人民網記者杜燕飛從中國華能獲悉，全球首座高溫氣冷堆核電廠在山東石島灣並網發電。這是全球第一個並網發電的第四代高溫氣冷堆核電計畫，標誌著中國在該領域成為世界核電技術的領跑者。
石島灣200百萬瓦高溫氣冷堆核電廠
㈠ 高溫氣冷反應爐的工作原理
高溫氣冷反應爐采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以耐高溫的石墨作為慢化劑、以化學惰性的氦氣作為冷卻劑，顧名思義「氣冷」。氦氣的出口溫度可以高達750℃-950℃，故稱「高溫」。
其工作原理為：
①當反應爐內的核燃料進行核分裂反應時，釋放出的熱量由流經爐心的氦氣帶入蒸汽發生器，將蒸汽發生器另一側的液態水加熱汽化。冷卻後的氦氣重新回到爐心繼續冷卻反應爐，形成閉式迴圈回路。
②蒸汽發生器另一側的水蒸汽被帶入汽輪發電機組，將熱能轉換成電能。
高溫氣冷堆工作原理示意圖
㈡ 高溫氣冷堆的特點
①高溫氣冷反應爐具備固有安全性 。即是反應爐在不依靠外部動力、訊號和冷卻劑的情況下，就能確保爐心核分裂反應不失控；及時帶走爐心的余熱，確保爐心不熔毀；牢牢地把放射性物質包裹起來，確保放射性不泄漏。
高溫氣冷反應爐的固有安全特性確保核電廠避免發生類似美國三哩島、前蘇聯車諾比和日本福島的核電廠事故。
②釆用模組式反應爐設計。 其原理是把反應爐拆分成苦幹個小的模組，每個模組都可以獨立地執行，然後把各自產生的蒸汽合並送入汽輪發電機組。
每個小模組的功率密度比較低。當發生意外時，爐心的余熱可以透過熱傳導、熱放射線非能動地載出，避免爐心熔化。
有了模組組合的設計，核電廠的規模可以根據電力需求靈活配置。這使得高溫氣冷堆核電廠具有更廣闊的適應力和靈活性。
③自主研制耐高溫全陶瓷包覆顆粒球形核燃料元件。 鈾燃料被做成小顆粒，每個顆粒外包覆一層低密度碳、兩層高密度碳和一層碳化矽，形成直徑小於1公釐的包覆顆粒。包覆顆粒均勻彌散在石墨慢化材料中，制造成直徑為6厘米的球形燃料元件。發生核反應或者意外發生時，包覆層可以將包覆顆粒中產生的放射性物質留在顆粒內，進一步支撐了固有安全。
鈾燃料結構示意圖
④反應爐實作不停堆線上換料。 在反應爐執行中，新燃料球從反應爐頂部填入，球靠重力落入爐心。反應過的燃料球再從反應爐底部卸出。整個裝卸料過程不需要停堆。這種方式大大提高了執行效率，也大大降低了有效控制核分裂反應的難度。
㈢ 中國高溫氣冷堆的領軍人物王大中院士
王大中院士是國際核能領域的著名專家學者，他帶領產學研聯合團隊實作了中國高溫氣冷堆技術從跟跑、並跑到領跑的全過程。2021年11月，王大中獲2020年度國家最高科學技術獎。
王大中院士
1935年王大中院士出生於河北省昌黎縣。1958年畢業於清華大學工程物理系，1982年獲德國阿亨工業大學自然科學博士學位。
留學回國後，他加入清華大學核能所，深耕高溫氣冷堆研究30多年，主持研發並建成了世界第一座具有固有安全特征的10百萬瓦模組式球床高溫氣冷實驗堆，為中國建成200百萬瓦高溫氣冷堆核電廠奠定了堅實的理論和實驗基礎。
他還主持研究、設計、建造、執行成功世界上第一座5百萬瓦殼式一體化低溫核供熱堆。
1989年11月王大中宣布5百萬瓦低溫核供熱堆啟動執行成功
先後歷任過清華大學核能所研究室主任、所長，核研院院長，以及清華大學校長。
㈣ 高溫氣冷堆的展望
2022年4月2日，國家能源局聯合科學技術部釋出【「十四五」能源領域科技創新規劃】。在重點任務方面，提出：研發（超）高溫堆「熱－電－氫」多聯產套用技術，形成（超）高溫氣冷堆多用途套用技術方案。
山東石島灣高溫氣冷堆200百萬瓦核電廠的氦氣出口溫度為750℃，可產生566℃的過熱蒸汽。後期高溫氣冷堆有望進一步提高執行溫度到950℃。除了高效發電之外，還可用於核能大規模綠色制氫、熱電聯產、稠油熱采、有望對解決石化、冶金、交通等行業的二氧化碳排放問題發揮關鍵支撐作用。
高溫氣冷堆是已經確定的未來第四代核電技術的發展方向之一，有著巨大的發展前景。在未來五年的核電規劃中，中國將建成600百萬瓦級商用高溫氣冷堆核電廠。
600百萬瓦高溫氣冷堆核電廠模型
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