我國擁有自主知識產(chǎn)權的全球首座第四代核電站投產(chǎn)

我國擁有自主知識產(chǎn)權的全球首座第四代核電站投產(chǎn)--

自主創(chuàng)新鑄就“不熔毀的反應堆”

　　日前，隨著機組通過168小時連續(xù)運行的試驗，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在山東榮成正式投入商業(yè)運行，該項目可向電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定輸送清潔電力，是我國擁有自主知識產(chǎn)權的全球首座第四代核電站，這標志著我國打開了第四代核能系統(tǒng)技術從實驗堆邁向商用市場的大門。

　　第四代核電站緣何成為世界“頂流”？“高溫氣冷堆技術是最新一代的核電技術，示范工程更是'全球首堆'，因此沒有經(jīng)驗可借鑒。我們摸著石頭過河，用了19年的時間，趟出來一條創(chuàng)新之路?！比A能山東石島灣核電有限公司（下稱華能石島灣公司）總經(jīng)理張延旭表示。

　　設備國產(chǎn)化率達93.4%

　　核電發(fā)展史上出現(xiàn)的切爾諾貝利事件、福島事件讓原本作為清潔能源的核電籠罩了一層陰霾，不少人“談核色變”，對于核電安全眾說紛紜。因此，發(fā)展具備固有安全性的核反應堆技術，成為了核電領域科學家們的夢想。

　　事實上，自上世紀開始，世界各國均在不斷尋求更加安全的核電技術，在第三代和第四代核電站分類標準上不斷加強對于安全性的追求。

　　“做永不熔堆的核反應堆?！边@是第四代核電站創(chuàng)新者們曾經(jīng)的夢想，如今已然成為現(xiàn)實--相比第三代核電站，第四代核電站強化安全改進的同時引入固有安全理念，可以保證反應堆在任何事故下不發(fā)生堆芯熔毀和放射性物質(zhì)外泄情況，獨特的固有安全性也成為了其標志性特征之一。

　　實現(xiàn)核反應堆的固有安全性，需要確保放射性不外泄、核裂變反應不失控、停堆后堆芯余熱能夠及時導出。高溫氣冷堆的燃料元件由1.2萬個多層陶瓷涂層材料包裹的燃料包覆顆粒組成。陶瓷材料在核燃料外包裹形成了一個堅固的“核桃殼”，能有效隔離和固化放射性物質(zhì)。通過不停堆在線換料的方式，高溫氣冷堆減少了一次裝料引入的過剩反應性。同時依靠燃料球超過一定溫度時，溫度越高反應性越低的特性，確保反應堆內(nèi)核裂變反應不失控。此外，高溫氣冷堆每個模塊功率密度低，停堆后產(chǎn)生的余熱處于較低水平。這些余熱通過熱輻射、熱傳導等基本的自然現(xiàn)象能實現(xiàn)非能動載出。

　　要實現(xiàn)這些功能，示范工程建設團隊必然要自主研發(fā)關鍵的技術和設備、完成大型部件的國產(chǎn)化制造、建立燃料元件的生產(chǎn)線……“華能集團聯(lián)合項目團隊各單位開展關鍵技術攻關和核心設備研制，攻克了核級關鍵設備制造、一體化燃料裝卸料系統(tǒng)10余項重大技術難關，成功研制出超大、超重反應堆壓力容器等2200多臺（套）世界首臺（套）設備，累計獲得授權專利近3000件，設備國產(chǎn)化率達93.4%?！睆堁有窠榻B，歷經(jīng)數(shù)年的不懈努力，從基礎研究到試驗堆，再到示范工程，我國在高溫氣冷堆的自主設計和建造方面，形成了獨立自主的知識產(chǎn)權。

　　完成首堆并網(wǎng)發(fā)電

　　將技術從實驗堆安全地搬到市場，離不開一次又一次的調(diào)試工作。由于核技術的特殊性，核電站的調(diào)試工作有著近乎苛刻的要求，行業(yè)內(nèi)將其形象地比喻為機組安全的“探雷”“排雷”行動。

