全球首座第四代核电站高温气冷堆（HTR-PM）示范核电站投产商业运营
qju 发表于 2023/12/06 21:28 一品 人文历史 (www.ywpw.com)
新华社北京2023年12月6日电（记者戴小河）记者6日从国家能源局和中国华能获悉，华能石岛湾高温气冷堆核电站完成168小时连续运行考验，正式投入商业运行。这是我国具有完全自主知识产权的国家重大科技专项标志性成果，也是全球首座第四代核电站，标志着我国在第四代核电技术领域达到世界领先水平。
华能山东石岛湾核电公司总经理张延旭说，核电站由中国华能牵头，联合清华大学、中核集团共同建设，于2012年12月开工，2021年12月首次并网发电，此次是在稳定电功率水平上正式投产转入商业运行。
华能山东石岛湾核电站集聚了设计研发、工程建设、设备制造、生产运营等产业链上下游500余家单位，先后攻克多项世界级关键技术，设备国产化率超90%。核电站的商运投产，对促进我国核电安全发展、提升我国核电科技创新能力等具有重要意义和积极影响。
高温气冷堆核电站重大专项总设计师、清华大学核能与新能源技术研究院院长张作义说，高温气冷堆是国际公认的第四代核电技术先进堆型，是核电发展的重要方向，具有“固有安全性”，即在丧失所有冷却能力的情况下，不采取任何干预措施，反应堆都能保持安全状态，不会出现堆芯熔毁和放射性物质外泄。
2006年1月，石岛湾“大型先进压水堆和高温气冷反应堆核电站”项目被列为《国家科学和技术中长期发展规划纲要（2006-2020年）》16个国家科技重大专项之一，该项目将在石岛湾建造球床模块式高温气冷堆示范工程和“国和一号”示范工程。
球床模块式高温气冷堆于2012年12月开工建设。经过近10年的建设和调试，该机组的双反应堆中，有一座反应堆于2021年9月达到临界状态，另一座反应堆于11月达到临界状态。该机组已于2021年12月20日并网发电。
球床模块式高温气冷堆有两座小型反应堆（每座反应堆的容量为250 MWt），共同带动一台发电功率为210 MWe的蒸汽轮机。球床模块式高温气冷堆采用氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂。每座反应堆装载了245000多个球形燃料元件（“燃料球”），每个元件直径为60 mm，含有7克浓缩至8.5%的燃料。氦气以250℃的温度从反应堆底部进入，从侧面反应堆通道向上流动至顶部反射层，然后向下流动进入球床。旁通流被引入燃料排放管，以便冷却那里的燃料元件，并被引入控制棒通道。
氦气在活性反应堆堆芯中被加热，然后在出口处混合后，以约750℃的平均温度进入蒸汽发生器。
由于铀-238的存在，具有较强的负反应性温度系数，由此保证在功率失常激增的情况下，堆芯温度始终不会超过安全限值。
球床模块式高温气冷堆的固有安全性能够保证，在所有可能的事故情况下，即使没有专用应急系统，燃料元件的最高温度也始终不会超过设计极限温度。即使在所有主动冷却系统失效和冷却剂完全丧失的情况下，得益于较低的堆芯功率密度和几何形状，球床模块式高温气冷堆的堆芯也不会熔化。球床模块式高温气冷堆中的燃料温度永远不会超过1600˚C，不会发生堆芯熔化、放射性裂变产物外泄等事故。
吕华权，华能核能技术研究院院长
问: 在球床模块式高温气冷堆的建设和调试过程中，有哪些特别的经验和挑战？
球床模块式高温气冷堆是一个具有研究性质的项目。核岛系统和设备本身存在一些问题，导致建设周期长、建设成本高。若要实现高温气冷堆的产业化，就必须解决这些问题。
以燃料处理系统为例：球床模块式高温气冷堆采用连续换料运行方式，燃料处理系统必须可靠运行。在调试期间，燃料处理系统出现了许多问题，因而导致了延误。HTR600将进行设计更改和优化，以便提高系统的可靠性。
此外，从中获得的经验将应用于未来的建设，以便优化设备设计，降低项目成本。辅助系统将由多个反应堆共用，以便降低系统的成本和复杂度。我们将采用模块化设计和模块化施工方法来缩短工期。我们将根据高温堆的固有安全性，优化系统和设备安全级别，为调整应急计划区和规划限制区提供技术支持，提高核电站场地的适应性。
问: 除了发电以外，高温气冷堆（HTR）技术的未来发展方向是什么? 我们是否可以期待反应堆专门用于供应工艺用热？
在所有现有的反应堆类型中，高温反应堆的工作温度最高，也是唯一能够提供高温工艺热的反应堆。在不久的将来，高温气冷堆可作为新一代先进反应堆和中国核电的补 充，用于中小型模块化核电机组。
随着进一步的研究和开发，未来高温气冷堆可以为各行各业（特别是需要限制碳排放的行业）提供高质量的高温工艺热热源。因此高温气冷堆将拥有更多的优势，不仅可以用于城镇供热和化学工业，还可以用于煤炭气化和液化、海水淡化、冶金，以及合成燃料、石化产品和氢气等能源的生产。
问: 在哪些情况下，有可能出口高温气冷堆？
高温气冷堆在帮助世界各国实现难以减排领域的脱碳方面具有巨大潜力，但如果想要广泛部署高温气冷堆，仍需充分解决一些领域的问题。这些领域包括先进高温材料、监管框架、新燃料的保障和废物管理以及经济性。
一旦解决了这个问题，高温气冷堆就可以广泛应用于之前提到的领域。与“一带一路”沿线国家地区市场需求高度契合是高温气冷反应堆“走出去”的突出优势。高温气冷反应堆特别适用于沙特阿拉伯等淡水资源稀缺的国家和地区，可取代常规能源，应用于许多工业领域。其次，高温气冷堆在适应不同电网需求方面具有突出优势。“一带一路”沿线国家和地区的电网大多不适合1000 MWe以上的核电站。通过多模块组合，可建造装机容量在100~1000 MWe左右的核电机组。这些小型模块化反应堆特别适用于拥有中小型电网的国家和地区，或需要靠近负荷中心供电的地区。