曾建新，王鐵驪

(1.中南大學(xué)商學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083;2.南華大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001)

引言

在面臨全球氣候變暖和化石能源危機(jī)的當(dāng)今世界，核電作為一種特殊的替代能源，一直倍受關(guān)注。世界核電技術(shù)已從第一代演進(jìn)至第三代，正在開(kāi)發(fā)第四代。在進(jìn)入“后福島時(shí)代”的全球核電產(chǎn)業(yè)，許多核電大國(guó)一方面面臨著大批老機(jī)組退役、建設(shè)新機(jī)組的問(wèn)題，另一方面為了掌握對(duì)未來(lái)核電發(fā)展的更多主導(dǎo)權(quán)，紛紛加快先進(jìn)核電技術(shù)研發(fā)［1］。我國(guó)核電技術(shù)在過(guò)去的20余年里取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，目前擁有世界在建規(guī)模最大的核電機(jī)組，圍繞自主化、國(guó)產(chǎn)化的核電技術(shù)創(chuàng)新方興未艾。但是，對(duì)核電堆型技術(shù)的選擇是發(fā)展核電面對(duì)的一個(gè)首要的戰(zhàn)略性問(wèn)題，世界上許多核電大國(guó)都經(jīng)歷過(guò)這種選擇，我國(guó)更是從起步至今一直爭(zhēng)論不休。從技術(shù)軌道的視角探討世界核電堆型技術(shù)演進(jìn)的基本規(guī)律，對(duì)我國(guó)核電技術(shù)的進(jìn)步和核電的安全高效發(fā)展具有重要意義。

一、技術(shù)軌道理論與技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)模型

1.技術(shù)范式?jīng)Q定下的技術(shù)軌道理論

意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家多西(G.Dosi，1982)認(rèn)為技術(shù)范式(technology paradigm)是一種“基于自然科學(xué)所引申出來(lái)的選擇理論以及材料選擇技術(shù)的、解決選擇技術(shù)問(wèn)題的一種‘模型’或‘模式’”［2］。鄭雨認(rèn)為技術(shù)范式是一個(gè)以技術(shù)樣品為實(shí)物形態(tài)的技術(shù)體系［3］，其重要性質(zhì)是庫(kù)恩(Thomas Samuel Kuhn，1962)所說(shuō)的“不可通約性”［4］，即多西(1982)所謂“強(qiáng)烈的排他性”，使得技術(shù)范式的轉(zhuǎn)換就成了技術(shù)的革命。

技術(shù)范式就是依據(jù)科學(xué)理論、通過(guò)材料和方法的選擇來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題的模式，按照這一思想的邏輯，技術(shù)研究的領(lǐng)域、問(wèn)題、程序和任務(wù)由技術(shù)范式所決定，從而導(dǎo)致技術(shù)軌道(technological trajectories)的產(chǎn)生［5］。多西(1988)把技術(shù)軌道定義為“沿著由范式規(guī)定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)折衷的技術(shù)進(jìn)步軌跡”，它是一組可能的技術(shù)方向，而它的外部邊界則由技術(shù)范式本身決定［6］。我國(guó)學(xué)者柳卸林更通俗地理解，技術(shù)軌道就是在某一產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展上所可能有的方向，一組解決某一問(wèn)題的相關(guān)聯(lián)方法。一條技術(shù)發(fā)展的S曲線便對(duì)應(yīng)著我們所說(shuō)的技術(shù)軌道［7］。

總之，技術(shù)軌道本質(zhì)上是解決技術(shù)范式問(wèn)題、形成“技術(shù)樣品”的技術(shù)方向選擇與實(shí)踐過(guò)程，這種過(guò)程中共同體現(xiàn)的模式就是技術(shù)范式，并以技術(shù)樣品(產(chǎn)品)的結(jié)果形式表現(xiàn)為行業(yè)。不同材料、方法(體現(xiàn)為技術(shù)方向)的選擇是同一技術(shù)范式下產(chǎn)生差異性技術(shù)軌道的關(guān)鍵性原因。

