不受高溫氣候影響的第四代核電站

一、熱浪下的歐洲核電站被迫停機引發反核人士的質疑

             近日歐洲氣溫異常升高，法國遭逢攝氏四十度以上熱浪，大量空調需求使得用電量激增，高溫災情已經延燒到能源供應領域。法國電力集團宣布，因河水溫度過高，無法有效為核電廠進行冷卻，為因應極端高溫，不得不關閉3座核反應爐。多座歐洲核電機組因河川水溫過高而被迫降載甚至停機，引發國際社會對核能在極端氣候下運作的再度關注。同時引發反核人士質疑核能是「最穩定、全天候、低碳」的基載電力來源。法國近年的實際經驗顯示，核能並不脫離自然條件限制，更無法忽視氣候與水資源風險。傳統火力電廠及核電廠都需大量冷卻水來完成郎肯熱力循環，因此大多建在海邊或河邊。由於核反應爐冷卻水溫度較火力電廠高，高溫廢水外釋及熱電效率受氣溫影響較大。法國的多數核電廠設置於羅訥河、羅亞爾河與加龍河等流域。當夏季熱浪來襲，河川水量下降、水溫升高，使得冷卻效率下降，同時也因環境法規對排放水溫設有限制，核電廠往往必須降載甚至停機，以避免對河川生態造成進一步衝擊。

             近年來，隨著歐洲極端高溫頻率增加，類似情況逐漸成為夏季電力系統的結構性風險。隨著第四代核反應堆的研製，可抵擋高溫氣候的核電站已出現，例如第四代的釷基熔鹽堆，它是使用高溫熔鹽作為冷卻劑，不需要像傳統輕水反應爐那樣必須依賴河水或海水進行冷卻，因此特別適合高溫氣候或乾旱缺水地區使用。傳統核電廠在高溫氣候下被迫停機或降載，主要是因為冷卻水不足或水溫過高，發電過程中產生的餘熱需要依賴河川或海水降溫。當極端熱浪導致水源溫度上升，不僅冷卻效率大幅降低，為避免排放過熱廢水破壞生態，電廠通常會被要求降載或暫停運作。核電廠發電時會產生大量廢熱，必須持續抽取河水或海水進行熱交換來冷卻爐心。排放到河川或海洋的冷卻廢水有嚴格的溫度上限。若進水溫度過高，或環境水量太少，電廠無法排出足夠的廢熱，便會觸及環保法規而強制停機。融鹽堆利用液態鹽作為冷卻劑與燃料，具備常壓運作與無需大量水冷卻的特性。這不僅使其能適應極端高溫氣候，擺脫傳統核電廠對水源的依賴，還能深入內陸或沙漠地區運作。傳統核電站仰賴大量水冷卻；一旦氣候變遷導致河水乾涸或水溫過高，便會面臨降載或停機危機。融鹽堆可在常壓下承受高溫，改用超臨界二氧化碳推動發電機即可。

二、釷基熔鹽堆的優點

             釷基熔鹽實驗堆以釷作為核燃料、以液態氟化物熔鹽作為冷卻劑，具有安全、無水冷卻、常壓工作和高溫輸出等優點。自2011年專案成立以來，中國科學研究團隊突破相關核心技術。其中，實驗器採取了創新的一體式堆本體設計，將堆芯、燃料鹽泵、熱交換器等核心設備整合在反應器主容器內，顯著降低了放射性洩漏風險，提高了反應器的安全性。釷基熔鹽堆是一種清潔高效的能源系統，與高溫熔鹽儲能、高溫製氫、太陽能、風能、煤氣油化工相結合能夠形成多能互補、低碳複合的能源系統和低碳化工體系。中國釷資源極為豐富，興建釷基熔鹽堆、實現釷資源的工業應用，可以推動國家戰略上實現能源獨立，為國家能源安全與永續發展提供重要支撐。釷基熔鹽堆有許多優點，釷在地球上儲量比鈾更豐富，如果用釷發電，中國釷的儲量約可使用兩萬年。熔鹽堆最大的商業優勢是在核廢料的處理上，採用核廢料混合反應，無疑可減少廢料處理難題。釷基熔鹽堆不須冷卻水故可選在內地及沙漠不須瀕臨河海。 釷熔鹽反應堆的冷卻劑是複合型氟化鹽，不像鈾反應堆或輕水反應堆那樣，需要使用大量的冷卻水，所以它不需要像傳統核電站那樣，建在江河湖海邊，內陸地區、沙漠、山區、乾旱及高原地區都可以興建，對地點更富彈性。釷基反應堆的冷卻劑是複合型氟化鹽，不像鈾反應堆那樣需要消耗大量的冷卻水資源，所以環境兼容性較大，在缺水的地方也可以建造和運行。1噸釷能夠提供相當於200噸鈾、或者350萬噸煤所提供的能源，目前世界已知的釷儲量至少能夠為全世界提供1萬年的能源支持。釷基熔岩堆的堆芯燃料是溶解於氟鹽中的釷鈾混合物，氟鹽的熔點為550℃，沸點是1400℃，其工作環境可以實現常壓高溫（700℃），液態燃料流入改進後的堆芯後達到臨界值發生裂變反應產生熱能，熱量被自身吸收並帶走，流出堆芯後重返次臨界狀態。釷基熔鹽堆熱電轉換效率更高，其採用布雷頓熱循環，熱點轉換效率可達到45%-50%，高於目前主流反應堆朗肯循環（33%），可利用熱量更大。

