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突破核電技術(shù)發(fā)展瓶頸

經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2021-12-30 09:19:55  作者:王軼辰

  盡管優(yōu)勢(shì)明顯,但核電安全問(wèn)題仍是其命門(mén)。應(yīng)充分利用我國(guó)在高溫氣冷堆技術(shù)上相對(duì)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì),繼續(xù)推動(dòng)有關(guān)技術(shù)攻關(guān),探索高溫氣冷堆商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)優(yōu)勢(shì),搶占世界核電技術(shù)制高點(diǎn)。

  近日,國(guó)家科技重大專項(xiàng)——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程首次并網(wǎng)成功,發(fā)出第一度電,標(biāo)志著全球首座具有第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)特征的球床模塊式高溫氣冷堆,實(shí)現(xiàn)了從“實(shí)驗(yàn)室”到“工程應(yīng)用”質(zhì)的飛躍,標(biāo)志著我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握第四代核能技術(shù)的國(guó)家之一,意味著在該領(lǐng)域我國(guó)成為世界核電技術(shù)的領(lǐng)跑者。

  高溫氣冷堆的建成,有望開(kāi)創(chuàng)核能應(yīng)用的一條新路線,成為人類能源進(jìn)步史上的一個(gè)里程碑。隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求持續(xù)增加,人們逐漸認(rèn)識(shí)到,核能能量密度大,核電運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、換料周期長(zhǎng),生產(chǎn)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生碳排放,在技術(shù)上可作為大規(guī)模替代化石能源的基荷電源。

  盡管優(yōu)勢(shì)明顯,但核電有一大“命門(mén)”——安全。歷史上,1979年美國(guó)三里島、1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利、2011年日本福島等嚴(yán)重的核電站事故,都曾引發(fā)較大社會(huì)恐慌,給核電發(fā)展蒙上陰影。人們意識(shí)到,任何時(shí)候都必須保證核反應(yīng)堆堆芯能夠充分冷卻,否則將會(huì)造成嚴(yán)重事故。為此,核電站增設(shè)了多種注水、補(bǔ)水系統(tǒng),這些系統(tǒng)包括大量水泵、閥門(mén)等能動(dòng)部件,需要確保其動(dòng)力源的可靠性,這導(dǎo)致系統(tǒng)愈加復(fù)雜、龐大,大幅推升核電建設(shè)成本和周期。世界核電發(fā)展也陷入瓶頸期。

  核能發(fā)電的原理其實(shí)和火電廠沒(méi)太大區(qū)別,都是利用熱能“燒開(kāi)水”,只是后者用燃煤、燃?xì)獾犬a(chǎn)生熱量,前者用核反應(yīng)堆產(chǎn)生熱量。因此,發(fā)展具有固有安全,即不依靠人為干預(yù),僅僅利用自然規(guī)律,使反應(yīng)堆自動(dòng)冷卻的反應(yīng)堆技術(shù),成為了各個(gè)堆型一直追求的發(fā)展目標(biāo)。據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)有兩大核心指標(biāo):一是,無(wú)論核電站發(fā)生什么事故,都不會(huì)對(duì)站外公眾造成損害;二是,在經(jīng)濟(jì)上能夠和其他電力生產(chǎn)方式相競(jìng)爭(zhēng)。

  高溫氣冷堆的準(zhǔn)商業(yè)化是突破核電發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵一步。高溫氣冷堆,顧名思義是指具有高溫特征、使用氣體進(jìn)行堆芯冷卻的核反應(yīng)堆技術(shù),固有安全性為其核心特征。相比其他反應(yīng)堆,高溫氣冷堆產(chǎn)生的余熱少,僅靠自然散熱就能夠把堆芯的熱量帶走,其燃料構(gòu)成也很特別,能夠經(jīng)受大約1600℃的熔點(diǎn)高溫。即使在喪失所有冷卻能力、面臨嚴(yán)重事故的情況下,不采取任何外界干預(yù),反應(yīng)堆仍能保持安全狀態(tài),不會(huì)出現(xiàn)堆芯熔毀事故,被稱為“傻瓜堆”。

  在解決安全問(wèn)題的同時(shí),高溫氣冷堆發(fā)電效率也得到大幅提升。核反應(yīng)堆冷卻劑的出口溫度對(duì)發(fā)電效率有決定性影響。高溫氣冷堆氦氣出口平均溫度可達(dá)750℃,并具備提高至950℃以上的潛力,采用氦氣循環(huán)方式,熱效率可達(dá)50%。與壓水堆相比,高溫氣冷堆的發(fā)電能力相當(dāng)于一座同等熱功率壓水堆發(fā)電能力的1.5倍。

  高溫氣冷堆采取小型模塊化的“樂(lè)高式”拼接設(shè)計(jì),使得核電利用更加便利。我們能像搭積木一樣拼接式組建核電站,這種模塊化設(shè)計(jì)和建造的方法,能夠大幅縮短核電站的建造周期,同時(shí)降低建設(shè)成本?;诠逃邪踩匦裕邷貧饫涠堰€可大量簡(jiǎn)化應(yīng)急措施,廠址適應(yīng)性更強(qiáng),具備在人口相對(duì)稠密的大中型城市附近建設(shè)的條件。

  更重要的是,高溫氣冷堆大幅拓展了核電利用的領(lǐng)域。高溫氣冷堆產(chǎn)生的高溫工作介質(zhì)可以作為高溫工藝熱源,用于煤的氣化、液化、技術(shù)冶煉等工藝,區(qū)域供熱和海水淡化,并能大大降低高溫制氫的成本,形成無(wú)污染、無(wú)排放的能源鏈。余熱分級(jí)利用,還可降低電站運(yùn)營(yíng)成本。

  推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程,由于每一種能源方案都有其優(yōu)缺點(diǎn),無(wú)法僅依靠單一類型能源完成轉(zhuǎn)型任務(wù)。鑒于全球變暖和人類發(fā)展的規(guī)模,在能源供給中,核電仍將占據(jù)重要位置。高溫氣冷堆的出現(xiàn)使得人們可以像樂(lè)高一樣安全高效地建設(shè)利用核電,其安全性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)一旦在商業(yè)化中證實(shí),將產(chǎn)生重大影響。面對(duì)全球核能系統(tǒng)即將更新?lián)Q代的形勢(shì),應(yīng)充分利用我國(guó)在高溫氣冷堆技術(shù)上相對(duì)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì),借助示范工程,繼續(xù)推動(dòng)高溫氣冷堆有關(guān)技術(shù)攻關(guān),探索高溫氣冷堆商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)優(yōu)勢(shì),搶占世界核電技術(shù)制高點(diǎn),讓先進(jìn)核電技術(shù)更好地保障能源安全,服務(wù)碳中和。

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