習近平總書(shū)記指出，“核工業(yè)是高科技戰略產(chǎn)業(yè)，是國家安全重要基石”“要積極安全有序發(fā)展核電，合理確定核電站布局和開(kāi)發(fā)時(shí)序”。
山東榮成石島灣，國家科技重大專(zhuān)項標志性成果——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程平穩運行，從這里源源不斷輸出的電能和熱能，滿(mǎn)足著(zhù)各類(lèi)能源需求。
從2012年12月澆筑第一罐混凝土到2023年12月商運投產(chǎn)，從一片荒灘到全球首座投入商業(yè)運行的第四代核電站，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程的建成運行，標志著(zhù)我國在第四代核電技術(shù)研發(fā)和應用領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。
推動(dòng)高溫氣冷堆從實(shí)驗堆向商用堆跨越
上世紀80年代，在中國科學(xué)院院士王大中帶領(lǐng)下，清華大學(xué)相關(guān)科研院所開(kāi)展先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)。1986年，國家863計劃將高溫氣冷堆列為我國發(fā)展的先進(jìn)反應堆堆型之一。在國家863計劃支持下，清華大學(xué)先后突破了球形燃料元件、球床流動(dòng)特性等多項關(guān)鍵技術(shù)，并于2000年建成10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗堆。
2003年1月29日，高溫氣冷實(shí)驗堆成功實(shí)現72小時(shí)連續滿(mǎn)功率運行。同年，中國核工業(yè)集團有限公司與清華大學(xué)共同組建了中核能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中核能源”)，推動(dòng)高溫氣冷堆技術(shù)從實(shí)驗室走向市場(chǎng)。2006年，高溫氣冷堆被列入國家科技重大專(zhuān)項;2008年，高溫氣冷堆總體實(shí)施方案獲國務(wù)院批準，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“清華核研院”)院長(cháng)張作義任專(zhuān)項技術(shù)總師。
從實(shí)驗堆向商用堆跨越，擺在團隊面前的困難不少：重大技術(shù)轉化周期長(cháng)、見(jiàn)效慢，人才隊伍難穩定，科研思維與工程思維經(jīng)常“碰撞”……面對挑戰，中核集團和清華大學(xué)通力合作，拆除“籬笆墻”、打通從應用基礎研究到產(chǎn)業(yè)化的“快車(chē)道”，搭建了一支跨產(chǎn)業(yè)鏈、跨單位、產(chǎn)學(xué)研一體化的項目團隊。
在聯(lián)合攻關(guān)中，張作義帶領(lǐng)團隊取得了多項原創(chuàng )性成果;中核能源等單位的工程技術(shù)人員發(fā)揮自身在建筑結構、水電暖、三維設計等方面的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢，以“啃硬骨頭”的精神進(jìn)行技術(shù)消化吸收;雙方建立起聯(lián)合設計機構，實(shí)現了設計與施工的高度協(xié)同……不斷磨合、加速跨越，產(chǎn)學(xué)研融合不斷走向深入。
形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行能力
2012年12月，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開(kāi)工，由中核集團、清華大學(xué)、中國華能集團組成聯(lián)合攻關(guān)團隊，共同研發(fā)建設。其中，清華大學(xué)是技術(shù)研發(fā)主體，負責研發(fā)、總體技術(shù)方案及核島主系統主設備的設計，中核集團作為示范工程建設實(shí)施主體及燃料元件生產(chǎn)單位，華能集團作為示范工程建設營(yíng)運主體。
高溫氣冷堆核電站示范工程建設面臨諸多“第一次”：清華核研院第一次設計示范電站圖紙，中核能源第一次做工程總承包，華能集團第一次做核電業(yè)主……直面問(wèn)題，相關(guān)單位緊密合作，將研究設計與加工制造深度融合，攻克了一道道技術(shù)難關(guān)。
蒸汽發(fā)生器是高溫氣冷堆的關(guān)鍵設備，作為全球首創(chuàng )的設計，沒(méi)有可供參考的制造和裝配工藝。聯(lián)合攻關(guān)團隊與制造廠(chǎng)家一道，歷經(jīng)7個(gè)月完善設計工藝、錘煉制造技術(shù)，最終成功制造出1330根符合設計規范的出口連接管，打通了蒸汽發(fā)生器制造的關(guān)鍵路徑。
聯(lián)合攻關(guān)團隊創(chuàng )新雙機翻轉的工藝，完成了業(yè)界最大、最重反應堆壓力容器的吊裝，攻克陶瓷堆內構件精確安裝的難題以及燃料裝卸系統復雜管路安裝等技術(shù)，高質(zhì)量完成了示范工程模塊化建造施工;聯(lián)合調試團隊研發(fā)出一套高溫氣冷堆特有的調試運行技術(shù)，掌握了大體積雙模塊化反應堆回路強度密封及升溫技術(shù)、低功率密度特點(diǎn)的反應堆固有安全性能驗證技術(shù)等六大關(guān)鍵核心技術(shù)……“為實(shí)現重大專(zhuān)項的任務(wù)目標，聯(lián)合攻關(guān)團隊共承擔重大專(zhuān)項課題89項，完成了數千項技術(shù)攻關(guān)。”華能山東石島灣核電有限公司總經(jīng)理常重喜說(shuō)。
“通過(guò)示范工程建設，我國形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行能力，處于世界領(lǐng)先水平。”中核能源副總經(jīng)理、總工程師石琦說(shuō)。
高溫氣冷堆具有安全系數高、堆芯溫度高等優(yōu)勢，在多個(gè)領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景
作為我國完全自主知識產(chǎn)權的先進(jìn)核能系統，高溫氣冷堆具有安全系數高、堆芯溫度高等優(yōu)勢，在多個(gè)領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。
高溫氣冷堆具備固有安全性。清華核研院副院長(cháng)董玉杰介紹，高溫氣冷堆使用耐高溫的球形燃料元件，反應堆具有自穩特性，還擁有余熱自然散出機制;在設計理念上，則采用了“搭積木”的模塊式設計，每個(gè)小模塊熱功率約為大型壓水堆核電站的1/10。
“反應堆停堆后產(chǎn)生的余熱處于較低水平，意味著(zhù)即使不進(jìn)行人為干預，反應堆也能自動(dòng)停堆并將余熱安全地散發(fā)出去，從而避免堆芯過(guò)熱發(fā)生熔毀。”董玉杰說(shuō)。
“高溫氣冷堆發(fā)電效率高，即使采用傳統蒸汽循環(huán)方式，其發(fā)電效率也可達40%以上。”石琦舉例，高溫氣冷堆一回路冷卻劑氦氣出口溫度高達750攝氏度，能夠產(chǎn)生541攝氏度的過(guò)熱蒸汽，可滿(mǎn)足石化行業(yè)主要的蒸汽需求。此外，高溫氣冷堆還能產(chǎn)生滿(mǎn)足石油精煉和煤化工、稠油熱采等領(lǐng)域需求的高品質(zhì)蒸汽，又適用于大規模、工業(yè)化制取綠氫等。
隨著(zhù)石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程建成并投入商運，我國高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，為該技術(shù)小批量推廣創(chuàng )造了條件。石琦介紹，在充分吸收、利用示范工程的主工藝、主設備、固有安全設計、工程驗證實(shí)踐等方面經(jīng)驗的基礎上，60萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆技術(shù)方案已經(jīng)形成，并完成了初步設計，全面轉入施工圖設計階段。
《 人民日報 》( 2024年12月27日 01 版)本報記者 谷業(yè)凱
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