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我國全球首座高溫氣冷堆受到世界矚目
中國自主知識產(chǎn)權(quán)三代核電技術(shù)“華龍一號”，是中國核電自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新的集大成者，已成為中國與高鐵齊名的“國家名片”。 中新社記者中廣核攝
中國核電已成為世界能源市場一支不容忽視的力量。中國核學(xué)會理事長、中國工程院院士李冠興日前表示，核能在中國已進入規(guī)?；l(fā)展的新時期，中國正在成為核電發(fā)展的中心，并為全球核能發(fā)展注入強勁動力。在建機組規(guī)模位居世界第一，技術(shù)路線“百花齊放”，在三代堆型中，既有從國外引進的AP1000、EPR，也有自主研發(fā)的華龍一號、CAP1400。其中，我國自主研發(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
工程進展順利
華能山東石島灣核電有限公司是中國華能集團公司控股企業(yè)，由華能集團、中核建設(shè)集團和清華大學(xué)合資建設(shè)，項目以已建成投運的清華大學(xué)10兆瓦高溫氣冷實驗堆為基礎(chǔ)，規(guī)劃建設(shè)一臺20萬千瓦高溫氣冷堆核電機組。
作為國家科技重大專項之一，高溫氣冷堆核電站示范工程項目于2012年底開工建設(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、綜合倉庫、應(yīng)急道路、碼頭等已經(jīng)投入使用，40多米高的反應(yīng)堆廠房高高矗立，核電廠內(nèi)綠樹成蔭。
從20世紀60年代開始，英國、美國和德國開始研發(fā)高溫氣冷堆。從70年代中期起，清華大學(xué)核研院開始進行高溫氣冷堆的研發(fā)。2004年9月底，由國際原子能機構(gòu)主持，清華大學(xué)核研院在10兆瓦高溫氣冷堆實驗堆上進行了固有安全驗證實驗。
實驗結(jié)果顯示，在嚴重事故下，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。美國核學(xué)會前任主席克達克教授對這一安全實驗給予了高度評價：“中國這個高溫氣冷實驗堆的技術(shù)及安全水平已經(jīng)走在了世界前列。”
石島灣核電廠兩臺機組的核心部件反應(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，實現(xiàn)了超大型反應(yīng)堆壓力容器設(shè)備的國產(chǎn)化制造。
據(jù)華能山東石島灣核電有限公司黨委書記、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)機和蒸發(fā)器等設(shè)備均實現(xiàn)國產(chǎn)。
石島灣核電廠地處東部沿海的山東半島最東端，廠址條件優(yōu)良，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無海嘯歷史記錄，周邊人口密度低，無須遷移人口，交通條件、取水條件良好，電力出線便捷，是國內(nèi)具備開發(fā)建設(shè)大型核電基地的優(yōu)良濱海廠址之一。這里還規(guī)劃建設(shè)6臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，規(guī)劃總?cè)萘吭?00萬千瓦以上。
高溫氣冷堆受到國際關(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年前期開發(fā)的輕水堆核電站，如美國的希平港壓水堆、德累斯頓沸水堆以及英國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)是指先進的輕水堆核電站，即1990年后期到2010年開始運行的核電站。第三代核電站采用標(biāo)準化、最佳化設(shè)計和安全性更高的非能動安全系統(tǒng)，如先進沸水堆、系統(tǒng)80+、AP1000、EPR 等歐洲壓水堆等。
第四代(GEN-Ⅳ)是待開發(fā)的核電站，其目標(biāo)是到2030年達到實用化的程度，主要特征是經(jīng)濟性高(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年美國能源法案要求能源部必須在2021年前開發(fā)并示范利用高溫氣冷堆技術(shù)進行發(fā)電和(或)制氫的技術(shù)和經(jīng)濟可行性。法國的法馬通公司也在積極開展高溫氣冷堆技術(shù)研究，并已參加美國愛達荷高溫氣冷堆項目的投標(biāo)。日本已經(jīng)建成了高溫工程試驗研究堆HTTR用于研究高溫氣冷堆技術(shù)和高溫制氫技術(shù)。俄羅斯與美國共同開發(fā)利用高溫氣冷堆燒钚(Pu)的研究。南非已經(jīng)開展了建設(shè)高溫氣冷堆電站的前期工作。
或成為世界核能重要補充
在國家能源局的支持下，依托示范電站建設(shè)，華能集團已經(jīng)開展了高溫氣冷堆商業(yè)化推廣前景及經(jīng)濟性研究。初步研究結(jié)果認為：高溫氣冷堆具有固有安全性、系統(tǒng)簡單、小型模塊化、發(fā)電效率高、應(yīng)用途徑廣和廠址適應(yīng)性強等獨特競爭優(yōu)勢，且具有潛在經(jīng)濟競爭力。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、油頁巖提煉等。
根據(jù)推廣路線圖設(shè)想，具體可分為近期準備啟動階段(“十三五”期間)、中期規(guī)?；l(fā)展階段(2021年—2030年)、遠期跨越發(fā)展階段(2031年以后)三步走。
毛巍認為，高溫氣冷堆將為我國和世界能源帶來三方面利好：
一是適應(yīng)國家積極發(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：單一模塊反應(yīng)堆功率規(guī)模較小，通過多個模塊組合可以形成不同規(guī)模的電站。在廠址選擇及電網(wǎng)要求上有靈活性。在我國核電市場上，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充，以滿足國家積極發(fā)展核電的戰(zhàn)略需求。
二是適應(yīng)國家未來對核能制氫和高溫工藝熱的需求。隨著石油需求的進一步增長和可開采儲量的減少，預(yù)計國際油價將進一步增長，國際上圍繞石油供應(yīng)的政治經(jīng)濟斗爭會進一步加劇。利用高溫氣冷堆出口溫度高的獨特優(yōu)勢，提供高溫?zé)嵩?，實現(xiàn)規(guī)?；茪?，是核能利用的新領(lǐng)域。在稠油熱采、煤的氣化液化、煉鋼及化工過程等方面也存在對高溫工藝熱的需求。模塊式高溫氣冷堆技術(shù)可以成為滿足國家未來對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)國家發(fā)展先進核電技術(shù)的需求。國際上針對先進核電技術(shù)研究開發(fā)上的競爭激烈。在模塊式高溫氣冷堆技術(shù)上，我國已經(jīng)處于世界前列，如完成從實驗堆技術(shù)向商業(yè)堆技術(shù)的提升，從而在先進核電技術(shù)領(lǐng)域上實現(xiàn)自主創(chuàng)新。中國已與沙特、阿聯(lián)酋等國家和地區(qū)簽訂了高溫氣冷堆項目合作諒解備忘錄，并在國內(nèi)多個省市開展了60萬千瓦高溫氣冷堆項目前期工作，助推高溫氣冷堆項目的商業(yè)化推廣。
“高溫氣冷堆示范工程具有第四代安全特征，對于促進中國核能技術(shù)進步，實施核電走出去，使中國從核電大國邁入核電強國具有重大戰(zhàn)略意義。”毛巍說。
