具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代核電商用示范電站正在山東榮成逐漸成型。據(jù)中國核工業(yè)建設(shè)集團公司(下稱中國核建)官網(wǎng)消息，3月20日，全球首座具有第四代核能系統(tǒng)安全特征的20萬千瓦高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程，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(shè)備，高27.5米、凈重594噸，是目前世界上尺寸最大、重量最重的反應堆壓力容器，同時也是高溫堆氣冷核電站單體重量最大的設(shè)備。壓力容器的成功吊裝就位，為高溫氣冷堆核電站示范工程主設(shè)備安裝工作奠定了基礎(chǔ)，同時也加快了高溫氣冷堆核電技術(shù)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，高溫氣冷堆核電站示范工程只有20萬千瓦。但由于其突出的固有安全性，加上發(fā)電高效、用途廣泛等特點，高溫氣冷堆被列入未來第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的6個候選堆型之一。高溫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

自主四代核電：任何情況下不會發(fā)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(fā)生在清華大學核研院的10兆瓦(1兆瓦=1000千瓦)高溫氣冷堆核安全演示：工作人員通過操作讓核反應堆冷卻劑循環(huán)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，核反應堆在停堆之后還會繼續(xù)產(chǎn)生熱量，而不是像鍋爐熄火后便不再產(chǎn)生熱量。這個熱如果不加以冷卻，反應堆就可能發(fā)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(shù)挑戰(zhàn)。循環(huán)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，最后反應堆發(fā)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(fā)到周圍環(huán)境中，而不需要任何附加的冷卻系統(tǒng)。

這項實驗展示了模塊式高溫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，不采取任何人為的和機器的干預，反應堆能保持安全狀態(tài)。中國已經(jīng)掌握了這項技術(shù)。

根據(jù)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(fā)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。高溫氣冷堆的工作原理是，采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以耐高溫的石墨作為慢化劑、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(xiàn)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(xiàn)了堆芯熔融。因此，若排除堆芯熔融，核事故的發(fā)生幾率可大大降低。

據(jù)專家介紹，中國自主研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的球形燃料元件直徑約6厘米，由超高純度的石墨組成，石墨中密布約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，保護著二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術(shù)和工藝，可使燃料球內(nèi)的放射性物質(zhì)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10兆瓦高溫氣冷實驗堆為基礎(chǔ)，攻克工業(yè)放大和工程實驗驗證、高性能燃料元件批量制備等技術(shù)，建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的20萬千瓦級全球首座球床模塊式高溫氣冷堆商用示范電站。2012年12月，高溫氣冷堆示范工程正式開工建設(shè)。按照此前的進度計劃，示范工程將在2017年底建成發(fā)電。

盡管解決了融堆問題，但對于這項尚未成熟的技術(shù)，業(yè)內(nèi)依然存在爭議。核反應堆是一個極其復雜的系統(tǒng)工程，從球床堆的發(fā)展歷史來看，還有很多技術(shù)問題沒有解決。在中國商業(yè)堆尚未運行的情況下，應該更客觀地看待高溫氣冷堆的安全性。

除發(fā)電外，還可用于海水淡化、石油化工等領(lǐng)域

顧名思義，高溫堆的顯著特點之一即是蒸汽出口溫度高，目前可以達到540℃，這些高品位熱能除了用于高效發(fā)電以外，還可以廣泛應用于石油化工、煤化工、稠油熱采、油頁巖提煉等領(lǐng)域，未來隨著蒸汽出口溫度的提升還能夠應用于制氫、直接還原煉鋼等領(lǐng)域。

通過多模塊組合的方式，高溫氣冷堆可以建設(shè)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(wǎng)采訪時曾表示，一帶一路很多國家電網(wǎng)不是很大，這種情況下高溫氣冷堆的靈活性就可以根據(jù)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(lǐng)導人見證下，簽訂了《沙特高溫氣冷堆項目合作諒解備忘錄》。高溫氣冷堆的特性，可滿足沙特電力供應和海水淡化以及石油化工產(chǎn)業(yè)的需求，最大限度地滿足沙特的核能發(fā)展需求。

兩會期間，王壽君還提交了用高溫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(xiàn)在我們經(jīng)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(zhì)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。如果高溫氣冷堆來供熱的話，就解決了。降低PM2.5，我認為是很多中國人的一個愿望和夢想。”

在國內(nèi)，中國核建已在福建、廣東、江西、湖南等多個省市開展了60萬千瓦高溫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(lián)酋迪拜、南非等國家和地區(qū)簽訂了高溫氣冷堆項目合作諒解備忘錄。