
央视新闻(焦点访谈):中共二十届中央四次全会指出,“十四五”期间,我国经济实力、科技实力、综合国力跃上新水平。山东荣成石岛湾高温冷堆堆拥有许多原创性、开创性的科技成果。这也是第一座投入商业运营的第四代核电站。建成投运标志着我国在第四代核电技术研发和应用领域达到国际领先水平。它有多先进?它经历了怎样不同寻常、非凡的研发过程?是的,然后我们步行到石岛湾。
作为首个第四代核电站,华能石岛湾高温核电站冷堆反应堆自2023年底投入商业运行以来,已累计安全稳定运行近万小时。这标志着我国在第四代核能技术研发和应用方面已达到世界领先水平。
经过一系列的申报程序,穿过重重安检门,我们进入了石岛湾高温冷却堆反应堆,近距离观看了这件威力巨大的重要武器。进入此门,就意味着进入了住宅区。即使发生严重核事故,里面的操作人员也可以在足够安全的条件下停留7天内。安全是人们在谈论核电站时最关心的话题,而第四代核电站与前几代核电站最大的区别在于核反应堆实现了本质安全。
张作义,前清华大学核与新能源技术研究院院长、高温气冷堆示范工程总设计师:“自然安全的反应堆只依靠自然规律,不依赖人、机械和电气设备的干预。
早在20世纪80年代,科学界就开始讨论“本质安全”技术,即在发生严重事故时,反应堆无需人工干预或机器即可保持安全。在经历了美国三哩岛核电站事故、切尔诺贝利核电站等重大核事故后,“自然安全”的重要性更加凸显。为了真正了解这一特点,在通过严格的安保措施后,我们来到了运行中的核反应堆。
简单来说,核燃料在反应堆堆芯内发生核裂变的链式反应,将核能转化为热能。能量,然后将热能转化为机械能,最后利用机械能驱动发电机发电。这就是核能发电的基本原理。从第一代到第四代核电站,发电原理基本相同。诗NG为第四代高温气冷堆核电站,最大的区别之一是它采用了耐高温元件来代替传统的棒式燃料棒。
华能石岛湾核电站运行部副主任郭士伟:“每个反应堆装有43万个(燃料球),用于反应、产生能量、发电。”
每个燃料球最宽的一层直径约为 6 厘米,并包裹在石墨中。里面有12,000个微小颗粒。释放能量的核燃料被四层陶瓷臂包裹。它可承受数千摄氏度的高温,从而有效防止放射性物质的泄漏。
郭士伟:“我们的燃烧即使在1620℃的温度下,放射性物质的释放也没有明显增加。这是高温反应堆为什么能够在高温下运行的主要依据。”
高温气冷堆的“气冷”除了采用耐高温燃料球外,是指采用惰性气体氦代替水作为冷却剂进行堆芯冷却和导热。正是一系列创新技术的应用,让高温气冷堆实现了真正的“自然安全”。
郭世伟:“人体通过X光或者CT扫描吸收的核辐射剂量比在核电站工作十年还要高。统一出口处有辐射监测仪器实时监测,确保安全。”进入的空气是干净的,排出的空气没有任何放射性污染。”
华能山东石岛湾核电有限公司党委书记、董事长张彦旭:“从目前的生产情况来看,对周边环境监测、海洋生物监测、放射性流出物监测没有影响。”
世界各地正在对高温冷却堆技术进行大量研究和设计工作,但尚未成功建造商业电站。早在20世纪80年代,中科院院士王大中就带领清华大学核研究所团队以反应堆“本质安全”为目标,于2000年建成了10兆瓦高温冷却实验堆。
2006年高温气冷堆反应堆项目被列入探月工程、北斗等16项国家科技重大专项导航。这意味着,以高温实验气冷堆为基础,必须攻克一系列前所未有的工程技术难题,最终建成商业规模的高温气冷堆示范电站。王大中院士的学生、清华大学核与新能源技术研究院院长张作义成为高温气冷堆重大项目的总设计师,开始了从实验室到商业应用的技术攻坚战。
2012年12月,华能石岛湾高温冷却核电站反应堆示范工程正式开工建设。中国华能集团、清华大学、中国核工业集团公司组成联合研究团队,共同开发建设该项目。为推进示范工程实现从实验室到工程应用的跨越,联合攻关团队在设计、研发、施工、调试过程中攻克了诸多行业难题和世界范围内的“卡脖子”。
为保障高温气冷堆核电站示范工程顺利建设和调试,清华大学在素有创新“清华200”之称的北京专门建设了先进堆工程实验室。石岛湾高温气冷堆主体设备必须经过严格的测试后才能生产。
由于高温气冷堆示范工程尚无先例,许多重大设备均为世界首创,其中包括被誉为“核电之肺”的蒸汽发生器,它将被核反应堆产生的热量“加热”的水转化为水蒸气,从而驱动汽轮发电机发电。蒸汽发生器采用螺旋管热源结构。作为世界首创的设计,没有可供参考的制造和组装工艺。设计和制造的难度超乎想象,并且影响着整个项目的进度。
从材料到设计再到技术,高温气冷堆核心设备也在检验中国从0到1的制造能力。参与研发蒸汽发生器的民营企业来自江苏无锡。经过十多年与科研机构和项目方的密切合作,反复测试和打磨,2400张图纸最终变成了1330根符合设计规范的出口连接管,成功打通了蒸汽发生器生产的关键路径。该公司还成长为世界上最大的核蒸发管制造商。
张彦旭:“高温反应釜产业的发展得益于我们的发展现有装备制造技术。在这个全国性的体系下,我们能够与采用中国制造技术的科研机构和产品制造商合作,生产出一系列的产业链,并完成这个项目。”
在高温气冷堆的研究过程中,国内多所大学、国企、民企携手合作。产业链上下游500多家企业、单位、科研机构共同研究解决工程技术难点。中国华能专门开发并掌握了高温冷堆调试和运行独有的六项关键核心技术。高温气冷堆核岛15000余台设备(套)中,首台设备2200台(套)。共有660多件装备数量世界第一,装备国产化率达到93.4%。也成为“十四五”期间我国核电发展历史性成就的缩影。
中国核能行业协会原副理事长兼秘书长张廷科:“国家通过实施重大科技专项,着力突破一些重大关键技术,形成了完全自主产权连接的完整核电体系建设。”
石岛湾高温冷堆反应堆项目无疑是一个金字招牌,让中国在核电技术研发领域实现了追随世界领先的跨越。 “十四五”期间,我国在运核电站规模位居世界前列,在建核电站规模位居世界前列。建成并获批建设,核电技术进入世界先进国家行列,核电自主创新能力显着提升。 “十五五”期间,我国还将全面提升自主创新能力。在新的征程中,中国核电事业将不断前行,创造更多辉煌。
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