核电是世界三大支柱能源之一，具有清洁、安全、高效的特性。在20世纪末21世纪初的几年里，发生了对世界核电发展产生深远影响的三件大事：美国政府发起了第四代核电站的技术政策研究;俄罗斯总统普京在世界新千年峰会上，发出了推动世界核电发展的倡议;美国总统布什颁布了美国新的能源政策，把扩大核能作为国家能源政策的主要组成部分。
1999年6月，美国能源部(Department of Energy, DOE)核能、科学与技术办公室首次提出了第四代核电站(以下简称第四代核电)的倡议。2000年1月，DOE又发起、组织了由阿根廷、巴西、加拿大、法国、日本、韩国、南非、英国和美国等九个国家参加的高级政府代表会议，就开发第四代核电的国际合作问题进行了讨论，并在发展核电方面达成了十点共识，其基本思想是：全世界(特别是发展中国家)为社会发展和改善全球生态环境需要发展核电;第三代核电还需改进;发展核电必须提高其经济性和安全性，并且必须减少废物，防止核扩散;核电技术要同核燃料循环统一考虑。会议决定成立高级技术专家组，对细节问题作进一步研究，并提出推荐性意见。
同年5月，DOE又组织了近百名国内外专家就第四代核电的一般目标问题进行研讨，目的是选出一个或几个第四代核电的概念，以便进一步开展工作。2001年7月，上述九国成立了第四代核能系统国际论坛(Generation IV International Forum, GIF)并签署了协议。2002年9月19日至20日，GIF在东京召开了会议，参加国家除上述九国外，还增加了瑞士(2002年2月加盟)。会上10国对第四代核电站堆型的技术方向形成共识，即在2030年以前开发六种第四代核电站的新堆型。
核电站的分代标志
第一代(GEN-I)核电站是早期的原型堆电站，即1950年至1960年前期开发的轻水堆(light water reactors, LWR)核电站，如美国的希平港(Shipping Port)压水堆(pressurized-water reactor, PWR)、德累斯顿(Dresden)沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英国的镁诺克斯(Magnox)石墨气冷堆等。
第二代(GEN-Ⅱ)核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站，如LWR(PWR，BWR)、加拿大坎度堆(CANDU)、苏联的压水堆VVER/RBMK等。目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。
第三代(GEN-Ⅲ)是指先进的轻水堆核电站，即1990年后期到2010年开始运行的核电站。第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统，如先进的沸水堆(advanced boiling water reactors, ABWR)、系统80+(9system 80+)、AP600、AP1000、欧洲压水堆(European pressurized reactor, EPR)等。
第四代(GEN-Ⅳ)是待开发的核电站，其目标是到2030年达到实用化的程度，主要特征是经济性高(与天然气、火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。
目前，全世界核电站每年发电量约为2500亿千瓦时，占世界总发电量的17%，其中法国核电已占全国总发电量的79%。截止2002年底，全世界正在运行的核电机组为444台，其中压水堆为262台，占59%，在建的50台核电机组中，压水堆为31台，占62%。因此，压水堆核电站是当前世界核电的主流堆型。
第四代核电站的开发目标
