全球首座高溫氣冷堆示范工程受到世界矚目

世界核電迎來(lái)“中國(guó)芯”

中國(guó)核電已成為世界能源市場(chǎng)一支不容忽視的力量。中國(guó)核學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士李冠興日前表示，核能在中國(guó)已進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展的新時(shí)期，中國(guó)正在成為核電發(fā)展的中心，并為全球核能發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。在建機(jī)組規(guī)模位居世界第一，技術(shù)路線(xiàn)“百花齊放”，在三代堆型中，既有從國(guó)外引進(jìn)的AP1000、EPR，也有自主研發(fā)的華龍一號(hào)、CAP1400。其中，我國(guó)自主研發(fā)建設(shè)的全球首座高溫氣冷堆示范工程，因具有第四代核電安全特征受到世界矚目。

全球首座高溫氣冷堆

工程進(jìn)展順利

華能山東石島灣核電有限公司是中國(guó)華能集團(tuán)公司控股企業(yè)，由華能集團(tuán)、中核建設(shè)集團(tuán)和清華大學(xué)合資建設(shè)，項(xiàng)目以已建成投運(yùn)的清華大學(xué)10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆為基礎(chǔ)，規(guī)劃建設(shè)一臺(tái)20萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆核電機(jī)組。

作為國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)之一，高溫氣冷堆核電站示范工程項(xiàng)目于2012年底開(kāi)工建設(shè)，目前仍在建設(shè)中。記者在華能山東石島灣核電有限公司看到，辦公大樓、職工食堂、值班宿舍、培訓(xùn)中心、綜合倉(cāng)庫(kù)、應(yīng)急道路、碼頭等已經(jīng)投入使用，40多米高的反應(yīng)堆廠(chǎng)房高高矗立，核電廠(chǎng)內(nèi)綠樹(shù)成蔭。

從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，英國(guó)、美國(guó)和德國(guó)開(kāi)始研發(fā)高溫氣冷堆。從70年代中期起，清華大學(xué)核研院開(kāi)始進(jìn)行高溫氣冷堆的研發(fā)。2004年9月底，由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)主持，清華大學(xué)核研院在10兆瓦高溫氣冷堆實(shí)驗(yàn)堆上進(jìn)行了固有安全驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在嚴(yán)重事故下，包括喪失所有冷卻能力的情況下，不采取任何人為和機(jī)器的干預(yù)，反應(yīng)堆能保持安全狀態(tài)，并將剩余熱量排出。美國(guó)核學(xué)會(huì)前任主席克達(dá)克教授對(duì)這一安全實(shí)驗(yàn)給予了高度評(píng)價(jià)：“中國(guó)這個(gè)高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)及安全水平已經(jīng)走在了世界前列。”

石島灣核電廠(chǎng)兩臺(tái)機(jī)組的核心部件反應(yīng)堆壓力容器已于2016年安裝完成。壓力容器高約25米，重約610噸，由上海電氣核電設(shè)備有限公司自主研發(fā)制造，實(shí)現(xiàn)了超大型反應(yīng)堆壓力容器設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化制造。

據(jù)華能山東石島灣核電有限公司黨委書(shū)記、總經(jīng)理毛巍介紹，高溫氣冷堆示范工程的壓力容器、主氦風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器等設(shè)備均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。

石島灣核電廠(chǎng)地處東部沿海的山東半島最東端，廠(chǎng)址條件優(yōu)良，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無(wú)海嘯歷史記錄，周邊人口密度低，無(wú)須遷移人口，交通條件、取水條件良好，電力出線(xiàn)便捷，是國(guó)內(nèi)具備開(kāi)發(fā)建設(shè)大型核電基地的優(yōu)良濱海廠(chǎng)址之一。這里還規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，規(guī)劃總?cè)萘吭?00萬(wàn)千瓦以上。

高溫氣冷堆受到國(guó)際關(guān)注

高溫氣冷堆在當(dāng)前核電堆型中處于什么位置，從下面的分類(lèi)中可以一窺究竟。

第一代(GEN－I)核電站是早期的原型堆電站，即1950年至1960年前期開(kāi)發(fā)的輕水堆核電站，如美國(guó)的希平港壓水堆、德累斯頓沸水堆以及英國(guó)的鎂諾克斯石墨氣冷堆等。

第二代(GEN－Ⅱ)核電站是1960年后期到1990年前期在第一代核電站基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)建設(shè)的大型商用核電站，如加拿大坎杜堆、蘇聯(lián)的壓水堆等。目前世界上的大多數(shù)核電站都屬于第二代核電站。

第三代(GEN－Ⅲ)是指先進(jìn)的輕水堆核電站，即1990年后期到2010年開(kāi)始運(yùn)行的核電站。第三代核電站采用標(biāo)準(zhǔn)化、最佳化設(shè)計(jì)和安全性更高的非能動(dòng)安全系統(tǒng)，如先進(jìn)沸水堆、系統(tǒng)80＋、AP1000、EPR 等歐洲壓水堆等。

第四代(GEN－Ⅳ)是待開(kāi)發(fā)的核電站，其目標(biāo)是到2030年達(dá)到實(shí)用化的程度，主要特征是經(jīng)濟(jì)性高(與天然氣火力發(fā)電站相當(dāng))、安全性好、廢物產(chǎn)生量小，并能防止核擴(kuò)散。

