第五代核能系统的公众接受性要求研究

陈虹宇，房 超

(1.华能核电开发有限公司，北京 100032;2.清华大学高技术实验室，北京 100084)

“第五代核能系统会是什么样子？”被中国科协列为了2020年对科学发展具有导向作用的十个重大科学问题之一。尽管对这个问题尚没有确定的回答，但是业内已经基本达成一个共识：第五代核能系统将改变核能作为基荷能源应用的刻板印象，使核能向灵活和多能转变。有鉴于此，第五代核能系统的使用场景将会更加丰富和复杂，接触甚至使用第五代核能系统的公众数量也将急剧增加。在当下，由于对核能的认知偏差大、重大核事故负面影响深远以及涉核不实信息高速传播等原因，公众对于现有反应堆的态度仍然不够友好，核能公众接受性问题常常成为涉核项目落地面临的重要考验。第五代核能系统要广泛应用到各个领域，必须突破公众接受性这一难题，而要使这一革命性技术实现核能利用的突破和创新，更需要公众广泛持有认同的态度，因此，有必要从公众接受性的角度给出第五代核能系统的特性要求。

麻省理工核能工程系Golay 教授提出，对公众接受性的评价应该从两个角度来展开，一个是基于信任的(trust-based)，一个是基于技术的(technology-based)[1]。信任角度指的是公众抛开技术不谈，而仅仅关注这个技术是由哪些群体来实施和应用的；技术角度则是公众对这个技术有了解后，对技术本身的接受程度。基于信任的公众接受性提升有赖于整个核行业和政府公信力的提升，而基于技术的公众接受性评价，则取决于第五代核能系统的有关特性能否让公众接受并利用。本文正是从这一点出发，首先从公众接受性的角度总结现有核能系统的不足，然后提出第五代核能系统在公众接受性上将面临的新挑战，最终从公众接受性的角度给出第五代核能系统的特性要求。

1 现有核能系统在公众接受性方面存在的问题

根据IAEA的统计(见图1)，截至2020年初，世界在运的442座反应堆中，运行时间0～29年的有141台，达到和超过30年的有301台，达到和超过40年的有109台，反应堆的设计寿命一般是40年，即使通过延寿达到60年，再过30年二代和二代+反应堆也会基本全部淘汰。在全球电能逐步替代化石能源成为占比最大的终端能源的情况下，为了保持和发展核能的供电份额，反应堆数量在未来是会增加的，而要填补未来淘汰的二代和二代+反应堆，如果不出现重大事故或者特别重大的能源技术突破，30年内全球必然会逐步增加数量庞大的核能站，也就是说，未来30年将存在庞大的核能市场。这几百座反应堆的空白，自然可以用第三代甚至第四代核能技术去填补，但是随着公众对美好生活的期望越来越高，从核能公众接受性的角度来看，依靠这些技术也许并不能使市场充分活跃起来。具体而言，主要有以下3点原因：地区经济红利后劲不足；无法消除公众对核事故的担忧；对核设施退役和放射性废物处置的不信任。

图1 不同运行年数的反应堆数Fig.1 Number of reactors in different operating years

1.1 地区经济红利后劲不足

利益是否和风险匹配是公众是否接受核能的直接原因，而在现阶段所有利益当中，经济利益是最关键的核能感知利益，如果经济红利后劲不足，核能将逐渐被抛弃。诸如汽车、钢铁、石油等传统重工业在上个世纪是炙手可热的行业，甚至能催生底特律、攀枝花、大庆等等大型城市，然而随着生产方式的不断进步，曾经辉煌的老牌工业开始逐渐没落，传统工业城市纷纷寻求转型，试图重新崛起。如果核能不寻求新的融合发展模式，也将逐步成为“新的传统工业”，完全以现有核能系统为发展中心的城市，也将遇到发展瓶颈。