美国开发第四代核电站的初衷主要是防止核扩散，目标是开发出面向发展中国家的超长寿命堆芯的密闭型小型反应堆核电站。但是经过2000年5月的“国际工作小组”会议以及GIF在2000年8月的汉城会议和2001年3月的巴黎会议等，美国采纳了其他成员国的意见，决定开展概念更广的新一代核能系统的开发。第四代核电站的开发目标可分为四个方面。
1.核能的可持续发展 通过对核燃料的有效利用，实现提供持续生产能源的手段;实现核废物量的最少化，加强管理，减轻长期管理事务，保证公众健康，保护环境。
2.提高安全性、可靠性 确保更高的安全性及可靠性;大幅度降低堆芯损伤的概率及程度，并具有快速恢复反应堆运行的能力;取消在厂址外采取应急措施的必要性。
3. 提高经济性 发电成本优于其他能源;资金的风险水平能与其他能源相比。
4.防止核扩散 利用反应堆系统本身的特性，在商用核燃料循环中通过处理的材料，对于核扩散具有更高的防止性，保证难以用于核武器或被盗窃;为了评价核能的核不扩散性，DOE针对第四代核电站正在开发定量评价防止核扩散的方法。
现时的核反应堆温度大多在300度左右，而在这6种第四代和反应堆中，有4种温度可达800度以上，并在设计上考虑到产生的热收集来制氢。把核电和制氢联结在一起，便能够集核电和燃料电池两者的高效能和无污染于一身，是一个理想的能源模式。
第四代核电站的概念
DOE于2001年4月征集到了12个国家的94个第四代核电站反应堆系统，其中水冷堆28个，液态金属冷却堆32个，气冷堆17个，其他堆型17个。
2002年9月19日至20日在东京召开的GIF会议上，与会的10个国家在上述94个概念堆的基础上，一致同意开发以下六种第四代核电站概念堆系统。
气冷快堆系统
气冷快堆(gas-cooled fast reactor, GFR)系统是快中子谱氦冷反应堆，采用闭式燃料循环，燃料可选择复合陶瓷燃料。它采用直接循环氦气轮机发电，或采用其工艺热进行氢的热化学生产。通过综合利用快中子谱与锕系元素的完全再循环，GFR能将长寿命放射性废物的产生量降到最低。此外，其快中子谱还能利用现有的裂变材料和可转换材料(包括贫铀)。参考反应堆是288兆瓦的氦冷系统，出口温度为850℃。
铅合金液态金属冷却快堆系统
铅合金液态金属冷却快堆(lead-cooled fast reactor, LFR)系统是快中子谱铅(铅/铋共晶)液态金属冷却堆，采用闭式燃料循环，以实现可转换铀的有效转化，并控制锕系元素。燃料是含有可转换铀和超铀元素的金属或氮化物。
LFR系统的特点是可在一系列电厂额定功率中进行选择，例如LFR系统可以是一个1200兆瓦的大型整体电厂，也可以选择额定功率在300～400兆瓦的模块系统与一个换料间隔很长(15～20年)的50～100兆瓦的电池组的组合。LFR电池组是一个小型的工厂制造的交钥匙电厂，可满足市场上对小电网发电的需求。
熔盐反应堆系统
熔盐反应堆(molten salt reactor, MSR)系统是超热中子谱堆，燃料是钠、锆和氟化铀的循环液体混合物。熔盐燃料流过堆芯石墨通道，产生超热中子谱。MSR系统的液体燃料不需要制造燃料元件，并允许添加钚这样的锕系元素。锕系元素和大多数裂变产物在液态冷却剂中会形成氟化物。熔融的氟盐具有很好的传热特性，可降低对压力容器和管道的压力。参考电站的功率水平为1000兆瓦，冷却剂出口温度700～800℃，热效率高。
液态钠冷却快堆系统
液态钠冷却快堆(sodium-cooled fast reactor, SFR)系统是快中子谱钠冷堆，它采用可有效控制锕系元素及可转换铀的转化的闭式燃料循环。SFR系统主要用于管理高放射性废弃物，尤其在管理钚和其他锕系元素方面。该系统有两个主要方案：中等规模核电站，即功率为150～500兆瓦，燃料用铀-钚-次锕系元素-锆合金;中到大规模核电站，即功率为500～1 500兆瓦，使用铀-钚氧化物燃料。
该系统由于具有热响应时间长、冷却剂沸腾的裕度大、一回路系统在接近大气压下运行，并且该回路的放射性钠与电厂的水和蒸汽之间有中间钠系统等特点，因此安全性能好。
超高温气冷堆系统
