日本核能科技的未来发展路径（上）

2024年8月20日，日本政府发布了《今后原子能科学技术的政策方向》。这份报告明确了日本在核能科技创新领域的未来战略，以应对全球能源转型的挑战，实现碳中和目标。本文将全面解读日本核能科技的背景、现状、未来发展方向及国际合作策略。

一、核能科技发展的背景与形势

1. 日本国内核电发展的现状和背景

日本的核能发展始于20世纪50年代，当时核能被视为经济复苏和工业发展的关键技术。日本政府积极引进核能技术，并通过政府与企业的合作快速推进核电站的建设。在20世纪70年代至80年代，随着全球石油危机的爆发，核能的重要性进一步提升，核电成为日本能源结构中的核心组成部分。到2010年，核能在日本总电力供应中的比例达到近30%。

2011年3月11日，东日本大地震引发了福岛第一核电站的重大核事故。这次事故严重影响了公众对核能的信任，也使得日本的核能政策发生了重大转变。事故导致日本国内54台核反应堆中的48台被关闭，6台因事故直接报废。事故的直接经济损失预计超过20万亿日元，并涉及到废炉、污染处理、赔偿等多方面。

尽管如此，随着全球能源安全问题的加剧以及日本承诺到2050年实现碳中和的目标，核能再次被视为不可或缺的能源来源。为了实现2030年核能发电占比达到20-22%的目标，日本于2023年的2月和4月分别出台了《关于实现GX（绿色转型）的基本方针》、《关于核能利用的基本观点》以及《今后的核能政策方向与行动指南》等一系列文件政策，确定了日本核能复兴政策的基本方针，日本政府计划重新启动现有核电站，并通过技术创新开发和建设新的核能设施。

2. 全球核能科技发展的新形势

全球范围内，核能科技的发展趋势正在向着更高效、安全和可持续的方向迈进。根据国际原子能机构（IAEA）的统计，截至2024年1月，全球共有413座核电反应堆在运行，总装机容量达到371,510兆瓦。核电占全球总发电量的10%左右。尽管福岛事故后全球核能发展的步伐有所放缓，但随着新一代核反应堆技术的进步，多个国家正在重新评估并加强对核能的投资。

国际能源署（IEA）的《2050年净零排放路线图》指出，要实现全球净零排放目标，到2050年核能发电的装机容量需要从2020年约394吉瓦增加到812吉瓦，这几乎是当前水平的两倍。这一目标的实现依赖于新一代核能技术的发展，如小型模块化反应堆（SMR）和快速中子增殖炉（FBR）。这些技术被认为具有更高的安全性、经济性和灵活性，有助于实现大规模的零碳能源供给。

在20世纪80年代和90年代，日本在全球核能科技领域占据了重要地位。其核电站设计和建造技术、核燃料循环技术、以及反应堆安全技术均处于世界前列。然而，由于福岛事故的影响，过去十年中，日本在核能科技领域的国际影响力有所下降。这不仅体现在核电站建设数量的减少，还包括在核能相关的学术研究和国际合作中的地位变化。根据日本科学技术振兴机构（JST）的数据显示，在1995年至2005年间，日本在“核能与工程”领域的学术论文数量全球排名第五，但到了2015年至2025年，这一排名已经降至第十一位。

总体而言，尽管面临多重挑战，核能仍然是日本实现能源安全与气候目标的关键技术。随着国内外核能科技的发展，日本必须通过政策支持和技术创新，恢复并提升其在全球核能领域的竞争力。

二、日本核能科技创新的基本原则

在面对未来的核能发展时，日本政府确立了三个基本原则，确保核能科技的安全发展和持续创新。这些基本原则旨在平衡核能技术的进步与社会对核能安全和可持续性的关注。

1. 安全第一

“安全第一”是日本核能科技发展的首要原则。这一原则的确立不仅是对福岛第一核电站事故教训的反思，更是确保未来核能发展的基础。一方面，日本政府对所有运行中的核电站进行了全面的安全审查，并引入了更严格的安全标准。新的标准要求核电站必须具备更高的抗震、防洪、防火能力，特别是在防止极端自然灾害（如地震和海啸）方面的能力。所有核电站必须符合这些标准，才能获得重新启动的许可。另一方面，为了确保核能运营的透明性和可信度，日本成立了独立的核能监管机构，如核能规制委员会（NRA），负责监督核电站的安全运营。每年所有核电站运营商必须提交详细的安全评估报告，并接受独立第三方的审查。日本政府还计划在未来十年内投入约5万亿日元用于核能设施的安全升级和技术创新，以确保即使在极端情况下，核能设施也能够安全运行。