三、釷基熔鹽堆對國家的戰略價值

             釷是一種放射性較弱的銀色金屬，天然存在於岩石中。釷基熔鹽堆，是以釷為燃料，以高溫熔鹽作為冷卻劑的第四代先進核能係統，具有無水冷卻、常壓工作和高溫輸出等優點。這條技術路線符合釷資源豐富的國家，更能與太陽能、風能、高溫熔鹽儲能、高溫製氫、煤氣油化工等產業深度融合，建構多能互補低碳複合能源系統。釷基熔鹽堆，與目前普遍使用的壓水堆不同，採用高溫液態熔鹽作為冷卻劑，無需巨大壓力容器，也不用大量水冷卻。2024年10月完成世界首次熔鹽堆加釷，在國際上率先建成獨具特色的熔鹽堆和釷鈾燃料循環研究平台。釷基熔鹽堆首次實現堆內釷鈾轉化，是一件跨時代的大事。傳統核電站用的是鈾-235當燃料，而釷本身不能直接發生連鎖裂變反應，但當它吸收一個中子後，會轉化成鈾-233。而鈾-233是一種可裂變物質。將含有釷的核燃料直接溶解在高溫的液態氟化鹽中。這種液態的熔鹽既作為燃料，又作為帶走熱量的冷卻劑。它在反應器內部循環流動：一部分在堆芯「燃燒」產生中子，並讓釷吸收中子開始轉化；另一部分則流動到外部系統，進行熱量交換和後續處理。所以，整個過程可以概括為：利用反應器產生的中子，將自然界中相對豐富的釷資源，在堆內「煉製」成可裂變的鈾-233燃料，並實現持續發電。成功利用釷資源，相當於將中國從一個缺資源轉變成富資源的國家。從戰略上極大地提升了中國的能源自主，釷也是開採稀土礦的伴生元素，可以說是「開採稀土附贈釷資源」。它代表了更安全、更先進的核能技術。釷基熔鹽堆屬於國際上公認的第四代先進核能係統，天生具有更高的安全性。這意味著它不需高壓容器，避免爐心熔毀事故。它還可以實現無水冷卻，在戰略上可在內陸沙漠區建造核電站，戰備防禦力更強，搶佔了未來能源科技的製高點。  不光是釷基熔鹽堆的體積和重量大幅縮小，蒸汽渦輪機也被超臨界二氧化碳汽輪機取代。超臨界二氧化碳汽輪機相對於傳統的蒸汽渦輪機，技術優勢非常大，不但效率高且體積非常小。超臨界二氧化碳汽輪機的體積只有蒸汽渦輪機體積的三十分之一。可以大幅壓縮核動力系統的體積和重量。若釷基熔鹽堆核和超臨界二氧化碳汽輪機配套，熱電轉換效率能接近50%，遠高於現有的核動力系統。釷基熔鹽堆和超臨界二氧化碳汽輪機組合的性能優勢非常明顯。釷基熔鹽堆結合超臨界二氧化碳布雷頓循環發電，是第四代核能技術的革命性突破。