超高温气冷堆(very high temperature reactor, VHTR)系统是一次通过式铀燃料循环的石墨慢化氦冷堆。该反应堆堆芯可以是棱柱块状堆芯(如日本的高温工程试验反应器HTTR)，也可以是球床堆芯(如中国的高温气冷试验堆HTR-10)。
VHTR系统提供热量，堆芯出口温度为1 000℃，可为石油化工或其他行业生产氢或工艺热。该系统中也可加入发电设备，以满足热电联供的需要。此外，该系统在采用铀/钚燃料循环，使废物量最小化方面具有灵活性。参考堆采用600兆瓦堆芯。
超临界水冷堆系统
超临界水冷堆(super-critical water-cooled reactor, SCWR)系统是高温高压水冷堆，在水的热力学临界点(374℃，22.1兆帕)以上运行。超临界水冷却剂能使热效率提高到目前轻水堆的约1.3倍。该系统的特点是，冷却剂在反应堆中不改变状态，直接与能量转换设备相连接，因此可大大简化电厂配套设备。燃料为铀氧化物。堆芯设计有两个方案，即热中子谱和快中子谱。参考系统功率为1 700兆瓦，运行压力是25兆帕，反应堆出口温度为510～550℃。
中国核电的未来
1980年代初，中国核工业部确定了“热中子堆电站—快中子堆电站—聚变堆电站”三步走的核能发展战略。该战略符合核能发展规律，也符合世界核电发展趋势。中国发展核电的目的之一是为国民经济的可持续发展提供有力的能源支持。目前，中国核电发展已经走过了20年的路程，运行与在建的核电机组总容量已接近10吉瓦，核电发电量约占全国总发电量的2%左右，已形成了浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地，因此已具备了稳定发展的基础。
当前是中国核电发展的最关键时期，国家电力规划中已确定了“适度发展核电”的方针。有专家论证，到2050年，为保证满足发展国民经济对能源的需求，核电的装机容量至少需要达到120吉瓦。只发展热堆核电站，根本无法满足这一需求，因此，必须采用热堆电站与快堆电站“接力”的发展方式，才有可能实现这一目标。为此，快堆电站必须在2025年开始逐步取代热堆电站，才能保证核电发展的燃料供给。在这个框架下，热堆电站的可能发展规模为55吉瓦左右。
为适应2020年国民经济翻两番的宏伟目标，2003年初，中国政府提出：到2020年，核电装机容量将要达到36吉瓦左右，核电发电量将占全国总发电量的4%，国家将投入3 600亿元进行核电建设。由于核电站建设周期至少五年，因此，从现在开始到2015年，每年要开工建设2吉瓦核电机组。据专家估计，如果照这样的发展速度，到2035年，中国核电占全国总发电量的比例将会达到现在的世界平均水平(16%)。
面对第四代核电站，为实现中国核电发展的宏伟目标，有关专家对中国核电的发展提出了四点建议：当前要抓紧第二代核电站的建设，尽快掌握技术，实现国产化;抓紧第三代核电技术的自主开发;坚持并抓好快中子堆技术的研究开发;抓紧先进核燃料循环技术的研究开发。
近二三十年内，国际上将主要建设第三代核电站。中国应按国际上第三代核电技术的要求，以自主开发为主，引进先进技术，加强国际合作，在国际第三代核电技术发展中争得一定的地位。在2020年左右，中国应具备批量建设符合国际上第三代核电技术要求的核电站，使其成为中国在快堆电站规模发展之前核电市场的主要机型。
第四代核电中，达成共识的六种新型核电堆型中至少三种是快堆，由此可见由热堆电站向快堆电站过渡的态势。中国已开始快堆技术的开发研究，在国家“863计划”的支持下，中国的实验快堆正在加紧建设，预计在“十一五”初期即可建成并投入运行。专家建议，应加快大型快堆电站的开发，争取跨越式发展，力争2020年建成中等规模的原型快堆电站，并具备相应的闭合燃料循环能力，争取在2025年开工建设大型快堆示范电站，并在2030年后不久建设具有国际上第四代核电技术特点的商用核电站。
在发展核电技术的同时，也要发展与之相匹配的燃料循环技术。中国的乏燃料后处理技术已有一定基础，但总体上还比较薄弱，应从基础研究开始，进行先进燃料循环技术的研究开发。
