世界核电迎来“中国芯”

中国自主知识产权三代核电技术“华龙一号”,是中国核电自主创新和集成创新的集大成者,已成为中国与高铁齐名的“国家名片”。（中新社记者 中广核 摄）

中国核电已成为世界能源市场一支不容忽视的力量。中国核学会理事长、中国工程院院士李冠兴日前表示,核能在中国已进入规模化发展的新时期,中国正在成为核电发展的中心,并为全球核能发展注入强劲动力。在建机组规模位居世界第一,技术路线“百花齐放”,在三代堆型中,既有从国外引进的AP1000、EPR,也有自主研发的华龙一号、CAP1400。其中,我国自主研发建设的全球首座高温气冷堆示范工程,因具有第四代核电安全特征受到世界瞩目。

全球首座高温气冷堆

工程进展顺利

华能山东石岛湾核电有限公司是中国华能集团公司控股企业,由华能集团、中核建设集团和清华大学合资建设,项目以已建成投运的清华大学10兆瓦高温气冷实验堆为基础,规划建设一台20万千瓦高温气冷堆核电机组。

作为国家科技重大专项之一,高温气冷堆核电站示范工程项目于2012年底开工建设,目前仍在建设中。记者在华能山东石岛湾核电有限公司看到,办公大楼、职工食堂、值班宿舍、培训中心、综合仓库、应急道路、码头等已经投入使用,40多米高的反应堆厂房高高矗立,核电厂内绿树成荫。

从20世纪60年代开始,英国、美国和德国开始研发高温气冷堆。从70年代中期起,清华大学核研院开始进行高温气冷堆的研发。2004年9月底,由国际原子能机构主持,清华大学核研院在10兆瓦高温气冷堆实验堆上进行了固有安全验证实验。

实验结果显示,在严重事故下,包括丧失所有冷却能力的情况下,不采取任何人为和机器的干预,反应堆能保持安全状态,并将剩余热量排出。美国核学会前任主席克达克教授对这一安全实验给予了高度评价:“中国这个高温气冷实验堆的技术及安全水平已经走在了世界前列。”

石岛湾核电厂两台机组的核心部件反应堆压力容器已于2016年安装完成。压力容器高约25米,重约610吨,由上海电气核电设备有限公司自主研发制造,实现了超大型反应堆压力容器设备的国产化制造。

据华能山东石岛湾核电有限公司党委书记、总经理毛巍介绍,高温气冷堆示范工程的压力容器、主氦风机和蒸发器等设备均实现国产。

石岛湾核电厂地处东部沿海的山东半岛最东端,厂址条件优良,地质结构稳定,无海啸历史记录,周边人口密度低,无须迁移人口,交通条件、取水条件良好,电力出线便捷,是国内具备开发建设大型核电基地的优良滨海厂址之一。这里还规划建设6台百万千瓦级压水堆核电机组,规划总容量在800万千瓦以上。

高温气冷堆受到国际关注

高温气冷堆在当前核电堆型中处于什么位置,从下面的分类中可以一窥究竟。

第一代(GEN-I)核电站是早期的原型堆电站,即1950年至1960年前期开发的轻水堆核电站,如美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆以及英国的镁诺克斯石墨气冷堆等。

第二代(GEN-Ⅱ)核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站,如加拿大坎杜堆、苏联的压水堆等。目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。

第三代(GEN-Ⅲ)是指先进的轻水堆核电站,即1990年后期到2010年开始运行的核电站。第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统,如先进沸水堆、系统80+、AP1000、EPR等欧洲压水堆等。

第四代(GEN-Ⅳ)是待开发的核电站,其目标是到2030年达到实用化的程度,主要特征是经济性高(与天然气火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小,并能防止核扩散。

据介绍,和第三代核电站采用的压水堆技术不同,高温气冷堆核电站具有良好的固有安全性,能保证反应堆在任何事故下不发生堆芯熔化和放射性大量释放,达到第四代核能系统核安全目标。系统采用传统的蒸汽循环,发电效率可以达到40%以上,是目前发电效率最高的核反应堆。

目前世界上的主要有核国家都在积极发展高温气冷堆技术用于发电与制氢。2005年美国能源法案要求能源部必须在2021年前开发并示范利用高温气冷堆技术进行发电和(或)制氢的技术和经济可行性。法国的法马通公司也在积极开展高温气冷堆技术研究,并已参加美国爱达荷高温气冷堆项目的投标。日本已经建成了高温工程试验研究堆HTTR用于研究高温气冷堆技术和高温制氢技术。俄罗斯与美国共同开发利用高温气冷堆烧钚(Pu)的研究。南非已经开展了建设高温气冷堆电站的前期工作。

或成为世界核能重要补充

在国家能源局的支持下,依托示范电站建设,华能集团已经开展了高温气冷堆商业化推广前景及经济性研究。初步研究结果认为:高温气冷堆具有固有安全性、系统简单、小型模块化、发电效率高、应用途径广和厂址适应性强等独特竞争优势,且具有潜在经济竞争力。由于堆芯出口温度高,高温气冷堆特别适合于大规模制氢。高温气冷堆还可以用于多数的工艺热应用领域,包括煤的气化与液化、直接还原炼钢、稠油热采、油页岩提炼等。

根据推广路线图设想,具体可分为近期准备启动阶段(“十三五”期间)、中期规模化发展阶段(2021年―2030年)、远期跨越发展阶段(2031年以后)三步走。

毛巍认为,高温气冷堆将为我国和世界能源带来三方面利好:

一是适应国家积极发展核电的需求。模块式高温气冷堆固有安全性好,发电效率高:单一模块反应堆功率规模较小,通过多个模块组合可以形成不同规模的电站。在厂址选择及电网要求上有灵活性。在我国核电市场上,大型压水堆核电站将起主导作用。模块式高温气冷堆核电站可作为大型压水堆核电站的补充,以满足国家积极发展核电的战略需求。

二是适应国家未来对核能制氢和高温工艺热的需求。随着石油需求的进一步增长和可开采储量的减少,预计国际油价将进一步增长,国际上围绕石油供应的政治经济斗争会进一步加剧。利用高温气冷堆出口温度高的独特优势,提供高温热源,实现规模化制氢,是核能利用的新领域。在稠油热采、煤的气化液化、炼钢及化工过程等方面也存在对高温工艺热的需求。模块式高温气冷堆技术可以成为满足国家未来对核能制氢和高温工艺热需求的主力技术之一。

三是适应国家发展先进核电技术的需求。国际上针对先进核电技术研究开发上的竞争激烈。在模块式高温气冷堆技术上,我国已经处于世界前列,如完成从实验堆技术向商业堆技术的提升,从而在先进核电技术领域上实现自主创新。中国已与沙特、阿联酋等国家和地区签订了高温气冷堆项目合作谅解备忘录,并在国内多个省市开展了60万千瓦高温气冷堆项目前期工作,助推高温气冷堆项目的商业化推广。

“高温气冷堆示范工程具有第四代安全特征,对于促进中国核能技术进步,实施核电走出去,使中国从核电大国迈入核电强国具有重大战略意义。”毛巍说。