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大國(guó)重器向“新”而行——實(shí)探全球首座第四代核電站

來(lái)源：中國(guó)證券報(bào) 時(shí)間：2024-05-13 11:23

　　“不怕沒(méi)有電、不怕沒(méi)有水、不怕沒(méi)有氣、不怕沒(méi)有人。在最極端的情況下，即使反應(yīng)堆突發(fā)故障或遭遇自然災(zāi)害，一切操作系統(tǒng)都失靈的情況下，不依靠任何外界干預(yù)，反應(yīng)堆仍然可以依靠自身的物理特性，保持在安全狀態(tài)。”華能石島灣核電公司運(yùn)行值長(zhǎng)仝禮允說(shuō)。

　　近日，中國(guó)證券報(bào)記者來(lái)到山東威海，實(shí)地探訪華能石島灣高溫氣冷堆示范工程。這座全球首座第四代核電站，繼去年12月投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，今年3月27日又實(shí)現(xiàn)核能供暖，標(biāo)志著第四代核能綜合利用取得突破，其93.4%的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率更彰顯了大國(guó)重器的硬核擔(dān)當(dāng)。

　　“天生”安全的高溫氣冷堆

　　華能石島灣核電基地矗立于山東半島最東端的榮成市海邊，是華能三大核電基地之一。在運(yùn)1臺(tái)20萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆示范工程，同步擴(kuò)建4臺(tái)百萬(wàn)千瓦“華龍一號(hào)”商用壓水堆機(jī)組。

　　“高溫氣冷堆核電站示范工程最大的優(yōu)勢(shì)就是安全，被稱為‘不會(huì)熔毀的核反應(yīng)堆’。”仝禮允說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)核能安全，必須確保三大要素：一是核裂變反應(yīng)的有效控制，二是及時(shí)導(dǎo)出停堆以后堆芯的余熱，三是牢牢地把放射性物質(zhì)包容起來(lái)。

　　“如果反應(yīng)堆不靠外部動(dòng)力、冷卻劑等，就能確保核反應(yīng)不失控、反應(yīng)堆不熔毀、放射性物質(zhì)不泄漏，那就是‘天生’安全的。反之，這三個(gè)要素中的任何一個(gè)要素未能滿足，都可能會(huì)造成核事故?！辟诙Y允說(shuō)。

　　“天生”安全的高溫氣冷堆，具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？“我們?cè)O(shè)置了三道防線?！辟诙Y允說(shuō)，層層防線之下，我國(guó)在全世界首次于商業(yè)規(guī)模核電站上實(shí)現(xiàn)“固有安全”。

　　重在三道防線作用

　　“在三道防線的作用下，反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部最高的溫度不會(huì)高于1620攝氏度，因此包覆燃料顆粒的完整性不受影響，可有效防止放射性物質(zhì)外泄。”仝禮允說(shuō)。

　　據(jù)介紹，第一道防線，是耐高溫的球形燃料元件。仝禮允手中拿著一個(gè)直徑6厘米的黑色圓球介紹道，“這個(gè)拳頭般大小的黑色圓球看起來(lái)并不起眼，卻‘內(nèi)涵豐富’。它最外面一層是厚約5毫米的石墨，里面包裹著約1.2萬(wàn)顆小米粒一樣的燃料包覆顆粒，每顆‘小米?！睆讲蛔?毫米。小米粒最內(nèi)層是核燃料，外面由四層耐高溫的陶瓷‘盔甲’層層包裹著，這套盔甲最高可承受1620攝氏度的高溫?！?/p>

　　第二道防線，反應(yīng)堆具有自穩(wěn)特性。據(jù)介紹，當(dāng)溫度升高達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，反應(yīng)堆會(huì)進(jìn)行負(fù)反饋，反應(yīng)堆功率自己就會(huì)降下來(lái)。即使在最極端的事故情況下，所有的控制手段都失效了，反應(yīng)堆自己就可以“剎車”，借助這一特性實(shí)現(xiàn)自然停堆，使核裂變反應(yīng)得到有效控制。

　　第三道防線，非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)。“反應(yīng)堆在停堆后，堆芯還會(huì)存在余熱，需要把這些熱量導(dǎo)出才能確保反應(yīng)堆的安全?！辟诙Y允說(shuō)，高溫氣冷堆設(shè)置了一套非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)，不需要任何的外界動(dòng)力，不需要水泵和風(fēng)機(jī)，堆芯余熱能夠借助熱傳導(dǎo)、自然對(duì)流換熱和熱輻射等自然機(jī)制的非能動(dòng)方式，將熱量傳導(dǎo)出來(lái)，避免堆芯過(guò)熱發(fā)生熔毀。

　　拓寬核能多用途綜合利用

　　除了“天生”安全這個(gè)優(yōu)勢(shì)，高溫氣冷堆還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就在名字里——高溫。

　　在居民供暖方面，北方地區(qū)對(duì)集中清潔供暖需求較大，高溫氣冷堆作為零碳清潔能源，居民供暖具有廣闊應(yīng)用前景。

　　今年3月，華能石島灣高溫氣冷堆示范工程核能綜合利用項(xiàng)目與榮成市政供熱管網(wǎng)并網(wǎng)，榮成市近2000戶居民由燃煤供暖模式“切換”為核能供暖模式，這也標(biāo)志著四代核能綜合利用取得突破，在保障和改善民生的同時(shí)，進(jìn)一步助力城市低碳發(fā)展。據(jù)了解，按照上述供暖規(guī)模，每個(gè)供暖季可替代燃煤3700噸，減少二氧化碳排放6700噸。

　　“高溫氣冷堆還能夠提供足夠高的工藝熱進(jìn)行制氫，是目前核能制氫最為理想的堆型。”仝禮允表示，除此之外，高溫氣冷堆的應(yīng)用場(chǎng)景還包括：分布式電源、海水淡化、稠油熱采、同位素生產(chǎn)等領(lǐng)域。高溫氣冷堆可以和需要使用這些高溫?zé)嵩吹墓I(yè)企業(yè)配套布置，形成無(wú)污染、無(wú)排放的能源鏈。

　　據(jù)了解，中國(guó)華能將依托示范工程的建造與運(yùn)行，繼續(xù)深入挖掘經(jīng)驗(yàn)成果，持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)球床式高溫氣冷堆，不斷探索拓寬核能的多用途綜合利用，為助力國(guó)家加快實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出積極貢獻(xiàn)。

　　值得一提的是，作為“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合的工程項(xiàng)目，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到93.4%，僅首臺(tái)套設(shè)備就有2200多臺(tái)（套），創(chuàng)新型設(shè)備有600余臺(tái)（套）。依托這一工程，我國(guó)系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)維技術(shù)，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設(shè)和運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才，形成一套可復(fù)制、可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，并建立起以專利、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟件著作權(quán)為核心的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。

責(zé)任編輯：余璇