據(jù)介紹，和第三代核電站采用的壓水堆技術(shù)不同，高溫氣冷堆核電站具有良好的固有安全性，能保證反應(yīng)堆在任何事故下不發(fā)生堆芯熔化和放射性大量釋放，達(dá)到第四代核能系統(tǒng)核安全目標(biāo)。系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)，發(fā)電效率可以達(dá)到40%以上，是目前發(fā)電效率最高的核反應(yīng)堆。

目前世界上的主要有核國(guó)家都在積極發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)用于發(fā)電與制氫。2005年美國(guó)能源法案要求能源部必須在2021年前開(kāi)發(fā)并示范利用高溫氣冷堆技術(shù)進(jìn)行發(fā)電和(或)制氫的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。法國(guó)的法馬通公司也在積極開(kāi)展高溫氣冷堆技術(shù)研究，并已參加美國(guó)愛(ài)達(dá)荷高溫氣冷堆項(xiàng)目的投標(biāo)。日本已經(jīng)建成了高溫工程試驗(yàn)研究堆HTTR用于研究高溫氣冷堆技術(shù)和高溫制氫技術(shù)。俄羅斯與美國(guó)共同開(kāi)發(fā)利用高溫氣冷堆燒钚(Pu)的研究。南非已經(jīng)開(kāi)展了建設(shè)高溫氣冷堆電站的前期工作。

或成為世界核能重要補(bǔ)充

在國(guó)家能源局的支持下，依托示范電站建設(shè)，華能集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)展了高溫氣冷堆商業(yè)化推廣前景及經(jīng)濟(jì)性研究。初步研究結(jié)果認(rèn)為：高溫氣冷堆具有固有安全性、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、小型模塊化、發(fā)電效率高、應(yīng)用途徑廣和廠(chǎng)址適應(yīng)性強(qiáng)等獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且具有潛在經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。由于堆芯出口溫度高，高溫氣冷堆特別適合于大規(guī)模制氫。高溫氣冷堆還可以用于多數(shù)的工藝熱應(yīng)用領(lǐng)域，包括煤的氣化與液化、直接還原煉鋼、稠油熱采、油頁(yè)巖提煉等。

根據(jù)推廣路線(xiàn)圖設(shè)想，具體可分為近期準(zhǔn)備啟動(dòng)階段(“十三五”期間)、中期規(guī)模化發(fā)展階段(2021年—2030年)、遠(yuǎn)期跨越發(fā)展階段(2031年以后)三步走。

毛巍認(rèn)為，高溫氣冷堆將為我國(guó)和世界能源帶來(lái)三方面利好：

一是適應(yīng)國(guó)家積極發(fā)展核電的需求。模塊式高溫氣冷堆固有安全性好，發(fā)電效率高：?jiǎn)我荒K反應(yīng)堆功率規(guī)模較小，通過(guò)多個(gè)模塊組合可以形成不同規(guī)模的電站。在廠(chǎng)址選擇及電網(wǎng)要求上有靈活性。在我國(guó)核電市場(chǎng)上，大型壓水堆核電站將起主導(dǎo)作用。模塊式高溫氣冷堆核電站可作為大型壓水堆核電站的補(bǔ)充，以滿(mǎn)足國(guó)家積極發(fā)展核電的戰(zhàn)略需求。

二是適應(yīng)國(guó)家未來(lái)對(duì)核能制氫和高溫工藝熱的需求。隨著石油需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)和可開(kāi)采儲(chǔ)量的減少，預(yù)計(jì)國(guó)際油價(jià)將進(jìn)一步增長(zhǎng)，國(guó)際上圍繞石油供應(yīng)的政治經(jīng)濟(jì)斗爭(zhēng)會(huì)進(jìn)一步加劇。利用高溫氣冷堆出口溫度高的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提供高溫?zé)嵩矗瑢?shí)現(xiàn)規(guī)模化制氫，是核能利用的新領(lǐng)域。在稠油熱采、煤的氣化液化、煉鋼及化工過(guò)程等方面也存在對(duì)高溫工藝熱的需求。模塊式高溫氣冷堆技術(shù)可以成為滿(mǎn)足國(guó)家未來(lái)對(duì)核能制氫和高溫工藝熱需求的主力技術(shù)之一。

三是適應(yīng)國(guó)家發(fā)展先進(jìn)核電技術(shù)的需求。國(guó)際上針對(duì)先進(jìn)核電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)上的競(jìng)爭(zhēng)激烈。在模塊式高溫氣冷堆技術(shù)上，我國(guó)已經(jīng)處于世界前列，如完成從實(shí)驗(yàn)堆技術(shù)向商業(yè)堆技術(shù)的提升，從而在先進(jìn)核電技術(shù)領(lǐng)域上實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。中國(guó)已與沙特、阿聯(lián)酋等國(guó)家和地區(qū)簽訂了高溫氣冷堆項(xiàng)目合作諒解備忘錄，并在國(guó)內(nèi)多個(gè)省市開(kāi)展了60萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆項(xiàng)目前期工作，助推高溫氣冷堆項(xiàng)目的商業(yè)化推廣。

“高溫氣冷堆示范工程具有第四代安全特征，對(duì)于促進(jìn)中國(guó)核能技術(shù)進(jìn)步，實(shí)施核電走出去，使中國(guó)從核電大國(guó)邁入核電強(qiáng)國(guó)具有重大戰(zhàn)略意義。”毛巍說(shuō)。

[責(zé)任編輯：楊凡、于國(guó)奇]

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