2021年6月18日，日本政府更新了于2020年12月发布的“绿色增长战略”。据悉，日本国会参议院于2021年5月26日正式通过修订后的《全球变暖对策推进法》，以立法的形式明确了日本政府提出的到2050年实现碳中和的目标，这是日本首次将温室气体减排目标写进法律。绿色增长战略指出将在海上风力发电、氢能、核能、航空等14个重点领域推进温室气体减排。

    本文重点介绍核能产业相关内容。

    1 绿色成长战略概要

    绿色增长战略是一项旨在促进经济增长与环境保护良性循环的产业政策。实现变革并不容易，多数企业需要彻底改变过去的商业模式和战略。为此，日本政府要全力支持民营企业大胆投资、引领创新。

    政府应尽可能地做出具体预测，设定高发展目标，创造有利于民营企业应对挑战的环境。针对有望实现碳中和目标、具有高增长潜力的 14 个领域相关产业提供必要的政策支持。

    核能是处于商用阶段的脱碳选择，应在尽可能降低依赖程度的同时最大限度地利用核能。国内要在安全第一的前提下稳定推进重启，拥有较高制造能力的日本企业也应开展海外合作（与美国、英国和加拿大等），参与下一代创新型反应堆的研发，加快核能技术的创新。

    2 核能产业情况

    为实现2050年碳中和目标，要追求包括核电在内的各种选择。因此，除了进一步提高轻水堆的安全性之外，还需要通过创新技术进行核电创新研发。核电能够提供大量且稳定的无碳电力，技术自给率高。通过进一步的技术创新，可以提高核电的安全性、可靠性和效率，推进放射性废物减容及降低毒性，从而达到资源的循环和有效利用。另外，核能还可以与可再生能源共存，实现无碳制氢和热利用等各种社会需求。

    就目前的轻水堆而言，中国和俄罗斯在政府融资支持下占据市场主导地位，而美国、英国和加拿大等发达国家则在小型堆和创新型反应堆方面找到了出路，并通过政府加大投资力度来加快研发，目标是在2030年左右实现商业化。

    核能产业目标是：①有效利用国际合作来推进快堆研发；②到2030年通过国际合作示范小型模块化反应堆技术；③到2030年建立高温气冷堆制氢相关基础技术；④通过包括国际热核聚变实验堆计划（ITER）在内的国际合作，稳步推进聚变能研发。

    2.1  快堆

    （1）现状及问题。为了实现核能的持续利用，有必要对放射性物质进行恰当的处理和处置，推进放射性废物减容及降低毒性的实施以及中长期资源有效利用相关技术的研发。快堆能够有效利用快中子，解决上述问题，更好地实现核燃料循环，因此持续发展快堆十分重要。着眼世界，俄罗斯的示范堆已于2015年首次达到临界；中国的示范堆也计划于2023年建造完成；美国于2020年向计划7年内完成示范堆建造的风投企业给予1600亿日元的开发投资支持，以加快快堆的研发。

    （2）未来举措。日本应根据2018年12月原子能相关内阁会议通过的“快堆开发战略路线图”，切实推进相关研发工作。路线图的目标是在本世纪下半叶正式实现快堆的商业运行，还表示一定规模的快堆将在本世纪中叶的某个时候投入运行，具体时间将取决于技术成熟度、融资环境和运营经验等因素。快堆研发将分以下三个阶段：①在私营部门创新的基础上进行技术竞争；②政府、日本原子能研究开发机构（JAEA）、电力企业和制造商进行通力合作，缩小技术范围；③推进重点技术的实际工程应用。另外，在2024年以后，为了缩小可供选择的技术范围，利用JAEA所拥有的“常阳”实验快堆进行辐照试验是不可或缺的，因此要加速推进“常阳”堆重启相关的准备。

    此外，路线图中也表明要与法国、美国等国家进行国际合作推进快堆研发。在与法国合作方面，双方将基于2020年签订的协议开展提高安全性和经济性相关的共同研发，例如利用自然循环冷却系统、随着温度上升自动插入控制棒的结构等创新技术。在与美国合作方面，双方将基于2019年签订的合作开发多用途试验堆（VTR）的备忘录推进相关研发。

    在快堆研发之际，要有效利用JAEA“常阳”实验快堆和“文殊”原型快堆的运行维护经验及相关数据，以及钠试验设施“AtheNa”等世界范围内都十分有价值的设施和数据。另外日本在快堆相关标准制定方面领先于世界，因此要与其他国家的相关机构展开合作，促进日本标准的推广。

    此外，“常阳”堆可以大量制造世界上稀有的医用放射性同位素。通过推进“常阳”堆的重启，有望为先进的癌症治疗做出贡献。

    2.2 小型模块化反应堆

    （1）现状及问题。小型模块化反应堆（SMR）由于堆芯尺寸较小，通过采用自然循环进行反应堆冷却，可以避免因人为错误或安全相关设备故障而导致的意外停堆，从而确保安全系统的可靠性。通过这种设计方法，大大降低了因管道破裂而导致冷却剂丧失事故发生的概率，从而达到减少疏散面积的目的。

    此外，通过模块化生产还可以缩短建造工期，降低初始投资成本，缓解选址和建造融资的制约。在 SMR 采用的这些安全和经济改善的创新特征方面，部分需要技术开发和验证，美国在建立安全标准和行业标准方面走在了世界其他国家的前列。除美国外，英国、加拿大和其他国家正在建造 SMR 示范机组和进一步向第三国扩张的项目，日本的一些公司拥有较高的设计和生产能力，正在积极推进参与这些项目。此外，考虑到各种需求，日本公司也会通过原创设计开发 SMR，为此持续的研发支持必不可少。

