“天生”安全的核反應堆 打開核電發展新空間
文章來源：人民政協網 發布時間：2024-05-08
說起核電站，“安全”無疑是大家最為關注的話題，這是核能發展的生命線。解決核電建設難題、最終實現高質量發展，就需首先揭開核電神秘的面紗，用數據說話、用科學支撐。
華能石島灣高溫氣冷堆核電站
近日，國務院國資委新聞中心“走進新國企——向新而行 智造未來”融媒體采訪團來到山東榮成，深入華能石島灣核電基地生產一線。一座“不會熔毀的核反應堆”向外界展現了大國重器的硬核擔當。
“高溫氣冷堆核電站示范工程，是全球首座第四代核電站，最大的優勢就是安全。”在基地科技館，華能石島灣核電公司運行值長仝禮允介紹，在安全方面可以用“四不怕”來概括該核電站的突出優點，即不怕沒有電、不怕沒有水、不怕沒有氣、不怕沒有人。
據其介紹，在最極端的情況下，即使反應堆突發故障或遭遇自然災害，一切操作系統都失靈的情況下，不依靠任何外界干預，反應堆仍然可以依靠自身的物理特性，自己保持在安全狀態。
高溫氣冷堆核電站示范工程是我國完全自主設計、建造、調試和運營的全球首座球床模塊式高溫氣冷堆，于2023年底投入商運，設備國產化率達到93.4%。
如何理解“高溫”和“氣冷”兩個關鍵詞？所謂“高溫”，指的是堆內核燃料和其他材料均采用耐高溫材料，這些條件使得高溫氣冷堆的工作溫度和冷卻劑的堆芯出口溫度可以達到其它堆型難以企及的高度——900至1000攝氏度。所謂“氣冷”則是區別于“水冷”，通過使用氣體進行堆芯冷卻和熱傳導。
仝禮允介紹，要實現核能安全，必須確保三大要素：一是核裂變反應的有效控制，二是及時導出停堆以后堆芯的余熱，三是牢牢地把放射性物質包容起來。“如果反應堆不靠外部動力、冷卻劑等，就能確保核反應不失控、反應堆不熔毀、放射性不泄漏，那就是‘天生’安全的。”
在設計建造過程中，該示范工程的科學家們為其設置了三道防線：第一道防線是耐高溫的球形燃料元件，四層耐高溫的陶瓷“盔甲”包裹著核燃料，最高可承受1620攝氏度的高溫。而反應堆在任何事故情況下，堆芯內部最高的溫度都低于1620攝氏度。因此能保證包覆燃料顆粒的完整性不受影響，可有效防止放射性物質外泄。
第二道防線是反應堆具有自穩特性。當溫度達到設定閾值時，反應堆會進行負反饋，功率自己會降下來，使核裂變反應得到有效控制。
第三道防線是非能動的余熱排出系統，它不需要任何外界動力，堆芯余熱能夠借助熱傳導、自然對流換熱和熱輻射等自然機制的非能動方式將熱量釋放到大氣中，避免堆芯過熱發生熔毀。
除了固有安全性，高溫氣冷堆還具有出口溫度高、環境友好性、模塊化設計等優良性能，可廣泛應用于熱電聯產、稠油熱采、化工冶金等領域，商業化應用前景廣闊。
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并網，榮成市近2000戶居民由燃煤供暖模式“切換”為核能供暖模式，這也標志著四代核能綜合利用取得突破。
該項目利用高溫氣冷堆蒸汽系統引出的高溫蒸汽，將換熱器里的水加熱成高溫水，高溫水流向市政和電站力能區換熱站并進行二次換熱后，成為居民供暖熱水，在保障和改善民生的同時，進一步助力城市低碳發展。
據了解，按照上述供暖規模，每個供暖季可替代燃煤3700噸，減少二氧化碳排放6700噸。
作為創新引領工程、重大戰略工程，華能石島灣高溫氣冷堆示范工程對于保障我國在重點關鍵領域自主可控、增強產業鏈韌性水平，助力我國實現“雙碳”目標、構建新型電力系統，意義十分重大，特別是在規模化制氫等方面具備廣闊的應用前景，在國際社會正受到越來越多的關注。
【責任編輯：語謙】
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