高溫氣冷堆打開核電發展新空間

　　習近平總書記指出，“核工業是高科技戰略產業，是國家安全重要基石”“要積極安全有序發展核電，合理確定核電站布局和開發時序”。

　　山東榮成石島灣，國家科技重大專項標志性成果——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程平穩運行，從這里源源不斷輸出的電能和熱能，滿足著各類能源需求。

　　從2012年12月澆筑第一罐混凝土到2023年12月商運投產，從一片荒灘到全球首座投入商業運行的第四代核電站，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程的建成運行，標志著我國在第四代核電技術研發和應用領域達到國際領先水平。

　　推動高溫氣冷堆從實驗堆向商用堆跨越

　　上世紀80年代，在中國科學院院士王大中帶領下，清華大學相關科研院所開展先進核能技術研發。1986年，國家863計劃將高溫氣冷堆列為我國發展的先進反應堆堆型之一。在國家863計劃支持下，清華大學先后突破了球形燃料元件、球床流動特性等多項關鍵技術，并于2000年建成10兆瓦高溫氣冷實驗堆。

　　2003年1月29日，高溫氣冷實驗堆成功實現72小時連續滿功率運行。同年，中國核工業集團有限公司與清華大學共同組建了中核能源科技有限公司(以下簡稱“中核能源”)，推動高溫氣冷堆技術從實驗室走向市場。2006年，高溫氣冷堆被列入國家科技重大專項;2008年，高溫氣冷堆總體實施方案獲國務院批準，清華大學核能與新能源技術研究院(以下簡稱“清華核研院”)院長張作義任專項技術總師。

　　從實驗堆向商用堆跨越，擺在團隊面前的困難不少：重大技術轉化周期長、見效慢，人才隊伍難穩定，科研思維與工程思維經常“碰撞”……面對挑戰，中核集團和清華大學通力合作，拆除“籬笆墻”、打通從應用基礎研究到產業化的“快車道”，搭建了一支跨產業鏈、跨單位、產學研一體化的項目團隊。

　　在聯合攻關中，張作義帶領團隊取得了多項原創性成果;中核能源等單位的工程技術人員發揮自身在建筑結構、水電暖、三維設計等方面的專業優勢，以“啃硬骨頭”的精神進行技術消化吸收;雙方建立起聯合設計機構，實現了設計與施工的高度協同……不斷磨合、加速跨越，產學研融合不斷走向深入。

　　形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行能力

　　2012年12月，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開工，由中核集團、清華大學、中國華能集團組成聯合攻關團隊，共同研發建設。其中，清華大學是技術研發主體，負責研發、總體技術方案及核島主系統主設備的設計，中核集團作為示范工程建設實施主體及燃料元件生產單位，華能集團作為示范工程建設營運主體。

　　高溫氣冷堆核電站示范工程建設面臨諸多“第一次”：清華核研院第一次設計示范電站圖紙，中核能源第一次做工程總承包，華能集團第一次做核電業主……直面問題，相關單位緊密合作，將研究設計與加工制造深度融合，攻克了一道道技術難關。

　　蒸汽發生器是高溫氣冷堆的關鍵設備，作為全球首創的設計，沒有可供參考的制造和裝配工藝。聯合攻關團隊與制造廠家一道，歷經7個月完善設計工藝、錘煉制造技術，最終成功制造出1330根符合設計規范的出口連接管，打通了蒸汽發生器制造的關鍵路徑。

　　聯合攻關團隊創新雙機翻轉的工藝，完成了業界最大、最重反應堆壓力容器的吊裝，攻克陶瓷堆內構件精確安裝的難題以及燃料裝卸系統復雜管路安裝等技術，高質量完成了示范工程模塊化建造施工;聯合調試團隊研發出一套高溫氣冷堆特有的調試運行技術，掌握了大體積雙模塊化反應堆回路強度密封及升溫技術、低功率密度特點的反應堆固有安全性能驗證技術等六大關鍵核心技術……“為實現重大專項的任務目標，聯合攻關團隊共承擔重大專項課題89項，完成了數千項技術攻關。”華能山東石島灣核電有限公司總經理常重喜說。

　　“通過示范工程建設，我國形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行能力，處于世界領先水平。”中核能源副總經理、總工程師石琦說。

　　高溫氣冷堆具有安全系數高、堆芯溫度高等優勢，在多個領域有著廣闊的應用前景

　　作為我國完全自主知識產權的先進核能系統，高溫氣冷堆具有安全系數高、堆芯溫度高等優勢，在多個領域有著廣闊的應用前景。

　　高溫氣冷堆具備固有安全性。清華核研院副院長董玉杰介紹，高溫氣冷堆使用耐高溫的球形燃料元件，反應堆具有自穩特性，還擁有余熱自然散出機制;在設計理念上，則采用了“搭積木”的模塊式設計，每個小模塊熱功率約為大型壓水堆核電站的1/10。

　　“反應堆停堆后產生的余熱處于較低水平，意味著即使不進行人為干預，反應堆也能自動停堆并將余熱安全地散發出去，從而避免堆芯過熱發生熔毀。”董玉杰說。

　　“高溫氣冷堆發電效率高，即使采用傳統蒸汽循環方式，其發電效率也可達40%以上。”石琦舉例，高溫氣冷堆一回路冷卻劑氦氣出口溫度高達750攝氏度，能夠產生541攝氏度的過熱蒸汽，可滿足石化行業主要的蒸汽需求。此外，高溫氣冷堆還能產生滿足石油精煉和煤化工、稠油熱采等領域需求的高品質蒸汽，又適用于大規模、工業化制取綠氫等。

　　隨著石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程建成并投入商運，我國高溫氣冷堆產業鏈初步形成，為該技術小批量推廣創造了條件。石琦介紹，在充分吸收、利用示范工程的主工藝、主設備、固有安全設計、工程驗證實踐等方面經驗的基礎上，60萬千瓦高溫氣冷堆技術方案已經形成，并完成了初步設計，全面轉入施工圖設計階段。

　　《 人民日報 》( 2024年12月27日 01 版)本報記者 谷業凱