高温气冷堆打开核电发展新空间

  形成自主设计、制造、建造和运行能力

  高温气冷堆打开核电发展新空间

  习近平总书记指出，“核工业是高科技战略产业，是国家安全重要基石”“要积极安全有序发展核电，合理确定核电站布局和开发时序”。

  山东荣成石岛湾，国家科技重大专项标志性成果——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程平稳运行，从这里源源不断输出的电能和热能，满足着各类能源需求。

  从2012年12月浇筑第一罐混凝土到2023年12月商运投产，从一片荒滩到全球首座投入商业运行的第四代核电站，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程的建成运行，标志着我国在第四代核电技术研发和应用领域达到国际领先水平。

  推动高温气冷堆从实验堆向商用堆跨越

  上世纪80年代，在中国科学院院士王大中带领下，清华大学相关科研院所开展先进核能技术研发。1986年，国家863计划将高温气冷堆列为我国发展的先进反应堆堆型之一。在国家863计划支持下，清华大学先后突破了球形燃料元件、球床流动特性等多项关键技术，并于2000年建成10兆瓦高温气冷实验堆。

  2003年1月29日，高温气冷实验堆成功实现72小时连续满功率运行。同年，中国核工业集团有限公司与清华大学共同组建了中核能源科技有限公司（以下简称“中核能源”），推动高温气冷堆技术从实验室走向市场。2006年，高温气冷堆被列入国家科技重大专项；2008年，高温气冷堆总体实施方案获国务院批准，清华大学核能与新能源技术研究院（以下简称“清华核研院”）院长张作义任专项技术总师。

  从实验堆向商用堆跨越，摆在团队面前的困难不少：重大技术转化周期长、见效慢，人才队伍难稳定，科研思维与工程思维经常“碰撞”……面对挑战，中核集团和清华大学通力合作，拆除“篱笆墙”、打通从应用基础研究到产业化的“快车道”，搭建了一支跨产业链、跨单位、产学研一体化的项目团队。

  在联合攻关中，张作义带领团队取得了多项原创性成果；中核能源等单位的工程技术人员发挥自身在建筑结构、水电暖、三维设计等方面的专业优势，以“啃硬骨头”的精神进行技术消化吸收；双方建立起联合设计机构，实现了设计与施工的高度协同……不断磨合、加速跨越，产学研融合不断走向深入。

  形成高温气冷堆核电站的自主设计、制造、建造和运行能力

  2012年12月，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程正式开工，由中核集团、清华大学、中国华能集团组成联合攻关团队，共同研发建设。其中，清华大学是技术研发主体，负责研发、总体技术方案及核岛主系统主设备的设计，中核集团作为示范工程建设实施主体及燃料元件生产单位，华能集团作为示范工程建设营运主体。

  高温气冷堆核电站示范工程建设面临诸多“第一次”：清华核研院第一次设计示范电站图纸，中核能源第一次做工程总承包，华能集团第一次做核电业主……直面问题，相关单位紧密合作，将研究设计与加工制造深度融合，攻克了一道道技术难关。

  蒸汽发生器是高温气冷堆的关键设备，作为全球首创的设计，没有可供参考的制造和装配工艺。联合攻关团队与制造厂家一道，历经7个月完善设计工艺、锤炼制造技术，最终成功制造出1330根符合设计规范的出口连接管，打通了蒸汽发生器制造的关键路径。

  联合攻关团队创新双机翻转的工艺，完成了业界最大、最重反应堆压力容器的吊装，攻克陶瓷堆内构件精确安装的难题以及燃料装卸系统复杂管路安装等技术，高质量完成了示范工程模块化建造施工；联合调试团队研发出一套高温气冷堆特有的调试运行技术，掌握了大体积双模块化反应堆回路强度密封及升温技术、低功率密度特点的反应堆固有安全性能验证技术等六大关键核心技术……“为实现重大专项的任务目标，联合攻关团队共承担重大专项课题89项，完成了数千项技术攻关。”华能山东石岛湾核电有限公司总经理常重喜说。

  “通过示范工程建设，我国形成高温气冷堆核电站的自主设计、制造、建造和运行能力，处于世界领先水平。”中核能源副总经理、总工程师石琦说。

  高温气冷堆具有安全系数高、堆芯温度高等优势，在多个领域有着广阔的应用前景

  作为我国完全自主知识产权的先进核能系统，高温气冷堆具有安全系数高、堆芯温度高等优势，在多个领域有着广阔的应用前景。

  高温气冷堆具备固有安全性。清华核研院副院长董玉杰介绍，高温气冷堆使用耐高温的球形燃料元件，反应堆具有自稳特性，还拥有余热自然散出机制；在设计理念上，则采用了“搭积木”的模块式设计，每个小模块热功率约为大型压水堆核电站的1/10。

  “反应堆停堆后产生的余热处于较低水平，意味着即使不进行人为干预，反应堆也能自动停堆并将余热安全地散发出去，从而避免堆芯过热发生熔毁。”董玉杰说。

  “高温气冷堆发电效率高，即使采用传统蒸汽循环方式，其发电效率也可达40%以上。”石琦举例，高温气冷堆一回路冷却剂氦气出口温度高达750摄氏度，能够产生541摄氏度的过热蒸汽，可满足石化行业主要的蒸汽需求。此外，高温气冷堆还能产生满足石油精炼和煤化工、稠油热采等领域需求的高品质蒸汽，又适用于大规模、工业化制取绿氢等。

  随着石岛湾高温气冷堆核电站示范工程建成并投入商运，我国高温气冷堆产业链初步形成，为该技术小批量推广创造了条件。石琦介绍，在充分吸收、利用示范工程的主工艺、主设备、固有安全设计、工程验证实践等方面经验的基础上，60万千瓦高温气冷堆技术方案已经形成，并完成了初步设计，全面转入施工图设计阶段。（记者 谷业凯）

责任编辑：刘政阳