全球首座核電高温氣冷堆主裝備吊裝被譽為最安全的核電

2016-03-21

具有中國自主知識產權的第四代核電商用示範電站正在山東榮成逐漸成型。據中國核工業建設集團公司（下稱中國核建）官網消息，3月20日，全球首座具有第四代核能系統安全特徵的20萬千瓦高温氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高温氣冷堆核電站示範工程，反應堆壓力容器成功吊裝就位。

此次吊裝完成的反應堆壓力容器作為核島一回路核心設備，高27.5米、淨重594噸，是目前世界上尺寸最大、重量最重的反應堆壓力容器，同時也是高温堆氣冷核電站單體重量最大的設備。壓力容器的成功吊裝就位，為高温氣冷堆核電站示範工程主設備安裝工作奠定了基礎，同時也加快了高温氣冷堆核電技術成功走向世界的步伐。

與動輒百萬千瓦級的大型壓水堆相比，高温氣冷堆核電站示範工程只有20萬千瓦。但由於其突出的固有安全性，加上發電高效、用途廣泛等特點，高温氣冷堆被列入未來第四代核能系統技術的6個候選堆型之一。高温氣冷堆是目前世界最安全的核反應堆型之一，2006年就被列為國家科技重大專項。

反應堆壓力容器成功吊裝就位，圖片來源於中國核建官網，下同

反應堆壓力容器成功吊裝就位

自主四代核電：任何情況下不會發生堆芯融化和大量放射性釋放事故

科技日報曾報道了1994年發生在清華大學核研院的10兆瓦（1兆瓦=1000千瓦）高温氣冷堆核安全演示：工作人員通過操作讓核反應堆冷卻劑循環風機停止工作，立刻反應堆向外傳輸熱量的能力喪失了。要知道，核反應堆在停堆之後還會繼續產生熱量，而不是像鍋爐熄火後便不再產生熱量。這個熱如果不加以冷卻，反應堆就可能發生堆芯熔化、放射性外泄的嚴重事故，這也是核安全的最主要的技術挑戰。循環風機剛一停止工作，報警聲便剌耳地響起，中外賓客瞪大眼睛盯住顯示屏上的變化，只見正常運行的曲線急劇下降，反應堆的熱功率由3000多千瓦降為幾百千瓦，最後反應堆發熱維持在正常運行時的1.5%左右。這表明熱量通過反應堆壓力殼的表面自動散發到周圍環境中，而不需要任何附加的冷卻系統。

這項實驗展示了模塊式高温氣冷堆的一個最重要特性：在任何事故情況下，包括喪失所有冷卻的情況下，不採取任何人為的和機器的干預，反應堆能保持安全狀態。中國已經掌握了這項技術。

根據慢化劑和冷卻劑的不同，核電站可被劃分為不同堆型。核電運行中，用來觸發核燃料鏈式反應的中子的速度一般需要慢化，需要慢化劑（除快堆外）；核燃料需要冷卻和傳熱做功，則需要冷卻劑。當前更為主流的壓水堆就是以低濃縮鈾為原料，水作為慢化劑和冷卻劑。高温氣冷堆的工作原理是，採用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以耐高温的石墨作為慢化劑、以化學惰性的氦氣作為冷卻劑。

堆芯熔融是核電站可能出現的最為嚴重的事故工況。三里島、切爾諾貝利、日本福島三起核事故都出現了堆芯熔融。因此，若排除堆芯熔融，核事故的發生幾率可大大降低。

據專家介紹，中國自主研發設計生產的球形燃料元件直徑約6釐米，由超高純度的石墨組成，石墨中密佈約1.2萬個微小的包覆燃料顆粒;每個小顆粒直徑不到1毫米，有熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，保護着二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術和工藝，可使燃料球內的放射性物質無論如何不會傷害公眾健康。

球形燃料元件圖

堆芯圖片

國家科技重大專項的核心目標，就是要以清華10兆瓦高温氣冷實驗堆為基礎，攻克工業放大和工程實驗驗證、高性能燃料元件批量製備等技術，建成具有自主知識產權的20萬千瓦級全球首座球牀模塊式高温氣冷堆商用示範電站。2012年12月，高温氣冷堆示範工程正式開工建設。按照此前的進度計劃，示範工程將在2017年底建成發電。

儘管解決了融堆問題，但對於這項尚未成熟的技術，業內依然存在爭議。核反應堆是一個極其複雜的系統工程，從球牀堆的發展歷史來看，還有很多技術問題沒有解決。在中國商業堆尚未運行的情況下，應該更客觀地看待高温氣冷堆的安全性。

除發電外，還可用於海水淡化、石油化工等領域

顧名思義，高温堆的顯著特點之一即是蒸汽出口温度高，目前可以達到540℃，這些高品位熱能除了用於高效發電以外，還可以廣泛應用於石油化工、煤化工、稠油熱採、油頁岩提煉等領域，未來隨着蒸汽出口温度的提升還能夠應用於制氫、直接還原鍊鋼等領域。

通過多模塊組合的方式，高温氣冷堆可以建設20萬千瓦、40萬千瓦、60萬千瓦、80萬千瓦、100萬千瓦等系列裝機容量的核電機組，靈活適應市場。今年兩會期間，中國核建董事長王壽君接受新華網採訪時曾表示，一帶一路很多國家電網不是很大，這種情況下高温氣冷堆的靈活性就可以根據不同國家的需求進行不同的組合。

今年1月國家主席習近平訪問沙特期間，中國核建與沙特能源城在兩國領導人見證下，簽訂了《沙特高温氣冷堆項目合作諒解備忘錄》。高温氣冷堆的特性，可滿足沙特電力供應和海水淡化以及石油化工產業的需求，最大限度地滿足沙特的核能發展需求。

兩會期間，王壽君還提交了用高温氣冷堆進行供熱的提案。他表示，北方城市一到冬天，霧霾比較嚴重，原因主要有兩種，一種是汽車尾氣，現在我們經常用新能源汽車來取代，或者是用高標號的汽油，把油品的質量提高。這是一個措施。“目前還沒有一個辦法解決燃煤機組供熱的問題，還在燒煤。如果高温氣冷堆來供熱的話，就解決了。降低PM2.5，我認為是很多中國人的一個願望和夢想。”

在國內，中國核建已在福建、廣東、江西、湖南等多個省市開展了60萬千瓦高温氣冷堆項目前期工作。海外市場方面除沙特之外，中國核建與沙特、阿聯酋迪拜、南非等國家和地區簽訂了高温氣冷堆項目合作諒解備忘錄。

（澎湃新聞記者楊漾）