2.技術(shù)軌道理論中關(guān)于結(jié)構(gòu)的思想

許多學(xué)者注意到了技術(shù)軌道存在的結(jié)構(gòu)。柳卸林指出，同一產(chǎn)品存在著多條替代性的技術(shù)軌道，一條技術(shù)軌道有一個(gè)從不成熟到成熟的不連續(xù)性過(guò)程，此時(shí)出現(xiàn)新技術(shù)進(jìn)入的機(jī)會(huì)窗口，新舊技術(shù)軌道的更替和產(chǎn)業(yè)的興衰由此開(kāi)始，如打字機(jī)、燈、汽車和照排機(jī)等產(chǎn)品的在多個(gè)技術(shù)軌道間的呈時(shí)序性更替［7］。楊德林和陳春寶(1997)認(rèn)為技術(shù)軌道是可以并排行駛的“大馬路”，“馬路”中央部分就是技術(shù)軌道中心，“行駛”在中心的少數(shù)優(yōu)勢(shì)技術(shù)組成了技術(shù)軌道的主干，那些發(fā)展困難的技術(shù)則處于路況較差的“馬路”的邊緣(遠(yuǎn)離技術(shù)軌道中心)［8］。實(shí)際上，主干軌道、邊緣軌道等“多條技術(shù)軌道”并存是軌道間的一種結(jié)構(gòu)，而形成的技術(shù)軌道“S曲線”的“一組解決某一問(wèn)題的相關(guān)聯(lián)方法”是軌道內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

有學(xué)者進(jìn)一步研究了在技術(shù)軌道內(nèi)存在的結(jié)構(gòu)。杜躍平、王林雪、高雄等(2004)認(rèn)為，企業(yè)在技術(shù)軌道中，在設(shè)計(jì)體系、市場(chǎng)觀念、經(jīng)營(yíng)方向、核心能力等影響下會(huì)衍生出一系列技術(shù)子軌道，企業(yè)多元化由此形成［9］。布超、林曉言(2007)則把主技術(shù)軌道稱之為母軌道，其子軌道的發(fā)展使同一類型的產(chǎn)品有不同的功能和優(yōu)勢(shì)，形成產(chǎn)品的多元化［10］。劉昌年、梅強(qiáng)(2006)區(qū)分自主創(chuàng)新為軌道內(nèi)漸進(jìn)性的順軌式和軌道間根本性的躍軌式以及中間性的融軌式三種模式［11］，其視角實(shí)際上就是技術(shù)軌道的結(jié)構(gòu)。

有學(xué)者敏銳地洞察到在技術(shù)軌道內(nèi)，技術(shù)的自身發(fā)展也有一個(gè)限度的問(wèn)題。技術(shù)軌道在路徑依賴機(jī)制的作用下［12］，以連續(xù)累積型技術(shù)創(chuàng)新表現(xiàn)為技術(shù)軌道的剛性［13］。這種累積型創(chuàng)新存在“飽和限”特征，即某一特定技術(shù)因受其物理的或自然的制約而使其性能參數(shù)趨于飽和的上限［14］。趙永旺、傅蘊(yùn)德(2011)認(rèn)為，技術(shù)軌道外部邊界的技術(shù)范式?jīng)Q定性，意味著沿著某技術(shù)軌道的創(chuàng)新有某種極限，此后進(jìn)一步創(chuàng)新的余地很?。?5］。

3.技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)的整合模型

上述學(xué)者對(duì)技術(shù)軌道某方面的結(jié)構(gòu)極具洞見(jiàn)性，但都沒(méi)有明確提出技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)概念并系統(tǒng)地進(jìn)行探討。綜合上述思想和觀點(diǎn)，本文認(rèn)為，技術(shù)軌道存在著兩種結(jié)構(gòu):單一軌道的二維結(jié)構(gòu)和多條軌道的并列結(jié)構(gòu)。

(1)單一技術(shù)軌道的二維結(jié)構(gòu)

圖1-1 單一技術(shù)軌道的二維結(jié)構(gòu)(The two-dimensional structure of a single technological trajectory)

圖1-2 多技術(shù)軌道的并列結(jié)構(gòu)(The paratactic structure of multi-technology trajectories)

技術(shù)軌道是一條沿著技術(shù)范式?jīng)Q定的一組技術(shù)方向向前延伸直至技術(shù)樣品的S曲線軌跡，其中每個(gè)技術(shù)方向可視為一個(gè)區(qū)段，它反映了技術(shù)軌道的完整性;同時(shí)，在每一個(gè)技術(shù)方向上，技術(shù)的連續(xù)累積型創(chuàng)新都存在一個(gè)飽和限，反映了技術(shù)水平的程度性，如圖1-1所示。

上圖中，n個(gè)技術(shù)方向延伸就是一條完整的技術(shù)軌道S曲線。在每個(gè)技術(shù)方向上的技術(shù)改進(jìn)，都會(huì)提升技術(shù)軌道的技術(shù)水平，從原技術(shù)軌道Ⅰ改進(jìn)至Ⅱ、Ⅲ直至N，整個(gè)技術(shù)軌道的技術(shù)水平逐漸提升至接近飽和限。

(2)多條軌道的并列結(jié)構(gòu)

