中國自主知識產(chǎn)權三代核電技術“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”。
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“中國芯”
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、中核建設集團和清華大學合資建設，項目以已建成投運的清華大學10兆瓦高溫氣冷實驗堆為基礎，規(guī)劃建設一臺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，目前仍在建設中。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、培訓中心、綜合倉庫、應急道路、碼頭等已經(jīng)投入使用，40多米高的反應堆廠房高高矗立，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，由國際原子能機構主持，清華大學核研院在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，反應堆能保持安全狀態(tài)，并將剩余熱量排出。美國核學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及安全水平已經(jīng)走在了世界前列?！?/p>
石島灣核電廠兩臺機組的核心部件反應堆壓力容器已于2016年安裝完成。壓力容器高約25米，重約610噸，由上海電氣核電設備有限公司自主研發(fā)制造，實現(xiàn)了超大型反應堆壓力容器設備的國產(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、主氦風機和蒸發(fā)器等設備均實現(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)結構穩(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)建設大型核電基地的優(yōu)良濱海廠址之一。這里還規(guī)劃建設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注
高溫氣冷堆在當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上開發(fā)建設的大型商用核電站，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準化、最佳化設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)、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。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進行發(fā)電和(或)制氫的技術和經(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研究，并已參加美國愛達荷高溫氣冷堆項目的投標。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和高溫制氫技術。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，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、應用途徑廣和廠址適應性強等獨特競爭優(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)的工藝熱應用領域，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)推廣路線圖設想，具體可分為近期準備啟動階段(“十三五”期間)、中期規(guī)模化發(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，預計國際油價將進一步增長，國際上圍繞石油供應的政治經(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，提供高溫熱源，實現(xiàn)規(guī)?；茪?，是核能利用的新領域。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之一。
三是適應國家發(fā)展先進核電技術的需求。國際上針對先進核電技術研究開發(fā)上的競爭激烈。在模塊式高溫氣冷堆技術上，我國已經(jīng)處于世界前列，如完成從實驗堆技術向商業(yè)堆技術的提升，從而在先進核電技術領域上實現(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。
