石島灣：未來(lái)核電出發(fā)
　　中國(guó)電力報(bào) 中電新聞網(wǎng)記者 彭源長(zhǎng)

　　在山東半島最東端的榮成市的海岸線上，一個(gè)叫石島灣的地方很早就進(jìn)入核電建設(shè)者的視野，以其優(yōu)良的地質(zhì)地貌等條件，被規(guī)劃為大型核電基地。
　　12月中旬，記者來(lái)到石島灣看到，這兒實(shí)際分為兩部分電站。主體部分是規(guī)劃的數(shù)臺(tái)大型壓水堆，仍靜待國(guó)家重啟核電。在場(chǎng)地一角，2012年開工建設(shè)的“華能高溫氣冷堆示范核電站”的核島施工則正在進(jìn)行，已初具雛形。
　　相對(duì)于身旁規(guī)劃的動(dòng)輒百萬(wàn)千瓦的大型壓水堆“兄弟”，高溫氣冷堆的個(gè)頭實(shí)在不起眼，只有20萬(wàn)千瓦。但是，以其出眾的發(fā)電效率，尤其是突出的安全性，它和快堆技術(shù)被并稱為“超越下一代”的“未來(lái)核電”。
　　因此，它頻頻出現(xiàn)在我國(guó)能源戰(zhàn)略文件中，并吸引全世界業(yè)界的目光。6月23日，國(guó)家能源局局長(zhǎng)吳新雄在全國(guó) “十三五”能源規(guī)劃工作會(huì)議上要求，推進(jìn)華龍１號(hào)、ＡＰ１０００、ＣＡＰ１４００、高溫氣冷堆、快堆技術(shù)攻關(guān)，同時(shí)加快國(guó)內(nèi)自主技術(shù)工程驗(yàn)證，重點(diǎn)建設(shè)好大型先進(jìn)壓水堆、高溫氣冷堆重大專項(xiàng)示范工程。１０月２８日，該領(lǐng)域最高水平的國(guó)際會(huì)議——國(guó)際高溫氣冷堆技術(shù)會(huì)議在榮成開幕，來(lái)自全球１６個(gè)國(guó)家和地區(qū)的４００多名專家學(xué)者與會(huì)并參觀石島灣高溫氣冷堆示范工程。
　　超越下一代
　　核電站的堆型一般是根據(jù)慢化劑和冷卻劑的不同來(lái)劃分。核電運(yùn)行中，用來(lái)觸發(fā)核燃料鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的中子的速度一般需要慢化，需要慢化劑 （快堆不用慢化劑，采用钚或高濃縮鈾作燃料）；核燃料　  需要冷卻和傳熱做功，需要冷卻劑。用來(lái)冷卻的介質(zhì)一般有液態(tài)水和二氧化碳、氦等氣體，堆型就分為水冷堆和氣冷堆。氣冷堆的慢化劑是石墨，叫石墨氣冷堆（用天然鈾燃料）。水冷堆一般也用水作慢化劑。用來(lái)慢化中子的水又分為輕水和重水，堆型就有重水堆（坎杜堆，可用天然鈾作原料）和輕水堆之分（用低濃縮鈾作原料）。輕水堆中又分為沸水堆和壓水堆。沸水堆不設(shè)蒸汽發(fā)生器，水流過(guò)燃料組件時(shí)慢化中子的同時(shí)吸收熱量形成蒸汽，高壓狀態(tài)下泵入渦輪做功發(fā)電。
　　壓水堆則需要蒸汽發(fā)生器。在巨大壓力下，經(jīng)過(guò)燃料組件并被加熱的始終是液態(tài)水，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器后加熱它回路中的水產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電。
　　華能石島灣核電公司總經(jīng)理賀云生告訴記者，現(xiàn)在世界上商業(yè)運(yùn)行的400多臺(tái)機(jī)組大部分在20世紀(jì)70年代石油危機(jī)后建設(shè)，稱為第二代核電機(jī)組，都是不同型號(hào)的水冷堆，主要是壓水堆。第二代技術(shù)證明了核電在經(jīng)濟(jì)上是可行的。但是前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站和美國(guó)三里島核電站事故的發(fā)生，讓人們意識(shí)到第二代技術(shù)的不完善性。在美歐等國(guó)家的推動(dòng)下，第三代核電的概念產(chǎn)生。一個(gè)根本差別是，第三代核電技術(shù)把設(shè)置預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故作為設(shè)計(jì)核電站必須滿足的要求。
