“天生”安全的核反应堆 打开核电发展新空间

  说起核电站，“安全”无疑是大家最为关注的话题，这是核能发展的生命线。解决核电建设难题、最终实现高水平质量的发展，就需首先揭开核电神秘的面纱，用数据说话、用科学支撑。

  近日，国务院国资委新闻中心“走进新国企——向新而行 智造未来”融媒体采访团来到山东荣成，深入华能石岛湾核电基地生产一线。一座“不会熔毁的核反应堆”向外界展现了大国重器的硬核担当。

  “高温气冷堆核电站示范工程，是全球首座第四代核电站，最大的优势就是安全。”在基地科技馆，华能石岛湾核电公司运行值长仝礼允介绍，在安全方面能用“四不怕”来概括该核电站的突出优点，即不怕没有电、不怕没有水、不怕没有气、不怕没有人。

  据其介绍，在最极端的情况下，即使反应堆突发故障或遭遇自然灾害，一切操作系统都失灵的情况下，不依靠任何外界干预，反应堆仍旧能依靠自身的物理特性，自己保持在安全状态。

  高温气冷堆核电站示范工程是我国完全自主设计、建造、调试和运营的全球首座球床模块式高温气冷堆，于2023年底投入商运，设备国产化率达到93.4%。

  如何理解“高温”和“气冷”两个关键词？所谓“高温”，指的是堆内核燃料和其他材料均采用耐高温材料，这些条件使得高温气冷堆的工作时候的温度和冷却剂的堆芯出口温度能达到其它堆型难以企及的高度——900至1000摄氏度。所谓“气冷”则是区别于“水冷”，利用气体进行堆芯冷却和热传导。

  仝礼允介绍，要实现核能安全，必须确保三大要素：一是核裂变反应的有效控制，二是及时导出停堆以后堆芯的余热，三是牢牢地把放射性物质包容起来。“如果反应堆不靠外部动力、冷却剂等，就能确保核反应不失控、反应堆不熔毁、放射性不泄漏，那就是‘天生’安全的。”

  在设计建造过程中，该示范工程的科学家们为其设置了三道防线：第一道防线是耐高温的球形燃料元件，四层耐高温的陶瓷“盔甲”包裹着核燃料，最高可承受1620摄氏度的高温。而反应堆在任何事故情况下，堆芯内部最高的温度都低于1620摄氏度。因此能保证包覆燃料颗粒的完整性不受影响，可有很大效果预防放射性物质外泄。

  第二道防线是反应堆具有自稳特性。当温度达到设定阈值时，反应堆会进行负反馈，功率自己会降下来，使核裂变反应得到一定效果控制。

  第三道防线是非能动的余热排出系统，它不需要任何外界动力，堆芯余热能够借助热传导、自然对流换热和热辐射等自然机制的非能动方式将热量释放到大气中，避免堆芯过热发生熔毁。

  除了固有安全性，高温气冷堆还具有出口温度高、环境友好性、模块化设计等优良性能，可大范围的应用于热电联产、稠油热采、化工冶金等领域，商业化应用前景广阔。

  今年3月，华能石岛湾高温气冷堆示范工程核能综合利用项目与荣成市政供热管网并网，荣成市近2000户居民由燃煤供暖模式“切换”为核能供暖模式，这也标志着四代核能综合利用取得突破。

  该项目利用高温气冷堆蒸汽系统引出的高温蒸汽，将换热器里的水加热成高温水，高温水流向市政和电站力能区换热站并进行二次换热后，成为居民供暖热水，在保障和改善民生的同时，进一步助力城市低碳发展。

  据了解，按照上述供暖规模，每个供暖季可替代燃煤3700吨，减少二氧化碳排放6700吨。

  作为创新引领工程、重大战略工程，华能石岛湾高温气冷堆示范工程对于保障我国在重点关键领域自主可控、增强产业链韧性水平，助力我国实现“双碳”目标、构建新型电力系统，意义十分重大，特别是在规模化制氢等方面具备广阔的应用前景，在国际社会正受到慢慢的变多的关注。