目前，核电站的确为很多地方带来了巨额的税收和大量的就业岗位，直接提高了所在地人民的生活水平，但是，由于限制区的原因和或多或少的邻避心理，核电站对区域经济的提升作用是有限的，能带来的高层次人才福利和基础设施福利也是有天花板的，甚至，有些地区出现了“靠山吃山，靠海吃海，靠核吃核”的情况，基建靠电站，教育靠电站，扶贫靠电站，就业靠电站，从长远来看这是非常不利于地区发展的。此外，其他产业和地区的高速发展会放大现有核能系统经济红利的后劲不足，一段时间后，公众对核能经济利益的感知会愈发迟钝，核能的公众接受性也将不断降低。

1.2 无法消除公众对核事故的担忧

针对公众对核事故的担忧，现有反应堆应对的方式是承认事故发生的可能性，并在设计时尽可能把事故后果降到最低。例如，EPR堆芯设计了堆芯捕集器来收纳保证堆芯熔融物[2]；AP1000的非能动系统能够保障事故发生的72 h内反应堆不需要人为干预[3]；高温气冷堆通过特殊的燃料球设计，保证了堆芯不会熔毁，放射性不会扩散，达到“任何事故情况下厂外公众都不受到伤害”的要求[4]。上述措施都是为了达到事故后果在任何情况下都能够被接受的目的，然而，这种能够接受是相对于切尔诺贝利事故、福岛核事故这类特大事故而言的，并不一定是公众的常识能够接受的。

公众之所以害怕核事故，除了严重核事故直接威胁到了周边公众的生命安全和财产安全之外，还因为核事故会带来长期影响。第三代和第四代核电技术的安全系统的目标是保障堆芯不熔毁和控制放射性物质不扩散。然而，一旦事故发生，即使能够控制住堆芯和放射性物质扩散，如何挽救反应堆，或者处置好废堆仍然是现有技术所不能解决的问题。例如，切尔诺贝利核电站已经更换了两次石棺，而福岛核电站时至今日仍然没有得到妥善的处置。与之类似，一旦严重的超设计基准事故发生后，EPR堆芯收集池中的熔融物如何处置，AP1000安全壳中的放射性如何消除，高温气冷堆中的粉尘与碎石墨如何处理都是难题。所以，严重核事故一旦发生，国家在经济上损失了直接损失了造价数百亿的核电站，还需要花费巨额经费进行处置；区域发展上，即使现有核能系统承诺公众不需要长期的避迁，但是对于发生过事故的地方，只要安全处置还未结束，公众都会存有疑虑，地区发展将收到强烈冲击。如此，经济损失和资源浪费将使公众因为核事故的后果对核能发展的必要性仍然心存质疑。

1.3 对核设施退役和放射性废物处置的不信任

公众对核电站退役和放射性废物处置仍存在不信任。核电站退役的费用往往达到建造费用的10%，这笔高额的支出使得不少公众认为核电站退役并不会根据预期计划进行，而是无限延期或者草草收场。即使通过退役基金运营等方式解决了资金问题，核设施退役也不是一件容易的事。IAEA将核电站退役分成了11个阶段，包括起草退役计划、卸出反应堆核燃料、场内处理退役的核废物、转移退役的核废物、做好安全隔离准备、局部拆除、主动隔离措施、被动隔离措施、彻底拆除、最终环境监测(验收)和行业许可证到期(法定意义上的退役完成)，足见其手续之复杂[5]。从已经退役的核电站和各国的退役计划来看，一个核电站将需要十数年甚至数十年来完成退役。例如，东京电力公司2020年5月提交的福岛第二核电厂退役计划需要耗时44年；德国的核电站退役时间平均预期将达到15年；法国决定对一些退役反应堆再推迟50年进行最初拆除和拆毁[5,6]。显然，退役这项“毫无收益”的工作“拖延”或者进行的更久，公众的疑虑就会更深，核能行业也就会被职责为毫无责任心。

放射性废物处置的问题与此类似。深地质处置是目前IAEA唯一认同的高放废物最终处置方法，但时至今日，世界上仍然没有建设完成一个深地质高放废物最终处置点。反而是许多国家为了节约成本，曾采取过很多不负责任的方式处理放射性废物。例如，比利时，法国，德国，意大利，日本，荷兰，俄罗斯，韩国，瑞士，英国和美国都曾进行过海上放射性废物处置。另一方面，即使深地质处置点建成，长寿期放射性废物也需要在地底掩埋万年，许多人多此深有疑虑，担心“沧海桑田”之后，子孙后代在自家地里突然挖出来一个辐射罐头。特别的，在我国用于高放废物处置的核法证学(Science of Signatures)发展非常缓慢，也无法保证高放废物的信息记录可以有效的传递给后人。从这两个方面来讲，放射性废物处置这个科学上尚无定论、科学家努力探索的领域的确算得上核工业中的阿喀琉斯之踵，很有可能成为反核人士大做文章的地方。

