全球首座,世界領跑!中國掌握第四代核能技術

近日，國家科技重大專項——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程首次并網(wǎng)成功，發(fā)出第一度電，標志著全球首座具有第四代先進核能系統(tǒng)特征的球床模塊式高溫氣冷堆，實現(xiàn)了從“實驗室”到“工程應用”質的飛躍，標志著我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核能技術的國家之一，意味著在該領域我國成為世界核電技術的領跑者。

高溫氣冷堆的建成，有望開創(chuàng)核能應用的一條新路線，成為人類能源進步史上的一個里程碑。隨著全球經(jīng)濟發(fā)展對能源需求持續(xù)增加，人們逐漸認識到，核能能量密度大，核電運行穩(wěn)定、可靠、換料周期長，生產(chǎn)過程中幾乎不產(chǎn)生碳排放，在技術上可作為大規(guī)模替代化石能源的基荷電源。

盡管優(yōu)勢明顯，但核電有一大“命門”——安全。歷史上，1979年美國三里島、1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利、2011年日本福島等嚴重的核電站事故，都曾引發(fā)較大社會恐慌，給核電發(fā)展蒙上陰影。人們意識到，任何時候都必須保證核反應堆堆芯能夠充分冷卻，否則將會造成嚴重事故。為此，核電站增設了多種注水、補水系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括大量水泵、閥門等能動部件，需要確保其動力源的可靠性，這導致系統(tǒng)愈加復雜、龐大，大幅推升核電建設成本和周期。世界核電發(fā)展也陷入瓶頸期。

核能發(fā)電的原理其實和火電廠沒太大區(qū)別，都是利用熱能“燒開水”，只是后者用燃煤、燃氣等產(chǎn)生熱量，前者用核反應堆產(chǎn)生熱量。因此，發(fā)展具有固有安全，即不依靠人為干預，僅僅利用自然規(guī)律，使反應堆自動冷卻的反應堆技術，成為了各個堆型一直追求的發(fā)展目標。據(jù)國際標準，第四代先進核能系統(tǒng)有兩大核心指標：一是，無論核電站發(fā)生什么事故，都不會對站外公眾造成損害；二是，在經(jīng)濟上能夠和其他電力生產(chǎn)方式相競爭。

高溫氣冷堆的準商業(yè)化是突破核電發(fā)展瓶頸的關鍵一步。高溫氣冷堆，顧名思義是指具有高溫特征、使用氣體進行堆芯冷卻的核反應堆技術，固有安全性為其核心特征。相比其他反應堆，高溫氣冷堆產(chǎn)生的余熱少，僅靠自然散熱就能夠把堆芯的熱量帶走，其燃料構成也很特別，能夠經(jīng)受大約1600℃的熔點高溫。即使在喪失所有冷卻能力、面臨嚴重事故的情況下，不采取任何外界干預，反應堆仍能保持安全狀態(tài)，不會出現(xiàn)堆芯熔毀事故，被稱為“傻瓜堆”。

在解決安全問題的同時，高溫氣冷堆發(fā)電效率也得到大幅提升。核反應堆冷卻劑的出口溫度對發(fā)電效率有決定性影響。高溫氣冷堆氦氣出口平均溫度可達750℃，并具備提高至950℃以上的潛力，采用氦氣循環(huán)方式，熱效率可達50%。與壓水堆相比，高溫氣冷堆的發(fā)電能力相當于一座同等熱功率壓水堆發(fā)電能力的1.5倍。

高溫氣冷堆采取小型模塊化的“樂高式”拼接設計，使得核電利用更加便利。我們能像搭積木一樣拼接式組建核電站，這種模塊化設計和建造的方法，能夠大幅縮短核電站的建造周期，同時降低建設成本?；诠逃邪踩匦?，高溫氣冷堆還可大量簡化應急措施，廠址適應性更強，具備在人口相對稠密的大中型城市附近建設的條件。

更重要的是，高溫氣冷堆大幅拓展了核電利用的領域。高溫氣冷堆產(chǎn)生的高溫工作介質可以作為高溫工藝熱源，用于煤的氣化、液化、技術冶煉等工藝，區(qū)域供熱和海水淡化，并能大大降低高溫制氫的成本，形成無污染、無排放的能源鏈。余熱分級利用，還可降低電站運營成本。

推動能源轉型，實現(xiàn)“雙碳”目標是一個復雜的系統(tǒng)性工程，由于每一種能源方案都有其優(yōu)缺點，無法僅依靠單一類型能源完成轉型任務。鑒于全球變暖和人類發(fā)展的規(guī)模，在能源供給中，核電仍將占據(jù)重要位置。高溫氣冷堆的出現(xiàn)使得人們可以像樂高一樣安全高效地建設利用核電，其安全性和經(jīng)濟性優(yōu)勢一旦在商業(yè)化中證實，將產(chǎn)生重大影響。面對全球核能系統(tǒng)即將更新?lián)Q代的形勢，應充分利用我國在高溫氣冷堆技術上相對領先的優(yōu)勢，借助示范工程，繼續(xù)推動高溫氣冷堆有關技術攻關，探索高溫氣冷堆商業(yè)應用和商業(yè)優(yōu)勢，搶占世界核電技術制高點，讓先進核電技術更好地保障能源安全，服務碳中和。

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