专家们认为，面对第四代核电站，中国核电发展的首要工作是制定一个有权威的规划，从而决定发展规模和燃料循环方式，进而引出技术路线、堆型选择、国产化等一系列重大问题。核电项目是在这些重大问题业已决定的基础上的产物。只有具备了有权威的规划，核电才能有序地发展。
我国大陆的核电事业从20世纪70年代起步，经过30多年的发展，已先后建成秦山核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站。截至到2005年底，我国核电装机容量688万千瓦，占全国电力总装机容量的1.4%;年发电总量为530.82亿千瓦时，占全国总发电量的2.2%。2006年3月22日，国务院审议并通过了《核电中长期发展规划(2005—2020年)》。预计到2020年，我国的核电装机容量将增长到4000万千瓦，约占全国发电总装机容量的4%。日前，中国工程院院士郑健超在为大连市民做讲座时就我国核电实现规模发展的战略问题谈了自己的看法。
我国最近确定了积极发展核电的方针，规划了在2020年建成4000万kW核电的目标。 这是科学发展观在能源政策上的具体体现，受到全国各界的一致拥护和支持。历史将证明，这是影响深远的战略决策。我国一次能源短缺的严峻形势表明，我们必须抓住时机，推动我国核电发展更快一些，规模更大一些，以便满足我国未来对能源的需求，否则目前核电边缘化的局面更难以扭转，实现能源可持续供应的目标难以实现。
对于如何才能在保证核安全的前提下，使我国的核电实现规模发展，郑健超提出了自己的几点看法：
一、核电规模发展是我国不可替代的战略选择。
核电是世界能源结构中的重要组成部分。目前核电、水电、燃气发电在全球电力供应中各占17 %左右的份额，形成煤电之后的“三足鼎立”的局面。美国、法国、日本等国在上世纪70年代石油危机时期果断决策，执行强化核电发展战略，经过20年左右的时间，便实现了核电的规模发展，形成了强大的核电产业。韩国等一次能源短缺的国家也一直把发展核电作为国策，坚定不移地发展核电，使核电成为主力电源。
前不久，国务院提出要积极发展的方针。要落实国家积极发展核电的方针，首先必须解决对核电规模发展的必要性的认识。如果把发展核电当作权宜之计，甚至认为可有可无，就不会形成举国一致的积极发展核电的强大推动力。
发展核电的必要性是由我国一次能源供应能力极其有限的国情决定的。我国能源需求的特征是：总量巨大、人均水平很低和增长率高。由于工业化和城市化的驱动，中国未来能源需求预计将继续显著增长。2020年能源需求极有可能达到甚至超过31亿吨标准煤。人均能源消费水平虽然提高了1倍多，达到2 吨多标准煤，但仍低于届时的世界均值。
奔向小康的中国人争取享用接近世界均值的能源合情合理，但由于国情决定，要满足这样低水平能源消费也是极其困难的。
我国虽然幅员广大，但从人均的意义上讲，能源资源非常有限。我国人均化石燃料资源仅为世界均值的56 %。石油、天然气的人均可采储量仅为世界均值的8 %。可预见到的未来，煤炭仍是我国主要的一次能源，但煤炭可持续供应的前景也不容乐观。我国煤炭资源虽然总量很大, 但经济可采量少、环保型资源少、可供开发的资源少。要解决煤炭可持续供应的问题,急需提高煤矿的装备水平、提高开采效率和安全生产水平，加强矿区环境保护，采取有力措施制止对资源的掠夺性开采，抑制矿难频发的势头。
水电是替代化石能源的首选，需要加速开发。我国经济可开发的水电装机总量为3.7亿千瓦(近期的调查结果)。但是，即使这些水电资源全部开发完毕(相当于20座三峡电站)，仅可满足 2020年用电量需求的28 % 。何况，这些水电资源是否允许全部开发，还取决于长远生态影响的评估和科学论证的结果。
在世界范围内，非水电可再生能源在20-30年内还不能成为能源供应得主力。我国也不会例外。