2 第五代核能系统面临的公众接受性新挑战

长久以来核能从业者对公众接受性的要求是较低的，即并不需要公众十分接受，也能基本顺利的保证核设施项目落地。而真正的核能公众接受性，应该是公众接受并且主动利用核能。这就像人们从接受汽车出现在马路上到自己驾驶汽车一样，也就是说，公众的角色将不再只是旁观者和评价者，还是使用者，公众接受性需要同核能技术一样进入到一个新的阶段。要做到这一点，需要应对下述“三个多样化”挑战。

(1)多样化的环境

“酒香也怕巷子深”，要让公众切身感受到第五代核能系统的先进性，首先是要让其能够适应多样化的环境，融入公众的生活。现有反应堆落地前需要严格的厂址选择和周密的环境评价，所在环境在地质学、水文学，生态学和社会影响等方面都有严格的要求。由于在选址规定和程序上的法律和技术性法规的空白，我国一直沿用现有的“任何反应堆都遵循同一选址标准”的理念，某种程度上这导致了厂址的稀缺性。例如，高温气冷堆的安全特性和压水堆不同，厂址条件可以有一些放宽，但现在仍然和压水堆“一址多堆”，这就不利于公众感受到技术革新带来的安全性和先进性。第五代核能系统要走进各个行业，形成网络化布局，就需要实现从为了核能系统打造适宜环境到核能系统主动适应环境的转变，使公众切身感受到新一代核能系统在安全性和适用性上的提高。

(2)多样化的用户

现有反应堆的使用者是经过长期培训和实践才正式上岗的运维人员，在严格意义上还不存在“用户”这一概念。复杂的运维操作不仅意味着高昂的人力成本，还意味着难以逾越的技术壁垒，如果第五代核能系统的运维操作不加以简化，它将很难被广大用户接受和使用。因此，第五代核能系统需要适应不同的用户习惯，提出针对性的解决方案。

(3)多样化的用途

现有反应堆虽然结构复杂，但是用途比较单一。第五代核能系统要成为多能担当，助力电网、工业、运输等等领域的深度脱碳，成为多种大型设备的能量来源，甚至进入到普通家庭，就必须能够顺利接入和嵌套进其他行业和领域。核能与其他能源的最大差别就在核安全问题上，而解决公众接受性的根本方案就是让公众适应这个问题，把注意力放在“能”而非“核”上。如果第五代核能系统能够和其他行业进行深度融合，形成“核能+”能的模式，那么公众的关注的将是如何利用核能，开发核能的巨大潜力，而不再是如何远离核风险，这将是核能公众接受性提升的关键一步。

3 第五代核能系统的公众接受性新要求

要解决和应对上述两个问题和三大挑战，第五代核能系统需要满足一些新的要求，包括事故易处理性、退役便利性、设计灵活性、运维智能性、系统接入性以及社会融入性。

(1)事故易处理性

针对公众对核事故的担忧，提出事故易处理性这一特性，即在最严重的超设计基准事故发生后，核设施仍然具备完整性，能够包容放射性，并且能够迅速转移或就地处置，不对周围环境造成长期影响。这一特性旨在消除核事故对周围环境的长期影响，彻底解决公众对核事故的担忧。这方面的指标包括：

在任何事故发生后72 h内消除对周围放射性的排放(包括放射性气体卸压、放射性废水排放、放射性粉尘散播等)；

在任何事故发生后60个月内完成对反应堆的处置，恢复厂区除反应堆厂房外地区的无限制利用。

(2)退役便利性

退役便利性强调第五代核能系统退役和放射性废物处置的时效性、经济性和环境友好性。例如，使用富集度更低的燃料；通过嬗变缩短锕系元素的处置时间；在退役后直接将厂房改造为放射性废物最终处置点等等。退役便利性的关键是给出可操作性强，让公众信服的退役和放射性废物处理方案，其具体指标包括：