對(duì)技術(shù)范式所要解決的問(wèn)題而言，可能同時(shí)有多個(gè)技術(shù)方向可供選擇，在選擇其中任一個(gè)予以鎖定后，該技術(shù)方向上又有多個(gè)技術(shù)子方向可選，如此層層遞進(jìn)，從初始技術(shù)方向的選擇開(kāi)始，至下一組方向中鎖定其中一個(gè)，直至技術(shù)樣品終點(diǎn)，每一個(gè)技術(shù)方向都形成一條技術(shù)軌道，這樣就出現(xiàn)多條技術(shù)軌道的并列結(jié)構(gòu)，如圖1-2所示。

為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，圖1-2從技術(shù)方向Ⅰ開(kāi)始，都只給出了其中被鎖定的方向及其技術(shù)軌道。從技術(shù)范式?jīng)Q定的第一組技術(shù)方向開(kāi)始，有技術(shù)軌道1、4至n條，每一條技術(shù)軌道均由若干技術(shù)方向發(fā)展而成。如技術(shù)軌道1，在技術(shù)方向Ⅰ層次又有若干可能的方向，若鎖定其中一條發(fā)展則為技術(shù)軌道2;在技術(shù)方向Ⅱ?qū)哟?，同樣在一組可能的方向中鎖定一個(gè)方向發(fā)展成為技術(shù)軌道3，直至技術(shù)方向N，每一條技術(shù)方向選擇后鎖定的技術(shù)軌道就形成了一組技術(shù)軌道的集合。所有可能的技術(shù)方向形成的技術(shù)軌道是一個(gè)非?？捎^的數(shù)目。

4.技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)理論的意義

技術(shù)軌道的多軌道并列結(jié)構(gòu)和單軌道的二維結(jié)構(gòu)對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義。

(1)它能較好地解釋有關(guān)技術(shù)軌道的技術(shù)創(chuàng)新理論。沿著單一技術(shù)軌道累積型技術(shù)改進(jìn)就是在技術(shù)飽和限內(nèi)的順軌式創(chuàng)新，多軌道間在某個(gè)技術(shù)方向上的革命性技術(shù)創(chuàng)新就是躍軌式創(chuàng)新，此時(shí)發(fā)生原技術(shù)軌道的“轉(zhuǎn)轍”而進(jìn)入新軌道［16］。對(duì)軌道間另一種形式的融軌式創(chuàng)新也予以合理解釋。在不同的技術(shù)軌道之間，處于相同層次的技術(shù)是不可通約的，但對(duì)下一區(qū)段卻具有可通約性，即為共性技術(shù)，因而可以通過(guò)相互借鑒、互補(bǔ)或組合出現(xiàn)融軌。

(2)對(duì)產(chǎn)品多元化、多樣化的形成和具有競(jìng)爭(zhēng)性的原因具有解釋力。在某技術(shù)范式下，技術(shù)軌道間的轉(zhuǎn)換結(jié)果表現(xiàn)為行業(yè)產(chǎn)品的多元化;對(duì)單一技術(shù)軌道在技術(shù)方向上的改進(jìn)，技術(shù)創(chuàng)新結(jié)果表現(xiàn)為產(chǎn)品質(zhì)量的提升或產(chǎn)品的多樣化。因此，不同技術(shù)軌道間的轉(zhuǎn)換和技術(shù)方向上的改進(jìn)，以產(chǎn)品(技術(shù)樣品)之間的替代性體現(xiàn)出其競(jìng)爭(zhēng)性。

(3)對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新的抉擇具有指導(dǎo)性。通過(guò)將特定的技術(shù)創(chuàng)新置于技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)中，根據(jù)其所處技術(shù)軌道和技術(shù)方向的“坐標(biāo)”，判斷技術(shù)創(chuàng)新在該領(lǐng)域的類型和模式，進(jìn)而判斷其對(duì)范式所需要解決的問(wèn)題的重要性，并能發(fā)現(xiàn)可資借鑒的其他軌道技術(shù)，從而為技術(shù)創(chuàng)新選擇提供全局性的認(rèn)識(shí)。

二、核電堆型的技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)分析

核能發(fā)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱核電技術(shù)，本文專指核裂變能發(fā)電技術(shù))是把核燃料發(fā)生核反應(yīng)釋放的熱能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，包括反應(yīng)堆技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)、電站建造技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)。下文根據(jù)技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)理論，分析核電技術(shù)核心的反應(yīng)堆堆型技術(shù)軌道。

1.核電技術(shù)范式下的堆型技術(shù)軌道形成

核電技術(shù)范式的特殊性就在于其原子能(或稱核能)的根本性質(zhì)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:(1)能效性，1公斤易裂變物質(zhì)能夠產(chǎn)生的能量約等于2700公噸煤所能產(chǎn)生的能量;(2)可控性，易裂變核素要在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫Νh(huán)境下實(shí)現(xiàn)可控自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來(lái)釋放核能;(3)放射性，核裂變反應(yīng)產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物、長(zhǎng)壽命的次錒系元素和超鈾元素［17］。