　　當(dāng)前世界各國(guó)除了對(duì)正在運(yùn)行的第二代機(jī)組進(jìn)行延壽與補(bǔ)充性建一些二代加的機(jī)組外，核電建設(shè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向更安全、更經(jīng)濟(jì)的第三代核電機(jī)型。我國(guó)第三代核電建設(shè)的步伐走在世界前列。國(guó)家核電技術(shù)公司引進(jìn)的美國(guó)先進(jìn)非能動(dòng)型壓水堆（AP1000，落地電站浙江三門、山東海陽(yáng)，正在建設(shè)）以及中國(guó)廣核集團(tuán)公司引進(jìn)的法國(guó)歐洲改進(jìn)型壓水堆（EPR，落地電站廣東臺(tái)山，在建）都屬于第三代核電機(jī)型。同時(shí)，由中廣核和中核聯(lián)合開發(fā)的融合了“能動(dòng)與非能動(dòng)”先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的我國(guó)自主三代核電“華龍一號(hào)”已經(jīng)基本成型，具備建設(shè)條件 （落地機(jī)組福建福清5、6號(hào)機(jī)組和防城港二期）。此外，在消化引進(jìn)第三代先進(jìn)核電AP1000技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)還正在開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、功率更大的非能動(dòng)大型先進(jìn)壓水堆CAP1400（示范電站規(guī)劃于山東榮成石島灣）。
　　華能高溫氣冷堆核電站屬于什么技術(shù)？華能石島灣核電公司副總經(jīng)理張愛軍形容，它是“超越第三代技術(shù)”、具有第四代核電特征的先進(jìn)反應(yīng)堆。
　　未來(lái)核電
　　張愛軍介紹，在三里島和切爾諾貝利事故后，世界核能界積極研究開發(fā)新一代具有更好安全性的核電技術(shù)。在輕水堆技術(shù)方面，發(fā)展了AP1000、EPR等第三代核電技術(shù)。在氣冷堆領(lǐng)域，于1980年初，德國(guó)西門子公司提出模塊式高溫氣冷堆概念。這種反應(yīng)堆不但工作溫度遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的設(shè)計(jì)，從而獲得更高的效率；更吸引人的是，在喪失冷卻劑事故下，不采取任何應(yīng)急冷卻措施，燃料元件的最高溫度不會(huì)超過(guò)其設(shè)計(jì)損壞限值。
　　它的工作原理是，高溫氣冷堆采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，采用耐高溫的石墨作為慢化劑和堆芯結(jié)構(gòu)材料，用化學(xué)惰性的氦氣作為冷卻劑，利用氦氣將反應(yīng)堆裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，加熱二回路不帶放射性的水產(chǎn)生蒸汽，高溫高壓的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。它引人注目的安全目標(biāo)是：所有現(xiàn)實(shí)可設(shè)想的嚴(yán)重事故的后果都不得有顯著的場(chǎng)外輻射影響。模塊式高溫氣冷堆因此成為第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的6個(gè)候選堆型之一。
　　這種反應(yīng)堆比現(xiàn)在的反應(yīng)堆要穩(wěn)定得多。華能石島灣核電公司運(yùn)行部主任陳立強(qiáng)告訴記者，其原理有關(guān)“多普勒展寬”。鈾燃料越熱，燃料分子振動(dòng)就越強(qiáng)。當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)部溫度升高，鈾-235吸收自由中子的能力降低，從而產(chǎn)生的裂變減少。與此同時(shí)，燃料顆粒中的鈾-238吸收中子的能力變強(qiáng)，導(dǎo)致自由中子數(shù)量減少。因此，燃料溫度越高，裂變強(qiáng)度越低。（每個(gè)反應(yīng)堆都存在這個(gè)現(xiàn)象，高溫氣冷堆則更有效地運(yùn)用了這種影響。）隨著功率降低，反應(yīng)堆將穩(wěn)定在某個(gè)溫度，而高溫氣冷堆的球形燃料足以耐受這些溫度。這樣，高溫氣冷堆排除了因燃料球燒毀而導(dǎo)致堆芯熔化的可能，在嚴(yán)重事故下可依靠自身的負(fù)反應(yīng)性補(bǔ)償能力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停 堆，出現(xiàn)任何事故在技術(shù)上甚至不需要采取廠外應(yīng)急措施。