    （2）未来举措。政府将积极支持日本企业与美国、英国、加拿大等国家的国外示范项目合作，旨在本世纪20年代末实现商业化运营，在考虑安全、经济、供应链建设、监管等方面问题以及国外利益相关者制定上述法规的基础上，参与开发和示范。在合作解决 SMR 创新技术研发问题的同时，利用优秀的设计和生产技术，为实现 SMR 这一脱碳技术做出贡献。通过上述措施，在进一步提高 SMR 设计和生产技术的同时，获得主要供应商的地位，并建立与 SMR 全球扩张相适应的批量生产体系。

    另外，在SMR中，根据冷却剂和输出功率，除了轻水堆和快堆、高温气冷堆之外，还有熔盐堆、微堆等各种堆型，要根据技术熟练度等，推进基于民间创意的基础技术开发。

    2.3 高温气冷堆

    （1）现状和问题。高温气冷堆利用700 ℃以上的无碳高温热，采用化学稳定的氦冷却剂、高温下不熔化的Triso燃料和吸收高温热的结构材料，可用于发电以及有效利用热源进行大规模、低成本地无碳制氢气，从而引起广泛关注。

    对于炼钢、化工等工业领域中备受关注的脱碳制氢，一座高温气冷堆便有可能实现对一台能够完成氢还原炼钢的竖炉进行脱碳。与太阳能电解水的情况相比，高温气冷堆所需的占地面积是其1/1600，如果高温气冷堆具有很高的安全性，则可以在当地生产氢气，并结合工业过程所需的供热，而不会产生额外的氢气运输成本。到2050 年，热电联产可能会实现低于燃气火力发电的成本（约12日元/Nm3 ）。

    美国刚刚决定向一家高温气冷堆合资公司提供高达 1 600亿日元的开发支持，该公司的目标是在7年内建造一座示范堆。英国也宣布设立一项约230亿日元的基金，用于创新型模块反应堆，其中高温气冷堆被列为强力支持对象。

    日本原子能研究开发机构（JAEA）拥有高温工程试验堆（HTTR)。HTTR 采用世界领先的技术，实现了世界最高950 ℃下连续高温运行50天，进行了类似东京电力福岛第一核电站冷却剂丧失事故模拟试验，确认反应堆自然冷却等。此外，制造商正在开发各种概念，包括利用高温热能制氢和储存热能，另外也有必要建立用于制氢的基础技术。

    （2）未来举措。利用记录世界最高温度的 HTTR，除了国际安全示范外，日本政府还将支持必要的技术开发，以在2030年前实现大规模、低成本的无碳制氢。同时，支持发展包括IS工艺（热化学碘硫循环法）和甲烷热解在内的超高温无碳制氢方法，政府将从安全、经济、供应链建设、监管合规性等方面考虑，参与技术开发和验证，并将根据之前海外项目的情况组成海外联合项目。

    此外，考虑到日本在标准制定方面也处于世界领先地位，将通过建造、运营和重启HTTR，促进与其他国家相关组织合作推广日本标准。

    2.4  核聚变

    （1）现状和问题。聚变堆产生1亿℃以上的等离子体，并且可以将冷却剂加热到1000 ℃左右，是一种除发电外还可进行热利用和制氢的技术。其燃料基本是氢气，不会产生需要长期管理的高放射性废物。由于等离子体生成是一种难以维持反应的技术，所以它具有很高的安全性，没有反应堆失控的风险。

    在ITER项目方面，为了2025年开始运营，在世界七个成员国的合作下正在进行各种设备的建造和生产，并于2020年7月开始ITER 机器的组装和安装。日本公司正在制造超导环形线圈（TF）等主要设备，这些设备会依次运送到法国的ITER 站点。具体来说，2021年3月，日方交付了第三个日本制造的TF线圈，同年2月，日本和美国联合制造的第一个中心螺线管（CS）线圈的最终测试在美国完成，各主要装备的生产正在稳步推进中。

    同时，为了补充和支持ITER项目和未来的聚变示范堆，欧洲和日本签署了扩展探索协议（BA 协议）。根据该协议，日本将利用正在建造的大型托卡马克装置（JT-60SA）进行先进等离子体控制技术的试验，开发对聚变中子具有耐久性和降低活化特性的结构材料等用于聚变示范堆，另外也在开发从海水中回收锂和从锂中生产氚的技术，低温、低 CO排放铍等金属精制技术等其他燃料生产技术。

    此外，美国、英国和加拿大设立大量旨在早日实现聚变发电的风险公司，日本也从本世纪10年代末开始设立聚变能领域的风险公司。

    （2）未来举措。至于热核实验堆项目，目标是在2025年开始运行，并在2035年开始聚变反应与实际燃料运行。此外将通过JT-60SA进行试验并实施其他研发活动以用于聚变示范堆。通过上述措施，将建立主要设备的技术验证和长期保持能源输出状态的技术，以实现聚变能。同时，日本将实施聚变示范堆建造项目的各种设计和技术开发，促进在 21 世纪中叶实现聚变能的实际应用。在燃料精制技术开发方面，开展锂精制技术以及低温、低CO排放的金属精制技术示范，以实现商用化为目标。

    政府将通过旨在提高人们对聚变能的兴趣和相互了解的外展活动，扩大聚变研究的范围，从长远的角度出发，鼓励更多企业研发聚变能，让国内风险企业等参与海外项目。

    此外，不仅限于发电，政府还将推进利用聚变堆高温的无碳制氢工艺等可能有助于碳中和的基础技术的研发。

    核能产业绿色增长路线图如图1所示。