2. 技术创新与国际竞争力

技术创新是日本保持其在全球核能科技领域竞争力的关键。20世纪80年代至90年代，日本在核能技术研发领域处于全球领先地位。然而，福岛事故后，日本在该领域的国际竞争力有所下降。为了重新夺回在全球核能科技领域的领先地位，日本政府在2023年提出了一项雄心勃勃的计划，未来十年内投资超过1万亿日元用于核能科技的研究与开发。重点领域包括新一代反应堆（如高温气冷堆和快速中子增殖炉）、核燃料循环技术以及放射性废物处理技术。这些技术的突破将为日本核能科技的发展提供新的动力。在学术研究方面，日本政府计划通过增加科研经费、加强国际合作以及支持跨学科研究，推动核能领域的技术突破。政府计划每年增加约2000亿日元的科研经费，以提升日本在该领域的研究能力和国际影响力。

3. 公众参与与信任重建

福岛事故后，公众对核能的信任大幅下降，核能发展面临巨大的社会压力。为了重建公众对核能的信任，日本政府认识到，必须通过透明的政策制定和广泛的公众参与来实现这一目标。

根据日本政府的调查，2019年约有70%的日本民众对核能持负面态度，认为其存在不可忽视的安全风险。为了扭转这一局面，政府在2020年启动了“核能公众沟通计划”，旨在通过公开透明的政策讨论、公众咨询和信息发布，增强社会对核能科技的理解和支持。

这一计划包括定期举办全国性核能科技论坛，邀请专家、政府官员和普通民众参与讨论核能科技的最新进展和未来方向。政府还加强了对核能设施的开放日活动，让公众有机会参观核电站，亲身了解核能的运行机制和安全措施。此外，政府还计划通过教育体系，增加中小学关于核能知识的教育内容，培养下一代对核能科技的科学认识。

在政策制定过程中，政府还引入了公众参与机制，确保核能政策的制定能够反映公众的意见和关切。例如，在新一代创新堆的开发过程中，政府通过公开听证会和在线问卷调查，收集了超过10万条公众意见，并将其中有价值的建议纳入政策制定。通过这些措施，日本政府希望能够逐步重建公众对核能的信任，使核能科技的发展更加符合社会的期望，从而为实现能源安全和碳中和目标提供有力支持。

总体而言，日本核能科技创新的基本原则以安全为核心，以技术创新为驱动，以公众信任为基础。这些原则不仅反映了日本对核能发展的深刻反思，也体现了其在新时代中保持国际竞争力的决心。通过严格的安全标准、持续的技术投入以及广泛的公众参与，日本将努力在全球核能科技领域中继续发挥重要作用。

三、未来核能科技创新的五大重点方向

日本政府在这份报告中提出了五大核能科技创新重点方向，以确保核能科技的安全性、可持续性和创新能力。这些施策旨在通过建设和管理核能设施、推动技术创新、加强国际合作等措施，推动核能科技的全面发展。

1. 开发新的试验研究堆

日本政府计划在现有研究设施的基础上，开发新的研究堆，以支持核能技术的基础研究和创新发展。这些研究堆不仅将用于材料科学、核燃料研发和放射性同位素生产，还将支持新反应堆设计的验证和安全测试。

日本现有的核能研究设施老化严重，一些研究堆已接近其设计寿命终点，如京都大学研究堆（KUR）计划在2026年5月前停止运行。为了弥补研究设施的空白期，并支持新技术的研发，日本计划开发新试验研究堆，新研究堆的总投资将达到约1500亿日元。日本计划在“文殊”堆原址上建设新的研究堆，以满足未来科研需求。2023年，日本原子能研究开发机构（JAEA）选定了三菱重工业株式会社作为新研究堆的主承包商，计划在2026年完成建设，并于2027年开始试运行。

2. 开发新一代反应堆及提升安全性

高温气冷堆（HTGR）和快速中子增殖炉（FBR）是日本新一代反应堆技术的重点方向。这些新型反应堆具有固有的安全性和高效能输出，将成为日本碳中和战略的重要组成部分。

