大國重器向“新”而行——實探全球首座第四代核電站
“不怕沒有電、不怕沒有水、不怕沒有氣、不怕沒有人。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)?！比A能石島灣核電公司運行值長仝禮允說。
近日，中國證券報記者來到山東威海，實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)運行以來，今年3月27日又實現(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)備國產(chǎn)化率更彰顯了大國重器的硬核擔(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1臺20萬千瓦高溫氣冷堆示范工程，同步擴建4臺百萬千瓦“華龍一號”商用壓水堆機組。
“高溫氣冷堆核電站示范工程最大的優(yōu)勢就是安全，被稱為‘不會熔毀的核反應(yīng)堆’?！辟诙Y允說，要實現(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。
“如果反應(yīng)堆不靠外部動力、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，這三個要素中的任何一個要素未能滿足，都可能會造成核事故。”仝禮允說。
“天生”安全的高溫氣冷堆，具體是如何實現(xiàn)的呢？“我們設(shè)置了三道防線。”仝禮允說，層層防線之下，我國在全世界首次于商業(yè)規(guī)模核電站上實現(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?！辟诙Y允說。
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直徑6厘米的黑色圓球介紹道，“這個拳頭般大小的黑色圓球看起來并不起眼，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。”
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，反應(yīng)堆會進(jìn)行負(fù)反饋，反應(yīng)堆功率自己就會降下來。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，非能動的余熱排出系統(tǒng)?！胺磻?yīng)堆在停堆后，堆芯還會存在余熱，需要把這些熱量導(dǎo)出才能確保反應(yīng)堆的安全。”仝禮允說，高溫氣冷堆設(shè)置了一套非能動的余熱排出系統(tǒng)，不需要任何的外界動力，不需要水泵和風(fēng)機，堆芯余熱能夠借助熱傳導(dǎo)、自然對流換熱和熱輻射等自然機制的非能動方式，將熱量傳導(dǎo)出來，避免堆芯過熱發(fā)生熔毀。
拓寬核能多用途綜合利用
除了“天生”安全這個優(yōu)勢，高溫氣冷堆還有一個優(yōu)勢就在名字里——高溫。
在居民供暖方面，北方地區(qū)對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，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，形成無污染、無排放的能源鏈。
據(jù)了解，中國華能將依托示范工程的建造與運行，繼續(xù)深入挖掘經(jīng)驗成果，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，為助力國家加快實現(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”深度融合的工程項目，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到93.4%，僅首臺套設(shè)備就有2200多臺（套），創(chuàng)新型設(shè)備有600余臺（套）。依托這一工程，我國系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設(shè)計、制造、建設(shè)、調(diào)試、運維技術(shù)，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設(shè)和運維管理經(jīng)驗的專業(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)為核心的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。
