高溫氣冷堆：2018年送來更安全核電
來源：《科技日報(bào)》2017-03-04 李艷
作為壓水堆核電站的補(bǔ)充，高溫氣冷堆具有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先是其固有安全性，更重要的是它能制氫，氫能是公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源未來將有重要作用。
科技日新月異，任何“不可能”，都有可能變成現(xiàn)實(shí)。誰掌握尖端科技，誰就掌握未來。
為加速邁進(jìn)創(chuàng)新型國家行列，針對高溫氣冷堆、量子通信、深海空間站、腦科學(xué)與類腦研究等面向未來的重大科技項(xiàng)目，我國已經(jīng)提前部署，謀劃發(fā)展路徑。
在全球創(chuàng)新的版圖中，我們處于什么位置？全國“兩會”期間，本報(bào)特別策劃了“贏在未來”系列報(bào)道——選取關(guān)乎國計(jì)民生的十大重點(diǎn)科技項(xiàng)目，獨(dú)家采訪業(yè)內(nèi)專家，為您講述我國在相關(guān)領(lǐng)域的布局和發(fā)展、面臨的困難和瓶頸，展示科研人員取得的突破和進(jìn)展。——編者
最近，關(guān)于核電領(lǐng)域高溫氣冷堆的新聞狠狠地刷了幾次“吃瓜群眾”的屏。先是在新年伊始之際，清華大學(xué)發(fā)布60萬千瓦高溫氣冷堆核電站技術(shù)方案，引發(fā)外界廣泛關(guān)注。后有國家科技重大專項(xiàng)支持的首個(gè)高溫氣冷堆商業(yè)示范項(xiàng)目山東省榮成石島灣核電廠宣布將于2018年發(fā)電，讓人們感到振奮。
前者打破了外界長期認(rèn)為高溫氣冷堆發(fā)電成本太高，商業(yè)化無望的界定，后者則是中國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電技術(shù)特征的高溫氣冷堆核電站將真正建成，都是全世界矚目的“大新聞”。
這些新聞背后是中國高溫氣冷堆項(xiàng)目在經(jīng)歷幾十年默默耕耘后，正迎來歷史性的發(fā)展節(jié)點(diǎn)。
從跟隨到領(lǐng)跑，幾十年幾代人
中國高溫氣冷堆技術(shù)突破并非一日之功，而是歷經(jīng)數(shù)十年的技術(shù)積累和對國外技術(shù)的消化吸收，以及兩代科學(xué)家的不懈努力，才有了今日在世界上的領(lǐng)先地位。
我國在高溫氣冷堆領(lǐng)域的布局可以追溯到上世紀(jì)80年代，在當(dāng)時(shí)的國家863計(jì)劃中，清華大學(xué)在科技部支持下設(shè)計(jì)建造了10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆，開始研究、開發(fā)。科學(xué)家們回憶，當(dāng)時(shí)中國的高溫氣冷堆技術(shù)尚處在幾乎空白的狀態(tài)，世界上德國和美國走在前列，我們當(dāng)時(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)均從德國引進(jìn)。
清華的這座實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆成為我國高溫氣冷堆發(fā)展的基礎(chǔ)，并由此出發(fā)在高溫氣冷堆領(lǐng)域取得了突破性成果，通過實(shí)驗(yàn)堆的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行，我國基本掌握了高溫氣冷堆的核心技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成技術(shù)。2006年1月，國務(wù)院正式發(fā)布的“國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）”中，將“大型先進(jìn)壓水堆和高溫氣冷堆核電站”列為國家科技重大專項(xiàng)。
國家科技重大專項(xiàng)高溫氣冷堆核電站示范工程總設(shè)計(jì)師、清華大學(xué)核研院院長張作義在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)說，中國高溫氣冷堆技術(shù)突破并非一日之功，而是歷經(jīng)數(shù)十年的技術(shù)積累和對國外技術(shù)的消化吸收，以及兩代科學(xué)家的不懈努力，才有了今日在世界上的領(lǐng)先地位。
幾個(gè)月前，張作義前往美國，參加了2016年國際高溫氣冷堆技術(shù)專題會議，在這次會上，張作義介紹了我國球床模塊式高溫氣冷堆核電站的現(xiàn)狀，受到了全世界同行的熱切關(guān)注，會后，不少同行找他了解研究新進(jìn)展，其中不乏從事高溫氣冷堆研究40多年的“老同行”。
外媒用“領(lǐng)跑”來形容中國在高溫氣冷堆領(lǐng)域取得的成績。對于張作義和他的同事們來說，內(nèi)心確實(shí)是自豪的，他說，我們從當(dāng)時(shí)的引進(jìn)吸收，到現(xiàn)在走到“領(lǐng)跑”的位置，這條創(chuàng)新路上有過很多曲折，也遭受過不少質(zhì)疑，現(xiàn)在我可以肯定的說，我們已經(jīng)在這一領(lǐng)域處于國際先進(jìn)行列，在示范工程上大概要領(lǐng)先其他國家5—10年。
從安全到環(huán)保，高溫氣冷堆被世界關(guān)注