高温气冷堆是一种高温、高效的反应堆类型，其设计特点是能够在较高温度下安全运行。HTGR的运行温度可以达到900摄氏度以上，这使得它在发电效率、工业热应用和氢气生产方面具有独特的优势。在安全性方面，HTGR采用的陶瓷包覆颗粒燃料能够在1600摄氏度的高温下有效封闭放射性物质，这一技术已在HTTR的实验中得到验证。HTTR自2010年达到临界，2011年停运，2021年又重启，至今已累计运行超过71,000小时，验证了高温气冷堆在高温条件下的稳定性和安全性。日本计划在大洗研究开发中心的HTTR实验堆的基础上，进一步研发并商业化高温气冷堆技术，预计将在2030年实现商业化。

快速中子增殖炉利用快速中子增殖钚燃料，不仅可以高效利用核燃料，还能减少核废料的产生。日本的“常阳”实验堆和已经退役的“文殊”增殖反应堆为FBR技术的研究提供了宝贵的数据和经验。政府计划在2026年之前完成“常阳”的新一轮安全升级，并在2027年重新启动。届时，“常阳”将成为全球唯一可运行的高速中子照射堆，预计将为包括法国和美国在内的多个国家提供实验服务，进一步巩固日本在国际核能技术研发中的重要地位。

3. 强化核能设施废弃物处置和后处理技术

核能设施的废弃物处置是核能可持续发展的关键挑战。日本拥有多个进入退役阶段的核能相关设施，这些设施的安全管理和废料处理需要巨大的资金和技术支持。为确保核能设施的安全退役和核废料的有效管理，日本制定了详细的废弃处置计划，涵盖79个设施，预计约需70年，总费用估算为1.9万亿日元。

核燃料循环与核废料处理是确保核能可持续发展的关键环节。在核燃料循环方面，日本计划到2030年实现钚燃料的完全再利用，并在国内建立一个完整的核燃料循环系统。这个系统将涵盖从核燃料制造到使用后的废料处理的全过程，不仅提高资源利用效率，还将大大减少核废料的产生量。

在处理高放射性核废料方面，根据日本政府的估算，截至2023年，日本储存的高放射性废物总量已达到67.2万桶（200L）当量，并且每年还在持续增加，处理费用高达2900亿日元。日本计划通过引进先进的处理技术，将高放射性废物的体积减少60%以上，同时大幅降低其放射性强度。这一计划预计将在2030年前后逐步实施，并有望在2050年前实现高放射性废物的安全处置。

4. 核能科技研究和人才培养的强化

核能科技的持续创新依赖于高水平的研究与开发（R&D）以及专业人才的培养。为了实现这一目标，日本计划在未来十年内加大对核能科技研究和教育的投资。

在科研投入方面，政府将增加核能领域的科研经费，与国内外的大学和研究机构合作，设立核能科技联合研究项目，支持新技术的研发和应用。重点领域包括次世代反应堆、核燃料循环技术和放射性废物处理技术。日本希望在未来十年内成为全球核能科技创新的中心之一。

在人才培养方面：JAEA将与国内外的大学和研究机构合作，创建核能科技教育和研究的联合项目。例如，JAEA计划与京都大学和东京大学等顶尖学府合作，设立核能科学与工程的博士项目，与美国、欧洲和亚洲其他国家的合作研究项目，引进和培养国际化的核能科技人才。目标是每年培养出至少100名具备国际竞争力的核能科技专家。这些人才将成为日本核能科技创新和发展的中坚力量。

5. 应对福岛第一核电站事故的后续处理

福岛核电站事故的长期影响仍在持续，处理事故遗留问题和恢复公众对核能的信任是日本核能政策的核心议题。事故之后的废料处理和环境修复工作涉及巨大的财政和技术投入。

日本政府在2022年制定了新的五年计划，计划在2027年之前完成福岛核电站废料的初步处理，并在2030年之前实现该地区的基本环境修复。政府计划通过持续投资和国际合作，逐步解决福岛核事故的遗留问题。

政府还计划在2025年之前建立一个全球领先的核应急响应中心，确保在未来发生任何核事故时能够迅速有效地应对。这些措施旨在逐步解决福岛核事故的遗留问题，同时提升日本在核能应急响应和环境修复方面的能力。

综上所述，这五大重点施策显示了日本在核能科技领域的长期战略目标和具体行动计划。通过开发新试验研究堆、推进新一代创新堆技术、强化废料处理和核能设施的管理、加大科研和人才培养的投入以及处理福岛事故的后续影响，日本希望在核能科技领域继续保持全球竞争力，同时为全球能源安全和环境保护做出贡献。通过这些施策，日本不仅致力于实现国内能源的自给自足和碳中和目标，还希望通过技术输出和国际合作，推动全球核能科技的进步。（待续）



转载自国际清洁能源论坛
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