1999年春，徐河涉足電力工程，很快有了百萬(wàn)資產(chǎn)，他也對(duì)純樸的妻子越來(lái)越看不上眼。2001春，徐河因瑣事第一次對(duì)妻子動(dòng)手，此后打罵就成了家常便飯。每當(dāng)這時(shí)，15歲的徐云天都擋在繼母身前。

核電技術(shù)范式要解決的是如何把核能轉(zhuǎn)化為電能的問(wèn)題，這就必須解決可控性和放射性，具體而言就是既經(jīng)濟(jì)又安全地解決燃料利用、核反應(yīng)可控和能量傳輸這三個(gè)根本性問(wèn)題。質(zhì)量、形態(tài)、濃度不同的燃料類型直接決定了核反應(yīng)方式，并影響核燃料循環(huán)模式。實(shí)現(xiàn)可控的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，有利用慢化劑材料來(lái)控制中子能量的熱堆方式和不用慢化劑的以快中子進(jìn)行反應(yīng)的快堆方式。把釋放的核能傳輸出去再轉(zhuǎn)化為電能則用流動(dòng)循環(huán)的冷卻劑材料做介質(zhì)［18］。至于利用蒸汽發(fā)電的汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)，對(duì)其他發(fā)電范式具有通約性，屬于通用的常規(guī)性技術(shù)。

這樣，反應(yīng)堆因承擔(dān)了解決上述問(wèn)題而成為核電技術(shù)范式的核心，并在解決的過(guò)程中因選擇燃料類型、反應(yīng)方式和慢化劑及冷卻劑的差異性特征，出現(xiàn)了可能的多樣化堆型技術(shù)軌道。因此，堆型是最直接和最集中體現(xiàn)核電技術(shù)范式性質(zhì)的技術(shù)體系，既對(duì)設(shè)備制造技術(shù)、電站建造技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)產(chǎn)生決定性影響，也決定了與之相適應(yīng)的原料供應(yīng)、材料生產(chǎn)、燃料元件加工、后處理、設(shè)備制造等整個(gè)核電產(chǎn)業(yè)鏈體系。堆型選擇由此成為核電發(fā)展的戰(zhàn)略性關(guān)鍵。

2.核電堆型技術(shù)軌道的結(jié)構(gòu)

圍繞解決熱能釋放、轉(zhuǎn)化和傳輸問(wèn)題的基本過(guò)程表明，核電反應(yīng)堆堆型因所使用的燃料、慢化劑、冷卻劑不同而形成不同的堆型技術(shù)軌道。慢化效果最好的物質(zhì)有輕水(普通水)、重水、鈹及氧化鈹(由于劇毒而不用)和碳(石墨)。冷卻劑在反應(yīng)堆中有三種物理形態(tài):液態(tài)物(水等)、氣體(氦、二氧化碳)和液態(tài)金屬(鈉、鉛等)，而且有些冷卻劑可同時(shí)做慢化劑［19］。由于燃料類型的差異隱含在是否使用慢化劑的反應(yīng)方式中，因此，一種核電堆型的通常表達(dá)式為:慢化劑名稱+冷卻劑名稱。快堆不使用慢化劑只用冷卻劑，堆型相對(duì)少得多。

圖2-1 熱堆堆型技術(shù)軌道的形成與結(jié)構(gòu)(The formation and structure of technological trajectory of thermal reactor type)

以熱堆為例，按照技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)模型，熱堆堆型技術(shù)軌道的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

圖2-1清晰地反映了單個(gè)堆型技術(shù)軌道的區(qū)段結(jié)構(gòu)和多條堆型技術(shù)軌道并列的結(jié)構(gòu)關(guān)系。橫向結(jié)構(gòu)上，從燃料反應(yīng)方式到慢化劑、冷卻劑及其組合方式到具體反應(yīng)堆堆型，形成了一條特定的堆型技術(shù)軌道?？v向結(jié)構(gòu)上，并列的多個(gè)技術(shù)方向形成可能的堆型技術(shù)軌道組成了堆型集合，相互之間具有可替代性。

單個(gè)具體堆型技術(shù)軌道的二維結(jié)構(gòu)可按照?qǐng)D1-1方式給出，在此不贅述。

3.技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)視角的核電堆型技術(shù)創(chuàng)新

核電堆型技術(shù)創(chuàng)新的方向深受核電技術(shù)范式性質(zhì)的影響。核電技術(shù)范式的高能效、可控性高難度和高放射性質(zhì)使核電呈現(xiàn)“天使與魔鬼”［21］的兩面性。這使安全性和經(jīng)濟(jì)性成為技術(shù)創(chuàng)新的整體方向，一方面既要提高燃料利用效率，另一方面又要減少和有效防御放射性。這種性質(zhì)也使可供選擇的有效方法和材料具有特殊性和有限性，并增加了技術(shù)創(chuàng)新難度，從而使核電技術(shù)進(jìn)步之路漫長(zhǎng)而充滿風(fēng)險(xiǎn)。

