核能与新能源技术研究院

Institute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University 

国家科技重大专项新闻发布会发言稿

                                                                                    高温气冷堆核电站重大专项技术总设计师  张作义

2017年8月31日

各位领导、各位来宾、新闻界的朋友们,

    大家好!

高温气冷堆核电站是"大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”重大专项的一个重要组成部分。经国务院批准的重大专项总体目标是:以我国已经建成运行的10MW高温气冷实验堆为基础,攻克高温气冷堆工业放大与工程实验验证技术,高性能燃料元件批量制备技术,建成具有自主知识产权的20万千瓦模块式高温气冷堆核电站示范工程,以及开展氦气透平直接循环发电及高温堆制氢等技术研究,为发展第四代核电技术奠定基础。

专项在科技部、发改委、财政部领导下,由国家能源局负责组织实施,组成了产学研结合的合作团队。其中,由华能集团牵头,中国核建与清华控股参与组成示范电站的建设与运营实施单位。中国核建与清华控股牵头,中国广核参与组成工程实施单位。清华大学核研院是技术研发实施单位。

迄今为止,对照总体目标要求,专项的进展简单概括为:“一-三-三”。

“一”是指在山东荣成石岛湾建设的20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程即将建成。

 示范工程经国务院批准,于2012年12月正式开工建设。反应堆采用2个热功率250MW的球床模块式高温气冷堆模块,连接1台蒸汽参数达到567℃的高参数蒸汽轮机,发电212MW,发电效率42%。在华能集团、中国核建集团和清华大学主要领导的支持下,项目联合团队克服了各种困难,取得了重大进展。迄今为止,工程设计和土建工程已经全部完成,除个别设备以外的全部设备已经到达现场,或者正在进行出厂验收。主要设备已经就位,第1个反应堆模块的安装即将完成。汽轮发电机组,核岛110kV倒送电,核电厂主控制室,模拟机等设施已经投入使用。示范工程已全面进入调试阶段。

第一个“三”是三大方面的创新进展,包括:高性能核燃料,工业放大与工程技术试验验证,以及主要关键设备的研制。

其一是全陶瓷型的高性能核燃料,利用清华大学中试生产线的技术成果,在中国核工业集团包头北方核燃料公司建成了高温气冷堆核燃料元件厂,年产30万个燃料球。截至2017年7月,第20万个连续生产的燃料球下线,标志着燃料元件厂已经实现了设计生产能力,质量满足设计要求。这个采用中国自主研发技术,全部装备国产化的燃料元件厂在技术水平和生产规模上居于世界首位。

在批量生产过程中任意选取了10个燃料球,送到欧盟的高通量实验核反应堆中,在1100℃的高温下,接受了3年的实际核裂变及中子辐照考验。辐照后的燃料球又在厚铅玻璃屏蔽的实验装置内加热到1650℃,测试在这种极限条件下,核燃料里面核裂变产生的放射性泄露的量。目前,所有预定的试验项目均已圆满完成,结果表明燃料元件在高达1650℃高温条件下,能够有效地阻挡放射性的泄露。有关指标达到了世界最好水平。

如果我们能够设计这样的核反应堆,在极端事故下,不要任何干预,核燃料的温度都不会超过上述经过验证的1650℃高温限值,我们就能够得到一种近乎理想的安全的核反应堆,依靠材料本身的能力,就能够保证反应堆不会熔毁,放射性不会大量外泄。

这是高温气冷堆确保固有安全的最核心技术。

其二是研发工作,完成了所有工业放大与工程技术试验验证的工作。我国的高温气冷堆核电站示范工程不仅仅是世界首台套,而且是“创新性”技术。在重大专项的支持下,在清华大学核研院北京昌平基地内,建设了世界上规模最大的高温高压氦气工程试验台架,模拟反应堆内同样的条件,全尺寸实际测试了高温气冷堆核心关键设备。包括主氦风机、蒸汽发生器、控制棒、燃料装卸系统、吸收球第二停堆系统等。反应堆的心脏装备,采用磁悬浮轴承的主氦风机,在试验台上与反应堆相同的热态环境下,完成了数千小时、超过500次瞬态工况,以及各种极限条件下的测试。蒸汽发生器的一个完整组件,在热功率10MW,蒸汽出口570℃,压力13.25MPa条件下完成了运行测试。上述工作均已经完成。

其三是设备研制,完成了一系列世界首台套的重大装备的制造。例如上海电气完成了反应堆压力容器、金属堆内构件、控制棒驱动机构等重要装备的研制。上海电气鼓风机厂和哈电佳木斯电机厂完成了主氦风机的研制。蒸汽发生器的关键技术及工艺取得突破,哈尔滨电气承担的蒸汽发生器制造已经接近完成。宝鸡生产的燃料装卸系统主要设备已经运抵现场。经过重大专项的研发,我们在示范工程上已经实现了90%的国产化率。

我们的进展在国际上产生了很好的影响。福布斯杂志在2016年11月发表的评论文章说,中国关于高温气冷堆的报告“获得了全场持久的掌声,响起了只有在足球场上才能听到的喝彩声”。

第二个“三”是三个关键词,揭示了这个项目的重大意义或应用前景

第一个关键词是“四代”。这是世界上示范工程最接近完成,因此也最接近商业化,安全性最高的四代核电技术。它被国际上认为是一种“不会熔毁的反应堆”。我们可以利用山东示范工程已经验证的技术,在保持主要设备及系统不变的情况下,多个模块组合,形成60万千瓦的核热电联产机组。这种机组可以用来替代同等功率的燃煤发电机组,实现高效发电。由于发电系统和60万千瓦火电机组类似,还可以充分利用燃煤电站原有的设备和基础设施。同时,通过汽轮机的抽汽,既可以提供石化产业的高参数蒸汽,也可以提供民用大规模集中供暖等领域所需的低参数蒸汽,实现很高的能源利用效率。

第二个关键词是“高温”,示范工程的反应堆出口温度是750℃,在同样的反应堆设计及使用同样材料情况下,可以实现950-1000℃的高温供热。利用这种高温能量,可以用来大规模高效率生产氢气,为从钢铁工业到汽车交通等各种领域提供新型能源,推动这些领域的跨越式发展。

第三个关键词是“气冷”,所有的核能与核动力装置,都要经过“核-热-电或动力”的转换过程,而“热-电”的转换过程几乎都是用高能气体推动涡轮机的。如果高温气冷堆的燃料性能达到很高的水平,我们就能够把上述“核-热-电”转换高度集成在一个回路中,实现重大专项总体目标中要求的“氦气透平直接循环发电”。在最小的空间内,实现最高的动力输出,达到最高的效率。

非常感谢大家对高温气冷堆核电站重大专项的关注和支持。谢谢大家。