必须指出，一次能源短缺是我国国情决定的长远性根本性的问题，单靠常规能源发电设备的扩张是不能解决问题的。近年来由于电源的急速扩张，一些燃煤发电和燃气发电厂已面临“断粮”的严重问题。填补一次能源缺口非核电莫属。至于温室效应气体减排，核电无疑也将发挥骨干作用。因此，规模发展核电是实现我国能源可持续供应的不可替代的战略选择。
二、国外核电规模发展的成功经验值得我们借鉴。
要推动我国核电的规模发展，需要在吸取国外的成功经验的基础上制订我们的发展战略。美国、法国，日本、韩国等国，为应对能源危机、都先后执行了强化核电的战略，成功实现核电规模化发展。这些国家的经验值得我们借鉴。
在谈到法国核电发展历程时，郑健超说，法国规模发展核电的成功经验是举世公认的。1974年，第一次石油禁运后，法国政府决定启动强化核电的计划，以便减少对进口石油的依赖，当时法国75%的石油依赖进口。规模发展核电的责任落在法国电力公司(EDF)的身上。经过20多年的努力，目前法国电力公司拥有55座反应堆(全法国57座)在运行，提供了全国用电量的80%。法国现在还对邻国输出电力。核电给法国人提供了相当廉价的电力，核电的电价比煤电和燃气发电的价格低20%。同时，核电给法国人提供了大量的就业机会，因此，发展核电的政策得到了法国工会有力支持。法国的实践证明核电是清洁的电源：二氧化硫的排放从1980年的1000，000吨降低到1987年的85，000吨;法国的二氧化碳排放1980年以来降低了三分之一，核电的贡献率占 70% 以上。
尽管法国电力公司面临偿还债务和核废料处置等挑战性问题，法国规模发展核电的成功是不容置疑的。法国的成功经验至少包括如下几点：一是戴高乐政府果断决策，政府主导规模发展核电，在技术路线上放弃气冷堆的技术路线，转而采用西屋公司的压水堆技术，并全力推动实现本地化和标准化;二是由法国电力公司统一负责，承担核电站的设计、建设和运营，推进第二代压水堆技术的持续改进;三是政府支持把法马通公司从一个不起眼的小公司培育成为现在世界最大的核岛设备供应商;四是法国电力公司(业主+ A/E 公司)与法国原子能委员会(核安全管理)的密切沟通和合作;五是把电站维修看作与电站运行同等重要，法国核电站用于维修的费用高于运行费用(扣除燃料费用和折旧以后);六是法国电力公司统一负责电网和电源的统一规划，这是保证电网和核电站安全运营的重要经验。法国的电网已发展成为典型的网状结构坚强电网(meshed network)。分布合理的、相距200-300公里的枢纽变电站全部用双回路400 kV 超高压线路连接成紧密的电网，同时有9路超高压线路与邻国电网互联。核电站的布局和接入系统的方式的规划与电网的规划有一个长远的统一考虑，决不搞一事一议。
在介绍亚洲国家的经验时，郑健超谈到，日本基于本国国情的战略考虑，从70年代起，开始实施规模发展核电的计划，现在已有56个反应堆在运行，装机容量4500万千瓦，提供了全国30% 的电力。韩国在引进技术的基础上，比较短的时间内实现了自己的标准化系列。现在已经有能力设计1400MW的先进堆。这两个国家的经验同样值得我们借鉴。
三、我国核电发展需要关注的几个问题：
最后郑院士说，要实现我国核电规模发展的目标决非易事，需要克服许多技术、体制和观念的障碍，有以下四个问题需要高度关注。
第一，对核电的认识问题。
要实现我国核电的规模发展，首先必须对核电的不可替代性有高度的一致认识。发展核电绝非权宜之计。随着时间的推移，一次能源的供需矛盾会更加突出。如果不采取断然措施，克服影响核电发展的技术障碍和体制障碍，强化核电的规模发展，而听其自然、按惯性发展，将会再一次错过时机，铸成历史性的错误。
第二，技术路线图问题。
一个清晰的技术路线图对实现核电的规模发展非常重要。国内外的专家普遍认为：我国要实现2020年核电建设的目标，参照国外在成熟技术基础上本地化、标准化、批量化的经验，必须加快改进型二代核电机组的规模建设。