在多軌道并列的結(jié)構(gòu)中，技術(shù)創(chuàng)新主要表現(xiàn)為革命性的躍軌式或融軌式創(chuàng)新。當(dāng)科技的根本進(jìn)展、行業(yè)技術(shù)積累［16］和產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)的突破［7］，解決了堆型某核心技術(shù)的瓶頸時(shí)，原堆型技術(shù)軌道就發(fā)生了改變，或者可應(yīng)用該技術(shù)的新堆型的技術(shù)軌道就發(fā)生突破，成為原堆型及其它堆型的競(jìng)爭(zhēng)堆型。如耐高溫高壓材料的研制，可能改變相關(guān)堆型的燃料組件、慢化劑或冷卻劑等技術(shù)軌道，而對(duì)高溫氣冷堆而言制約其商用的瓶頸則得以突破。當(dāng)多個(gè)堆型的可通約性共性技術(shù)具有互補(bǔ)性時(shí)，原堆型的技術(shù)軌道在移植共性技術(shù)的方向發(fā)生改變，或者可能集成形成新堆型，此為融軌式創(chuàng)新，如第四代的超臨界水堆結(jié)合輕水堆技術(shù)和超臨界燃煤電廠技術(shù)，使用超臨界水做冷卻劑［24］。

4.世界核電堆型技術(shù)演變的技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)解釋

核電堆型技術(shù)軌道依據(jù)結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律，為核電堆型技術(shù)的發(fā)展演變提供了一種新視角的認(rèn)識(shí)。核電從上世紀(jì)50年代起步，歷經(jīng)高速發(fā)展、滯緩發(fā)展、復(fù)蘇發(fā)展四個(gè)階段［25］。至2011年10月，世界上共30個(gè)國(guó)家的200余座核電站運(yùn)行著438臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量3.73億千瓦，為世界提供著14%的電力，累積運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已超過(guò)14600堆·年;在建63臺(tái)，核準(zhǔn)建設(shè)152臺(tái)核電機(jī)組［26］。在役核電機(jī)組中，共有壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆、石墨水冷堆、快堆等6種堆型，其中壓水堆機(jī)組265臺(tái)，占全部核電機(jī)組的60%;裝機(jī)251.6 GW，占核電總裝機(jī)容量的65.1%［27］。

一種新堆型的技術(shù)軌道發(fā)展周期大致要經(jīng)歷概念設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)堆驗(yàn)證可行性、原型堆驗(yàn)證工程性(或增加示范堆驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)性環(huán)節(jié))、商業(yè)堆應(yīng)用四個(gè)階段，此后進(jìn)入成熟化提升階段。對(duì)于整個(gè)核電技術(shù)的發(fā)展演變，國(guó)際上普遍的一個(gè)提法是，核電以堆型為代表呈一代、二代、三代、四代的代際演進(jìn)，技術(shù)不斷進(jìn)步，安全性和經(jīng)濟(jì)性不斷提高［28］。圖2-2給出了各年代出現(xiàn)的核電堆型及其技術(shù)軌道發(fā)展演變情況［28-30］。

1950-60年代的第一代原型堆證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性，共出現(xiàn)過(guò)10余種核電堆型。1970-80年代的第二代改進(jìn)型商業(yè)堆證明了核電的經(jīng)濟(jì)性，此間壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆、石墨氣冷堆均得到了發(fā)展，目前約350臺(tái)在役核電機(jī)組就是在此期間建造運(yùn)行的，特別是壓水堆在經(jīng)濟(jì)性上的表現(xiàn)使其漸漸成為主流堆型。1990年代中后期，滿足美國(guó)用戶要求文件(URD)、歐洲用戶要求文件(EUR)的第三代革新型反應(yīng)堆，著重防范和緩解嚴(yán)重事故，在安全性提高的同時(shí)經(jīng)濟(jì)性也得到改善［32］。

2000年后，研發(fā)中的第四代革命型反應(yīng)堆主要有6種，即氣冷快堆、鉛冷快堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和超高溫氣冷堆，重點(diǎn)解決燃料利用、減少?gòu)U物和防止核擴(kuò)散問(wèn)題［33］。6種堆型中，此前出現(xiàn)的鈉冷快堆和高溫氣冷堆處于實(shí)驗(yàn)堆或原型堆階段，一直未能突破經(jīng)濟(jì)性和安全性的商用技術(shù)難關(guān)。

圖2-2 世界核電堆型的歷史演變(The evolution of nuclear power reactor type in the world)

