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”——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。基于固有安全特性，高溫氣冷堆還可大量簡(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。(王軼辰)

關(guān)鍵詞： 高溫氣冷堆核電站 先進(jìn)核能系統(tǒng) 能源需求 核反應(yīng)堆