国际上在运行的核电机组主要是第二代压水堆核电机组，现已积累了13000多堆年的运行经验，创造了良好的安全运行业绩，经济上有竞争力，显示出很强的生命力，美国西欧正在进行第二代压水堆核电机组延寿。我国通过大亚湾、岭澳、秦山核电站的成功建设和安全运营，也已证明第二代机组的安全有保障，经济上有竞争力，通过不断改进，安全性和经济性还可以进一步提高。
考虑到第三代压水堆机组的引进还有不少不确定因素，考虑到这类机组目前尚处在设计阶段，更无商业运行的业绩，即使引进技术并建设成功，也需要经过较长时间的试验示范运行考验后，才能决定开始批量建设。因此，“十一五”“十二五”期间投运和在建的核电站的主流应为改进型的第二代机组，这也是完成2020年前核电建设目标的现实可行之道。
批量建设第二代核电机组与引进第三代技术是相辅相成、并行不悖的。批量建设第二代核电站的工程实践可以为全面掌握第三代核电技术准备更好的技术基础和人才队伍。
我们在加快改进型二代核电机组的规模建设的同时，不能放松第三代压水堆技术引进吸收的步伐。按照国家的部署，广东阳江已经完成了大量的工程前期准备，为承接第一个第三代压水堆的示范工程创造了良好条件，现在正静候三代招标的决策。
鉴于第三代压水堆的某些关键技术的政治敏感性，加强我国自主创新能力更为重要。我们相信，在国家科技和产业发展的计划的重点支持下，我国有能力通过自主研发和首期试验示范工程实践，为2020年后核电更大规模的发展提供具有自主产权的主力机型。为达到此目的，需要尽快启动大型先进压水堆的自主研发计划。《国家中长期科技发展规划》和《国家高技术产业“十一五”专项规划》均已把第三代压水堆技术列为重点，需要尽快组织全国核电业界的力量付诸实施。
第三，建设完整的核电工业体系问题。
国外发展核电的成功经验表明，要实现核电的规模发展，仅仅建立核电的科技体系还不够，还需要建设从工程设计、装备制造、直到工程建设和运行维修的完整的核电工业体系。与此同时，还需要配套建设相应的铀资源勘探开发与储备系统、核燃料供应系统、核燃料循环系统(包括核燃料循环的前端处理与后端处理系统)。我国现在的核电工业体系中不少环节还比较薄弱，难以适应大规模发展核电的需要，建立健全既符合中国国情又与国际接轨的完整的核电工业体系，是当务之急。
例如，我国目前尚无有竞争力的核岛设备(NSSS)成套供应商。我国制造企业已具备按照图纸生产核岛部分设备，如蒸汽发生器的能力。但缺乏NSSS的系统设计能力和成套供应能力。核岛是非常复杂、可靠性要求很高的系统，与大型客机类似。如果核岛的国产化仍沿用过去设计院设计-制造厂分头攻关、分部件按图加工-工程建设单位负责集成的工程模式，势必造成接口界面过多、质量、进度控制困难的局面，总体可靠性难以达到要求。因此，必须克服我国制造与设计、科研分离的体制性障碍，培育我国有竞争力的核岛供应商。这是积极稳妥推进核电规模发展的一个关键问题。
培育我国有竞争力的核岛供应商是一个涉及全局的重大决策。需要克服条块分割的体制弊端，由政府主导，作好进一步的规划论证，整合各方的资源，逐步实现预定目标。
第四，关于核电站布局与电网统一协调规划问题。
核电站的布局和电网的统一协调规划对核电建设和安全运行十分重要。计划中的核电站主要建在沿海经济发达地区。这些地区的电力系统的负荷密集、电源密集、变电站密集。以广东电网为例。
2020年，广东全省全社会用电最高负荷预计将达1.3亿千瓦。深圳、广州、东莞三市的最大负荷均将超过2000万千瓦。广东省面积仅为法国的1/3，再考虑到广东的电力负荷70%集中在珠江三角洲的狭小的范围内，因此，负荷密集程度预计和东京地区的负荷密度相当。由于电源、负荷过于密集产生的问题，如短路电流超过断路器能力的问题、线路走廊和变电站站址问题、直流输电接地极选址困难等问题会日益突出起来。有一系列涉及电网安全和核电站安全的问题需要研究。需要提前做好统一规划和系统深入研究，切忌一事一议地做核电站接入系统研究，以免造成系统的结构性缺陷，影响安全经济运行。另外，鉴于输电走廊、变电站站址和核电站站址一样是稀缺资源，需要通过统一规划确定下来，加强保护，以减少将来建设的成本。