　　由于有這樣突出的安全特性，國(guó)際核電界一直緊鑼密鼓展開對(duì)高溫氣冷堆技術(shù)的研究。2005年美國(guó)能源法案要求能源部必須在2021年前開發(fā)高溫氣冷堆技術(shù)。法國(guó)的法馬通公司也在積極開展高溫氣冷堆技術(shù)研究，并已參加美國(guó)愛達(dá)荷高溫氣冷堆項(xiàng)目的投標(biāo)。日本已經(jīng)建成了高溫工程試驗(yàn)研究堆HTTR用于研究高溫氣冷堆技術(shù)和高溫制氫技術(shù)。
　　在目前全球罕有在運(yùn)第三代核電的情況下，難怪業(yè)界將石島灣高溫氣冷堆稱為“未來(lái)核電”技術(shù)。
　　世界首座
　　我國(guó)的高溫氣冷堆的研究發(fā)展工作始于20世紀(jì)70年代中期。1992年，作為863計(jì)劃能源領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目，確定在清華大學(xué)核研院建一座10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆（HTR-10），其熱功率為10兆瓦。2000年12月，HTR-10建成并首次臨界成功。從2004年開始，華能集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)和中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司啟動(dòng)了20萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆核電站示范工程的前期工作。2007年1月，由中國(guó)華能集團(tuán)公司、中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司、清華大學(xué)各出資47.5%、32.5%和20%共同組建華能山東石島灣核電有限公司。2011年3月1日，高溫氣冷堆示范工程項(xiàng)目核準(zhǔn)報(bào)告順利通過(guò)國(guó)務(wù)院辦公會(huì)議批準(zhǔn)。2012年12月9日，高溫氣冷堆示范工程第一罐混凝土澆筑，標(biāo)志著項(xiàng)目正式開工建設(shè)。計(jì)劃到2017年，石島灣高溫氣冷堆將建成發(fā)電。
　　華能石島灣核電公司副總經(jīng)理呂華權(quán)自豪地說(shuō)，這將是1986年切爾諾貝利核事故后世界上第一個(gè)建造的、具有固有安全特性的商用新型核電站。“石島灣高溫氣冷堆發(fā)電效率不低于40%，機(jī)組可利用率不低于80%，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不低于75%，達(dá)到第四代核能系統(tǒng)的核安全目標(biāo)，標(biāo)志著我國(guó)的高溫氣冷堆技術(shù)已走在了世界前列?！眳稳A權(quán)還介紹，高溫氣冷堆核電站的應(yīng)用前景非常廣。由于采用模塊化建造，一個(gè)廠址可布置多個(gè)同樣的模塊，通過(guò)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、批量化建造來(lái)降低成本。由于熱效率高，高溫氣冷堆核電廠排出的廢熱比輕水堆核電廠少35～40％。高溫氣冷堆核電廠可以建在冷卻水源不足的地方，選址非常靈活；由于熱污染少，可以建在人口較密的城鎮(zhèn)附近。此外，高溫氣冷堆核電站反應(yīng)堆出口的氦氣溫度達(dá)到700~900攝氏度，是一種優(yōu)質(zhì)的工藝熱源，可用于水熱裂解制氫，為未來(lái)氫能時(shí)代提供清潔能源。
　　就像積極參與“未來(lái)煤電”技術(shù)發(fā)展，建設(shè)天津IGCC示范電站一樣，在發(fā)展世界先進(jìn)核電技術(shù)上，華能同樣走在前面。華能集團(tuán)瞄準(zhǔn)石島灣這個(gè)優(yōu)良的核電基地，一方面積極參與第三代核電技術(shù)開發(fā)建設(shè)，一方面超前地推進(jìn)具有第四代核能技術(shù)特征的高溫氣冷堆核電站建設(shè)。一個(gè)國(guó)際領(lǐng)先水平的大型核電基地呼之欲出。