從圖2-2看出，各堆型隨著不斷改進(jìn)逐漸接近技術(shù)飽和限。壓水堆經(jīng)受住了1973年的美國(guó)三里島熔堆的安全性嚴(yán)峻考驗(yàn)，并衍化出系列機(jī)型。1986年切爾諾貝利核電站嚴(yán)重事故則使前蘇聯(lián)的石墨沸水堆(屬于石墨水冷堆)完全失去了發(fā)展的機(jī)會(huì)。而2011年的日本福島核電站嚴(yán)重事故使沸水堆的發(fā)展面臨嚴(yán)重危機(jī)。

三、我國(guó)核電堆型技術(shù)選擇與技術(shù)創(chuàng)新

1.世界主要核電國(guó)家堆型技術(shù)選擇的借鑒

核電堆型技是一個(gè)戰(zhàn)略性的問(wèn)題，世界許多核電大國(guó)歷史上都有過(guò)堆型選擇的問(wèn)題。表3-1給出了世界上核電大國(guó)堆型技術(shù)選擇與演變的情況［34］。

從表中可以發(fā)現(xiàn)，自始至終堅(jiān)持本國(guó)自主研發(fā)路線的只有美國(guó)、俄羅斯和加拿大三國(guó)。美國(guó)是唯一對(duì)多種堆型進(jìn)行過(guò)最廣泛探索的國(guó)家，在20多種堆型中選擇優(yōu)先發(fā)展輕水堆，并輸出到全球，而且在明確的核電技術(shù)發(fā)展路線圖指引下始終堅(jiān)持新堆型開(kāi)發(fā)［35］。其他國(guó)家都改變過(guò)堆型技術(shù)軌道，但改變后基本上就不再反復(fù)，特別是法國(guó)、日本、韓國(guó)成了當(dāng)前世界核電強(qiáng)國(guó)。印度長(zhǎng)期堅(jiān)持自主開(kāi)發(fā)，形成了適合本國(guó)豐富釷資源的重水堆自主技術(shù)，并計(jì)劃領(lǐng)先全球［36］。值得注意的是英國(guó)，首先選擇氣冷堆和快堆，1965年轉(zhuǎn)向重水堆，1978年又回到改進(jìn)型氣冷堆，1981又改為引進(jìn)壓水堆，抉擇的反復(fù)是導(dǎo)致至今沒(méi)有自主品牌核電堆型的重要原因。

總之，對(duì)核電堆型的選擇，各國(guó)主要依據(jù)本國(guó)的鈾釷資源稟賦、核工業(yè)基礎(chǔ)與設(shè)備制造能力、政治經(jīng)濟(jì)等狀況綜合影響決定。這種抉擇過(guò)程是一個(gè)堆型的淘汰與新生交替出現(xiàn)的過(guò)程，在很大程度上折射了世界核電堆型技術(shù)軌道的演變軌跡。

2.我國(guó)核電堆型技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

我國(guó)在1970年代國(guó)際技術(shù)封鎖下，選擇依靠成功研制核潛艇的核動(dòng)力技術(shù)和核工業(yè)技術(shù)體系自主研發(fā)壓水堆核電技術(shù)，啟動(dòng)“七二八工程”，但“文革”使其幾乎停頓。

1980年代改革開(kāi)放后，采取“兩條腿走路”，自主研發(fā)30萬(wàn)千萬(wàn)壓水堆核電技術(shù) CP300(原CNP300)建設(shè)秦山一期原型堆核電站，引進(jìn)法國(guó)當(dāng)時(shí)先進(jìn)的M310先進(jìn)壓水堆技術(shù)建設(shè)大亞灣百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)核電站。

1990年代，開(kāi)發(fā)了自主的CP600(原CNP600)技術(shù)建設(shè)秦山二期，并消化吸收M310技術(shù)再創(chuàng)新形成改進(jìn)型CPR1000技術(shù)建設(shè)嶺澳核電站。同時(shí)期還引進(jìn)加拿大重水堆技術(shù)建設(shè)秦山三期，引進(jìn)俄羅斯先進(jìn)的VVER1000壓水堆技術(shù)建設(shè)田灣核電站。

進(jìn)入2000年代，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)電力的需求，國(guó)家積極發(fā)展核電，引進(jìn)美國(guó)西屋公司的AP1000三代壓水堆技術(shù)，計(jì)劃通過(guò)消化吸收再創(chuàng)新形成自主品牌CAP1400、CAP1700來(lái)統(tǒng)一核電技術(shù)路線。不過(guò)同時(shí)又引進(jìn)法國(guó)的EPR三代技術(shù)建設(shè)臺(tái)山核電站。

表3-1 世界核電大國(guó)的核電堆型演變(The evolution of leading countries'nuclear power reactor type in the world)

