世界核電迎來“中國芯” 高溫氣冷堆受到國際關(guān)注

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(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(jìn)入規(guī)模化發(fā)展的新時(shí)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(qiáng)勁動力。在建機(jī)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(jìn)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(jìn)展順利

華能山東石島灣核電有限公司是中國華能集團(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20萬千瓦高溫氣冷堆核電機(jī)組。

作為國家科技重大專項(xiàng)之一，高溫氣冷堆核電站示范工程項(xiàng)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(jì)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(jìn)行高溫氣冷堆的研發(fā)。2004年9月底，由國際原子能機(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。美國核學(xué)會前任主席克達(dá)克教授對這一安全實(shí)驗(yàn)給予了高度評價(jià)：“中國這個高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)及安全水平已經(jīng)走在了世界前列。”

石島灣核電廠兩臺機(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(jī)和蒸發(fā)器等設(shè)備均實(shí)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(jī)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(jìn)的輕水堆核電站，即1990年后期到2010年開始運(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(jìn)行發(fā)電和(或)制氫的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(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(bǔ)充

在國家能源局的支持下，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(qiáng)等獨(dú)特競爭優(yōu)勢，且具有潛在經(jīng)濟(jì)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(zhǔn)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(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(bǔ)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(jìn)一步增長和可開采儲量的減少，預(yù)計(jì)國際油價(jià)將進(jìn)一步增長，國際上圍繞石油供應(yīng)的政治經(jīng)濟(jì)斗爭會進(jìn)一步加劇。利用高溫氣冷堆出口溫度高的獨(dú)特優(yōu)勢，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(jìn)核電技術(shù)的需求。國際上針對先進(jìn)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(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。中國已與沙特、阿聯(lián)酋等國家和地區(qū)簽訂了高溫氣冷堆項(xiàng)目合作諒解備忘錄，并在國內(nèi)多個省市開展了60萬千瓦高溫氣冷堆項(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，對于促進(jìn)中國核能技術(shù)進(jìn)步，實(shí)施核電走出去，使中國從核電大國邁入核電強(qiáng)國具有重大戰(zhàn)略意義。”毛巍說。