高溫氣冷堆打開核電發展新空間

　　2023年12月6日，國家重大科技專項標志性成果、位于山東省威海市榮成石島灣的高溫氣冷堆核電站示范工程投入商業運行。這是全球首座投入商業運行的第四代核電站，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。

　　高溫氣冷堆是我國完全自主知識產權的先進核能系統。它以氦氣為冷卻劑、石墨為慢化劑，采用獨特的全陶瓷包覆顆粒球形燃料元件。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。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和多層次的蒸汽，其高溫的特點又適用于大規模、工業化制取綠氫。

　　固有安全性好是高溫氣冷堆最明顯的特征和優勢。“高溫氣冷堆的核燃料元件是耐高溫全陶瓷包覆顆粒球形核燃料元件，也稱作燃料球。” 清華大學核能與新能源技術研究院院長張作義介紹，在石島灣高溫氣冷堆示范電站，燃料球直徑為6厘米，最外層是石墨層，里面是彌散在基體石墨粉中的大約1.2萬個4層全陶瓷材料包覆的、直徑0.9毫米的核燃料顆粒。實驗表明，這種燃料球在1620攝氏度高溫條件下，仍能夠有效阻擋放射性泄漏。

　　在設計理念上，高溫氣冷堆采用模塊式設計，每一個小模塊約為大型壓水堆核電站的1/30。“因此，反應堆停堆后產生的余熱處于較低水平，意味著發生意外時，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。反應堆的堆內溫度不可能達到1620攝氏度的高溫限值，更不會發生堆芯熔化。”清華大學核研院副院長董玉杰表示。

　　上世紀80年代，在中國科學院院士王大中帶領下，清華大學開展先進核能技術研發，在國家“863計劃”支持下，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年并網發電。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，正式開啟我國高溫氣冷堆科技成果轉化之路。

　　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。2012年12月，石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開工，由中國核工業集團有限公司、清華大學、中國華能集團有限公司共同建設。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，中國核工業集團有限公司作為示范工程建設實施主體及燃料元件生產單位，中國華能集團作為示范工程建設營運主體。

　　面對示范工程建設過程中的問題與挑戰，相關單位全面深化校企合作，搭建了產學研一體化的項目團隊，通過示范工程建設取得了一批重大成果：建成并運行世界上首座模塊式高溫氣冷堆核電站，為發展第四代核電技術奠定基礎;形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行的能力，在世界上處于領先水平。

　　項目實施過程中，中核能源科技有限公司聯合相關設計單位和制造企業，實現了研究設計與加工制造的深度融合。中核能源科技有限公司副總經理林立志舉例，設備制造方面，完成模塊式高溫氣冷堆反應堆壓力容器、電磁軸承主氦風機、組件式直流蒸汽發生器、控制棒和吸收球系統、燃料裝卸系統等多個首臺套設備研制，1.5萬多臺套設備中有2200臺套為首臺套，世界首創型設備超過660臺，設備國產化率達到93.4%。

　　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已初步形成，具備產業化推廣條件。中核能源科技有限公司副總經理、總工程師石琦介紹，目前，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的經驗基礎上，60萬千瓦高溫氣冷堆技術方案已經形成，已完成了核島的初步設計，全面轉入施工圖設計階段。

　　《 人民日報 》( 2024年04月15日 19 版)記者 谷業凱