特別值得一提的是，我國(guó)自主研發(fā)的兩種四代堆型的實(shí)驗(yàn)堆——2000年清華大學(xué)研制的高溫氣冷堆和2010年中核集團(tuán)研制的鈉冷快堆并網(wǎng)發(fā)電成功，并開(kāi)始分別依托山東石島灣和福建三明建設(shè)示范堆核電站。

目前，我國(guó)運(yùn)行核電機(jī)組14臺(tái)，裝機(jī)容量1192.8 MWe，發(fā)電占全國(guó)的1.8%，運(yùn)行機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性處于世界先進(jìn)水平;核準(zhǔn)了12個(gè)核電項(xiàng)目共34臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量3692MWe，其中在建機(jī)組27臺(tái)，裝機(jī)容量近3000 MWe;此外還有近20臺(tái)機(jī)組獲準(zhǔn)開(kāi)展前期工作［37］。在全世界在建的64臺(tái)核電機(jī)組中，我國(guó)已成為世界上在建核電規(guī)模最大的國(guó)家。2011年進(jìn)入“后福島時(shí)代”，國(guó)家提出安全高效發(fā)展核電的方針，有關(guān)方開(kāi)始認(rèn)真審視各堆型和機(jī)型的安全性和經(jīng)濟(jì)性［38］。

縱觀我國(guó)核電發(fā)展歷程，在堅(jiān)持以我為主、中外合作的原則下，堅(jiān)持自主創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，取得了令人矚目的成就。在核電堆型技術(shù)方面，自主研發(fā)了中小型壓水堆、高溫氣冷堆、鈉冷快堆三種技術(shù)，消化吸收再創(chuàng)新壓水堆3種自主品牌機(jī)型，先后引進(jìn)了法國(guó)、加拿大、俄羅斯和美國(guó)的壓水堆4種機(jī)型、1種重水堆機(jī)型。目前有壓水堆、重水堆、高溫氣冷堆(實(shí)驗(yàn)堆)、鈉冷快堆(實(shí)驗(yàn)堆)4種堆型，12種機(jī)型，其中壓水堆機(jī)型9種，是主流技術(shù)。

3.我國(guó)核電發(fā)展的堆型選擇與技術(shù)創(chuàng)新

我國(guó)核電堆型及機(jī)型的種類較多，引起了對(duì)核電機(jī)組“萬(wàn)國(guó)牌”的抱怨和核電建設(shè)中堆型技術(shù)路線選擇的爭(zhēng)議［38］。這也促進(jìn)了對(duì)我國(guó)核電發(fā)展戰(zhàn)略和堆型技術(shù)選擇問(wèn)題的思考。國(guó)家首個(gè)核電規(guī)劃——《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005～2020年)》，明確了核電技術(shù)熱堆-快堆-聚變堆“三步走”的戰(zhàn)略路線，堅(jiān)持發(fā)展百萬(wàn)千萬(wàn)先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)路線，以引進(jìn)消化吸收掌握三代技術(shù)來(lái)統(tǒng)一核電發(fā)展技術(shù)路線。

技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)理論揭示的技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律和核電技術(shù)的發(fā)展演變規(guī)律，給我們?cè)诤穗姸研瓦x擇和研發(fā)戰(zhàn)略與技術(shù)創(chuàng)新上一些重要啟示。在決心發(fā)展核電、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈、國(guó)內(nèi)堆型機(jī)型復(fù)雜的形勢(shì)下，當(dāng)務(wù)之急是盡快制訂基于“三步走”戰(zhàn)略的以堆型為核心的核電技術(shù)發(fā)展路線圖，統(tǒng)籌布局我國(guó)核電堆型發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略。

圖3-1 我國(guó)壓水堆技術(shù)軌道的分化與融合路線(The technical route of differentiation and integration for China's PWR)

第一，融合壓水堆多機(jī)型技術(shù)，形成自主品牌系列。同一技術(shù)范式的可通約性表明，相同堆型技術(shù)軌道的核電技術(shù)具有共享性和繼承性。核電專家張祿慶認(rèn)為“我國(guó)要統(tǒng)一的是堆型而非機(jī)型”，不能割裂二代和三代之間的聯(lián)系［39］。在壓水堆技術(shù)統(tǒng)一路線下，要充分消化美、法、俄三國(guó)和我國(guó)現(xiàn)有壓水堆技術(shù)，博采眾長(zhǎng)，平衡利益之爭(zhēng)，持續(xù)以“順軌式”創(chuàng)新提升機(jī)型性能，以“融軌式”創(chuàng)新集成新機(jī)型，最終形成我國(guó)自主的1400萬(wàn)千瓦以上的超大型壓水堆、百萬(wàn)千瓦的大型壓水堆和60萬(wàn)千瓦左右的中小型壓水堆品牌系列，作為四代核電商用前后的主力堆型，實(shí)施路線如圖3-1所示。

