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全球首座,世界领跑!中国掌握第四代核能技术
信息来源:经济日报 发布时间:2021年12月30日 浏览:958 次

近日,国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网成功,发出第一度电,标志着全球首座具有第四代先进核能系统特征的球床模块式高温气冷堆,实现了从“实验室”到“工程应用”质的飞跃,标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一,意味着在该领域我国成为世界核电技术的领跑者。

高温气冷堆的建成,有望开创核能应用的一条新路线,成为人类能源进步史上的一个里程碑。随着全球经济发展对能源需求持续增加,人们逐渐认识到,核能能量密度大,核电运行稳定、可靠、换料周期长,生产过程中几乎不产生碳排放,在技术上可作为大规模替代化石能源的基荷电源。

尽管优势明显,但核电有一大“命门”——安全。历史上,1979年美国三里岛、1986年苏联切尔诺贝利、2011年日本福岛等严重的核电站事故,都曾引发较大社会恐慌,给核电发展蒙上阴影。人们意识到,任何时候都必须保证核反应堆堆芯能够充分冷却,否则将会造成严重事故。为此,核电站增设了多种注水、补水系统,这些系统包括大量水泵、阀门等能动部件,需要确保其动力源的可靠性,这导致系统愈加复杂、庞大,大幅推升核电建设成本和周期。世界核电发展也陷入瓶颈期。

核能发电的原理其实和火电厂没太大区别,都是利用热能“烧开水”,只是后者用燃煤、燃气等产生热量,前者用核反应堆产生热量。因此,发展具有固有安全,即不依靠人为干预,仅仅利用自然规律,使反应堆自动冷却的反应堆技术,成为了各个堆型一直追求的发展目标。据国际标准,第四代先进核能系统有两大核心指标:一是,无论核电站发生什么事故,都不会对站外公众造成损害;二是,在经济上能够和其他电力生产方式相竞争。

高温气冷堆的准商业化是突破核电发展瓶颈的关键一步。高温气冷堆,顾名思义是指具有高温特征、使用气体进行堆芯冷却的核反应堆技术,固有安全性为其核心特征。相比其他反应堆,高温气冷堆产生的余热少,仅靠自然散热就能够把堆芯的热量带走,其燃料构成也很特别,能够经受大约1600℃的熔点高温。即使在丧失所有冷却能力、面临严重事故的情况下,不采取任何外界干预,反应堆仍能保持安全状态,不会出现堆芯熔毁事故,被称为“傻瓜堆”。

在解决安全问题的同时,高温气冷堆发电效率也得到大幅提升。核反应堆冷却剂的出口温度对发电效率有决定性影响。高温气冷堆氦气出口平均温度可达750℃,并具备提高至950℃以上的潜力,采用氦气循环方式,热效率可达50%。与压水堆相比,高温气冷堆的发电能力相当于一座同等热功率压水堆发电能力的1.5倍。

高温气冷堆采取小型模块化的“乐高式”拼接设计,使得核电利用更加便利。大家能像搭积木一样拼接式组建核电站,这种模块化设计和建造的方法,能够大幅缩短核电站的建造周期,同时降低建设成本。基于固有安全特性,高温气冷堆还可大量简化应急措施,厂址适应性更强,具备在人口相对稠密的大中型城市附近建设的条件。

更重要的是,高温气冷堆大幅拓展了核电利用的领域。高温气冷堆产生的高温工作介质可以作为高温工艺热源,用于煤的气化、液化、技术冶炼等工艺,区域供热和海水淡化,并能大大降低高温制氢的成本,形成无污染、无排放的能源链。余热分级利用,还可降低电站运营成本。

推动能源转型,实现“双碳”目标是一个复杂的系统性工程,由于每一种能源方案都有其优缺点,无法仅依靠单一类型能源完成转型任务。鉴于全球变暖和人类发展的规模,在能源供给中,核电仍将占据重要位置。高温气冷堆的出现使得人们可以像乐高一样安全高效地建设利用核电,其安全性和经济性优势一旦在商业化中证实,将产生重大影响。面对全球核能系统即将更新换代的形势,应充分利用我国在高温气冷堆技术上相对领先的优势,借助示范工程,继续推动高温气冷堆有关技术攻关,探索高温气冷堆商业应用和商业优势,抢占世界核电技术制高点,让先进核电技术更好地保障能源安全,服务碳中和。





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