　　高溫氣冷堆示范工程一回路使用氦氣冷卻，因此反應堆冷態(tài)試驗對核島主要設備的檢測只能采用氣壓試驗。“試驗壓力最高蓄能相當高，稍有不慎后果不堪設想?！比A能石島灣公司調(diào)試管理辦公室朱英杰介紹，當接到試驗任務時，他繃緊了心弦，開始不分晝夜地啃法規(guī)、寫資料、編程序。在這一過程里，他發(fā)現(xiàn)還需要提高主設備溫度才能保證試驗成功。然而設備體積很大，不容易保溫。隨即，他和同事們展開頭腦風暴，分析計算相關參數(shù)，聯(lián)系設計專家多方論證，千方百計尋求解決辦法……經(jīng)過十幾個日夜的摸索，他們終于攻克了這一難題。在試驗成功的歡慶時刻，大家發(fā)現(xiàn)，朱英杰的頭發(fā)在這十幾天里已變得花白。

　　從行業(yè)經(jīng)驗看，新堆型的核電機組調(diào)試，從來沒有水到渠成、一帆風順的。示范工程沒有非核蒸汽沖轉(zhuǎn)的調(diào)試項目，為了提前驗證常規(guī)島主設備可用性，調(diào)試負責人趙峰提議與核島調(diào)試并行推進非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗。大家都認為提議很好，可高溫高壓的蒸汽到哪里去找？“既然是新堆型的新問題，就得創(chuàng)造新的路徑。”趙峰很樂觀。他帶領同事們調(diào)研加熱設備，設計蒸汽臨時管道。一個方案提出來，風險評估沒有通過，他們就再提一個。創(chuàng)新的設想一遍一遍提出來，又一遍一遍被推翻重來。經(jīng)過了無數(shù)次分析論證，他們提出了“輔助電鍋爐+啟動加熱器+三聯(lián)控調(diào)節(jié)“的非核蒸汽沖轉(zhuǎn)方案，并在示范工程上順利實施，大大提高了核電機組的調(diào)試效率。

　　圓滿完成首堆并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)出”華能第一度核電“離不開項目調(diào)試團隊的每一次英勇探路--他們攻克數(shù)百項技術難題，研發(fā)出一套高溫氣冷堆特有的調(diào)試運行技術。

　　提升商業(yè)應用價值

　　未來，高溫氣冷堆的應用前景遠超想象。我國是世界上最大的能源消費國之一，對能源的需求量巨大，傳統(tǒng)的能源備案的形式很難滿足需求，而伴隨著我國四代核電站的建成運行，這一空缺將被填補。

　　“依托該示范工程，我國系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設計、制造、建設、調(diào)試、運維技術，形成了一套可復制、可推廣的標準化管理體系，并建立起以專利、技術標準等為核心的知識產(chǎn)權體系，進一步提升我國在世界先進核電技術領域的國際話語權?！比A能石島灣公司技術支持部李志容表示。

　　打造具有商業(yè)推廣價值的高溫氣冷堆系列型譜產(chǎn)品，擴大核能多用途綜合利用，高溫氣冷堆正為助力國家加快實現(xiàn)“雙碳”目標做出貢獻。業(yè)內(nèi)人士表示，高溫氣冷堆在核能發(fā)電、熱電冷聯(lián)產(chǎn)及高溫工藝熱應用等領域的商業(yè)化應用前景廣闊，可優(yōu)化能源結(jié)構、保障能源供給安全。

　　“我國在高溫氣冷堆領域的專利申請量排名全球第一，領先于其他國家和地區(qū)，此外，我國在高溫氣冷堆領域的專利申請量整體上呈現(xiàn)增長趨勢?！崩钪救荼硎?，可以預見的是，在我國相關政策的支持下，隨著高溫氣冷堆的商業(yè)化推廣應用，產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化完善，后續(xù)高溫氣冷堆領域的專利布局還將繼續(xù)加大。(記者 葉云彤)

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