第二，加快已有四代堆型建設(shè)和開(kāi)發(fā)，優(yōu)化核電結(jié)構(gòu)。四代6種堆型在核燃料的充分利用上與壓水堆、重水堆具有很好的互補(bǔ)性，技術(shù)上有很強(qiáng)的銜接性和連續(xù)性［40］?！叭阶摺睉?zhàn)略路線是技術(shù)軌道轉(zhuǎn)換理論的科學(xué)體現(xiàn)。我國(guó)已走在世界前列的鈉冷快堆和高溫氣冷堆，是中長(zhǎng)期核電技術(shù)更新?lián)Q代的重要堆型。推進(jìn)這二種堆型的商用進(jìn)程，是實(shí)現(xiàn)“三步走”的第二步戰(zhàn)略目標(biāo)，以新的核電堆型技術(shù)軌道來(lái)優(yōu)化核電結(jié)構(gòu)和布局，提高核資源的利用效率。

第三，堅(jiān)持核裂變新堆型的戰(zhàn)略研發(fā)，搶占堆型轉(zhuǎn)換主導(dǎo)權(quán)。技術(shù)軌道發(fā)展的“飽和限”要求必須及時(shí)轉(zhuǎn)換技術(shù)范式和技術(shù)軌道。在聚變堆發(fā)電技術(shù)商用前，應(yīng)選擇符合國(guó)情、具有潛力的裂變堆堆型有計(jì)劃地重點(diǎn)開(kāi)發(fā)，搶占核電技術(shù)范式先機(jī)和先進(jìn)技術(shù)軌道轉(zhuǎn)換主導(dǎo)權(quán)，為核電長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展布局謀篇。令人欣慰的現(xiàn)象是，國(guó)家科技部開(kāi)始組織實(shí)施四代堆型之一的釷基熔鹽堆系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，以適應(yīng)我國(guó)釷資源豐富的國(guó)情。國(guó)家能源局正籌備建立行波堆辦公室，協(xié)調(diào)我國(guó)各方面力量研發(fā)行波堆技術(shù)，中廣核集團(tuán)委托廈門大學(xué)前期研發(fā)行波堆。上海交通大學(xué)也與中廣核集團(tuán)聯(lián)手成立超臨界水堆聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)超臨界水堆。

第四，堅(jiān)持核電建設(shè)和技術(shù)創(chuàng)新不斷線。核電堆型技術(shù)發(fā)展的特殊性要求必須有相應(yīng)的核電工程項(xiàng)目作依托，要求不斷的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)解決堆型技術(shù)和工程技術(shù)難題。因此，始終堅(jiān)持安排適當(dāng)數(shù)量的核電建設(shè)項(xiàng)目，始終堅(jiān)持核電關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，不輕易停止和間斷。

第五，堅(jiān)持自主創(chuàng)新的模式不變。核電技術(shù)范式性質(zhì)和特征一方面決定了堆型技術(shù)進(jìn)步的難度和長(zhǎng)期性，另一方面決定了堆型的競(jìng)爭(zhēng)在關(guān)鍵的硬核(核心)技術(shù)方面?！耙晕覟橹?、中外合作”的自主創(chuàng)新原則是核電堆型技術(shù)軌道演變規(guī)律的正確反映，也是我國(guó)核電安全、高效、可持續(xù)、健康發(fā)展的根本基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

綜上所述，我們的結(jié)論是:

(1)基于技術(shù)范式的技術(shù)軌道結(jié)構(gòu)理論反映了行業(yè)技術(shù)發(fā)展演變的基本規(guī)律，揭示了技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品更新?lián)Q代的機(jī)制，因而是分析行業(yè)及產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的一種工具。

(2)核電技術(shù)以堆型技術(shù)軌道為核心的發(fā)展演變，對(duì)于同一堆型，表現(xiàn)為累積型順軌式創(chuàng)新特征和多樣化機(jī)型趨勢(shì);對(duì)于多堆型，表現(xiàn)為堆型間的革命型躍軌式創(chuàng)新特征和多元化堆型趨勢(shì);在不同堆型和同一堆型的不同機(jī)型之間，可通約性的共性技術(shù)使通過(guò)融軌式集成型創(chuàng)新開(kāi)發(fā)新堆型或機(jī)型成為可能。

(3)我國(guó)“三步走”戰(zhàn)略的堆型技術(shù)轉(zhuǎn)換路線，是與世界核電堆型技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)一致的。我國(guó)核電堆型技術(shù)的選擇與創(chuàng)新，當(dāng)前的一個(gè)重要任務(wù)是融合壓水堆多機(jī)型技術(shù)形成自主品牌系列，加快第四代兩種自主研發(fā)堆型的建設(shè)和開(kāi)發(fā)進(jìn)程，在研發(fā)戰(zhàn)略性新堆型方面搶占先機(jī)。

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