在核设施设计阶段考虑退役方案，并在核设施退役后12个月内完成状态评估和方案确认；

在方案确定后的36个月内完成核设施退役，恢复厂区的无限制利用；

退役费用在建设费用的5%以下；

乏燃料能够通过增殖或浓缩的方式得到处理；

放射性废物能够通过嬗变的等方式得到处理，处置时间缩短到1000年以内。

(3)设计灵活性

第五代核能系统能够针对多样化的环境，采取灵活的设计，适应并利用生产条件。设计灵活性的关键突破在于在保障安全性和环境友好性的前提下能够在此前不能作为厂址的地方建设核能系统，甚至是建立可转移的核能系统，让“核能走近公众”代替“公众走进核能”，具体指标包括：

通过设计增加可用厂址，开发可移动核能系统；

变更设计后的各方面成本不高于在现有厂址建设的第三代先进核能系统的120%。

(4)运维智能性

人工智能的迅速发展已经并将继续深刻改变人类的生产生活方式，抢抓人工智能发展的重大战略机遇刻不容缓，将人工智能技术应用于第五代核能系统上，相得益彰。运维智能性就是针对不同的用户，通过智能化的运维减少操作人员的数量，加快用户的适应过程，降低第五代核能系统的运维成本。智能化运维系统打破了专业壁垒，更贴近公众，同时也是降低核电厂运维成本的关键措施，其具体指标包括：

通过智能运维系统减少80%的操作人员(同第三代先进核能系统对比)；

通过智能运维系统降低20%以上的运维成本(同第三代先进核能系统对比);

用户可以在一周内掌握系统的简单控制方法。

(5)系统接入性

系统接入性指的是核能系统能够以整机模块化的形式接入或嵌套进其他行业的设施设备，包括硬件的系统接入性和软件的系统接入性。如今，现代人的生活已经离不开智能手机，不仅因为它功能多样，还因为它能够和人们身边的其他智能设备连接和互动，例如，智能手机可以投屏电视，可以控制空调，可以操纵飞行器，等等。第五代核能系统要深入到各行各业中，就需要像智能手机一样具备良好的可接入性。在硬件上，第五代核能系统可以迅速和其他设施设备对接，供电、供热、供气，在软件上，第五代核能系统能够接入其他行业的智能系统，通过一个控制中心操控，形成整体。系统接入性将决定第五代核能系统能否真正成为多能担当，解决地区经济红利不足的问题，也将决定第五代核能系统能否把公众的注意力从“核”转移到“能”，其具体指标包括：

能够对接多种行业，实现核能系统以自身为发展基石到“核能+能模式的转变；

针对不同行业，能够在6个月内给出软硬件对接方案；

逐步微型化，开始进入普通家庭的尝试。

(6)社会融入性

上述特性的出发点是公众接受性，落脚点是技术发展，社会融入性是在这些“硬实力”之外的软实力特性，也是对第五代核能系统公众接受性的要求。社会融入性即是第五代核能系统得到公众的广泛认可，公众对核能保持积极、乐观、理性的态度，群体事件不再发生，其指标包括：

核能发展成为全社会组织和个人的共识；

涉核不实信息不经干预也能够迅速消弭；

涉核项目的各个阶段都没有群体事件发生；

针对涉核项目的调查中，支持人数多于90%，反对人数少于1%；

4 总结与展望

第五代核能系统被认为将是核能发展历程上的革命性技术，能够填补未来核能领域的空白，带领核能走出“新的传统工业”的困境。在很近的未来，必然会有大量的关于第五代核能系统安全要求、经济要求与技术要求的研究工作开展，并且持续很长时间。在这个过程中，我们应该把公众接受性要求作为第五代核能系统的一个必需的要求提出，并且确定科学的定量化指标，使第五代核能系统的研发与设计从开展伊使，就将公众接受性作为必须要的因素纳入考虑范围。只有通过这种手段，才能一改之前传统核能系统面临的公众接受性困境，从根本上解决问题。