續(xù)很長時間。在這個過程中，我們應該把公眾接受性要求作為第五代核能系統(tǒng)的一個必需的要求提出，并且確定科學的定量化指標，使第五代核能系統(tǒng)的研發(fā)與設計從開展伊使，就將公眾接受性作為必須要的因素納入考慮范圍。只有通過這種手段，才能一改之前傳統(tǒng)核能系統(tǒng)面臨的公眾接受性困境，從根本上解決問題。