世界各國曾經(jīng)對是否發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)有過爭議和討論，但是最近幾年，越來越多的國家愿意加入高溫氣冷堆的發(fā)展。
高溫氣冷堆屬于第四代范疇的核反應(yīng)堆技術(shù)。相比現(xiàn)有的其他核電技術(shù)，它具有安全性極高、溫度高、效率好等明顯的優(yōu)勢。當(dāng)然，它功率密度低、后期成本偏高等缺點(diǎn)也讓外界對高溫氣冷堆有頗多質(zhì)疑。歷史上，世界各國曾經(jīng)對是否發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)有過爭議和討論，但是最近幾年，越來越多的國家愿意加入高溫氣冷堆的發(fā)展。
“美國一直在計(jì)劃建示范項(xiàng)目，日本、法國等國家都在發(fā)展，我最近幾次到國外開會，同行們都特別關(guān)注我們的發(fā)展，他們都特別看好高溫氣冷堆在節(jié)能減排和環(huán)境友好上將產(chǎn)生的重大作用。”張作義介紹說。
究其原因，一方面是幾次重大核電事故之后，核電安全被放到最重要的位置，而高溫氣冷堆不會發(fā)生堆芯熔毀（指反應(yīng)堆溫度上升過高，造成燃料棒熔化并發(fā)生破損事故）等事故，安全性達(dá)到了極致。另一方面，氣候變化、能源危機(jī)、空氣污染已經(jīng)成為人們最關(guān)注的熱點(diǎn)，正因?yàn)槿绱耍邷貧饫涠岩蚱湓谇鍧嵖諝夥矫嫣赜械淖饔贸蔀榇蠹壹挠韬裢捻?xiàng)目。
核反應(yīng)堆及核電工程專家葉奇蓁院士在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)，高溫氣冷堆未來將有很大的發(fā)展前景，他說：“相比第三代核電技術(shù)，高溫氣冷堆的發(fā)電成本目前來說還是偏高，作為我國核電規(guī)模化發(fā)展，主要是壓水堆核電站，但在邊遠(yuǎn)地區(qū)、缺水地區(qū)，以及需要核能綜合利用的場合（如制氫、發(fā)電、高溫供熱等），作為壓水堆核電站的補(bǔ)充，高溫氣冷堆具有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先就是它的固有安全性，在核電領(lǐng)域，它的安全性是非常讓人放心的，更重要的是它能制氫，氫能是公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源未來將有重要作用。”
也就是說，如果高溫氣冷堆能在未來的使用和驗(yàn)證中，在繼續(xù)發(fā)揚(yáng)其安全性優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，不斷降低成本，并真正實(shí)現(xiàn)制氫，它的優(yōu)勢將是顯而易見的。
葉奇蓁院士表示，在人口密集地區(qū)、缺水地區(qū)，高溫氣冷堆項(xiàng)目有很大的發(fā)展前景。他透露，最近，印尼、沙特等國先后與中國簽訂合作備忘錄，高溫氣冷堆“走出去”有了一個(gè)好的開始。
從研發(fā)到制造，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)世界首創(chuàng)
在國家科技重大專項(xiàng)的引領(lǐng)帶動下，隨著高溫氣冷堆示范項(xiàng)目的推進(jìn)，我國自主創(chuàng)新在先進(jìn)核能核心裝備技術(shù)上取得了重大突破。
示范項(xiàng)目即將建成，實(shí)驗(yàn)室里制氫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，乏燃料處理這塊“硬骨頭”也取得了突破性進(jìn)展，這些業(yè)內(nèi)人士總結(jié)為成功的一小步，按照國家科技重大專項(xiàng)高溫氣冷堆專家組的計(jì)劃，下一步他們將盡快實(shí)現(xiàn)石島灣核電站并網(wǎng)發(fā)電，并且組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈連起來，推動我國制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
張作義表示，在高溫氣冷堆示范項(xiàng)目的落實(shí)過程中，他和同事們遇到的最大困難是設(shè)備的研發(fā)和制造難度很大。“改革開放后我們很多廠家習(xí)慣了引進(jìn)消化吸收，自主創(chuàng)新能力反而荒廢了，但是高溫氣冷堆很多設(shè)備都是首臺首套，對制造業(yè)的挑戰(zhàn)很大。這些年，在國家科技重大專項(xiàng)的引領(lǐng)帶動下，隨著高溫氣冷堆示范項(xiàng)目的推進(jìn)，我國自主創(chuàng)新在先進(jìn)核能核心裝備技術(shù)上取得了重大突破。”
根據(jù)國家科技重大專項(xiàng)年度報(bào)告，目前我國已突破高溫氣冷堆的全部核心技術(shù)，并有多個(gè)世界首創(chuàng)，如世界最大商業(yè)化規(guī)模的陶瓷包覆顆粒球形燃料元件生產(chǎn)廠、首個(gè)電磁軸承主氦風(fēng)機(jī)等。反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等主設(shè)備也已完全國產(chǎn)化。
專家組們期望，隨著石島灣核電站發(fā)電，整個(gè)項(xiàng)目深入推進(jìn)，能帶動整個(gè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
編輯：徐靜
