我國擁有自主知識產權的全球首座第四代核電站投產

我國擁有自主知識產權的全球首座第四代核電站投產--

自主創新鑄就“不熔毀的反應堆”

　　日前，隨著機組通過168小時連續運行的試驗，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在山東榮成正式投入商業運行，該項目可向電網持續穩定輸送清潔電力，是我國擁有自主知識產權的全球首座第四代核電站，這標志著我國打開了第四代核能系統技術從實驗堆邁向商用市場的大門。

　　第四代核電站緣何成為世界“頂流”？“高溫氣冷堆技術是最新一代的核電技術，示范工程更是'全球首堆'，因此沒有經驗可借鑒。我們摸著石頭過河，用了19年的時間，趟出來一條創新之路。”華能山東石島灣核電有限公司（下稱華能石島灣公司）總經理張延旭表示。

　　設備國產化率達93.4%

　　核電發展史上出現的切爾諾貝利事件、福島事件讓原本作為清潔能源的核電籠罩了一層陰霾，不少人“談核色變”，對于核電安全眾說紛紜。因此，發展具備固有安全性的核反應堆技術，成為了核電領域科學家們的夢想。

　　事實上，自上世紀開始，世界各國均在不斷尋求更加安全的核電技術，在第三代和第四代核電站分類標準上不斷加強對于安全性的追求。

　　“做永不熔堆的核反應堆。”這是第四代核電站創新者們曾經的夢想，如今已然成為現實--相比第三代核電站，第四代核電站強化安全改進的同時引入固有安全理念，可以保證反應堆在任何事故下不發生堆芯熔毀和放射性物質外泄情況，獨特的固有安全性也成為了其標志性特征之一。

　　實現核反應堆的固有安全性，需要確保放射性不外泄、核裂變反應不失控、停堆后堆芯余熱能夠及時導出。高溫氣冷堆的燃料元件由1.2萬個多層陶瓷涂層材料包裹的燃料包覆顆粒組成。陶瓷材料在核燃料外包裹形成了一個堅固的“核桃殼”，能有效隔離和固化放射性物質。通過不停堆在線換料的方式，高溫氣冷堆減少了一次裝料引入的過剩反應性。同時依靠燃料球超過一定溫度時，溫度越高反應性越低的特性，確保反應堆內核裂變反應不失控。此外，高溫氣冷堆每個模塊功率密度低，停堆后產生的余熱處于較低水平。這些余熱通過熱輻射、熱傳導等基本的自然現象能實現非能動載出。

　　要實現這些功能，示范工程建設團隊必然要自主研發關鍵的技術和設備、完成大型部件的國產化制造、建立燃料元件的生產線……“華能集團聯合項目團隊各單位開展關鍵技術攻關和核心設備研制，攻克了核級關鍵設備制造、一體化燃料裝卸料系統10余項重大技術難關，成功研制出超大、超重反應堆壓力容器等2200多臺（套）世界首臺（套）設備，累計獲得授權專利近3000件，設備國產化率達93.4%。”張延旭介紹，歷經數年的不懈努力，從基礎研究到試驗堆，再到示范工程，我國在高溫氣冷堆的自主設計和建造方面，形成了獨立自主的知識產權。

　　完成首堆并網發電

　　將技術從實驗堆安全地搬到市場，離不開一次又一次的調試工作。由于核技術的特殊性，核電站的調試工作有著近乎苛刻的要求，行業內將其形象地比喻為機組安全的“探雷”“排雷”行動。

　　高溫氣冷堆示范工程一回路使用氦氣冷卻，因此反應堆冷態試驗對核島主要設備的檢測只能采用氣壓試驗。“試驗壓力最高蓄能相當高，稍有不慎后果不堪設想。”華能石島灣公司調試管理辦公室朱英杰介紹，當接到試驗任務時，他繃緊了心弦，開始不分晝夜地啃法規、寫資料、編程序。在這一過程里，他發現還需要提高主設備溫度才能保證試驗成功。然而設備體積很大，不容易保溫。隨即，他和同事們展開頭腦風暴，分析計算相關參數，聯系設計專家多方論證，千方百計尋求解決辦法……經過十幾個日夜的摸索，他們終于攻克了這一難題。在試驗成功的歡慶時刻，大家發現，朱英杰的頭發在這十幾天里已變得花白。

　　從行業經驗看，新堆型的核電機組調試，從來沒有水到渠成、一帆風順的。示范工程沒有非核蒸汽沖轉的調試項目，為了提前驗證常規島主設備可用性，調試負責人趙峰提議與核島調試并行推進非核蒸汽沖轉試驗。大家都認為提議很好，可高溫高壓的蒸汽到哪里去找？“既然是新堆型的新問題，就得創造新的路徑。”趙峰很樂觀。他帶領同事們調研加熱設備，設計蒸汽臨時管道。一個方案提出來，風險評估沒有通過，他們就再提一個。創新的設想一遍一遍提出來，又一遍一遍被推翻重來。經過了無數次分析論證，他們提出了“輔助電鍋爐+啟動加熱器+三聯控調節“的非核蒸汽沖轉方案，并在示范工程上順利實施，大大提高了核電機組的調試效率。

　　圓滿完成首堆并網發電，發出”華能第一度核電“離不開項目調試團隊的每一次英勇探路--他們攻克數百項技術難題，研發出一套高溫氣冷堆特有的調試運行技術。

　　提升商業應用價值

　　未來，高溫氣冷堆的應用前景遠超想象。我國是世界上最大的能源消費國之一，對能源的需求量巨大，傳統的能源備案的形式很難滿足需求，而伴隨著我國四代核電站的建成運行，這一空缺將被填補。

　　“依托該示范工程，我國系統掌握了高溫氣冷堆設計、制造、建設、調試、運維技術，形成了一套可復制、可推廣的標準化管理體系，并建立起以專利、技術標準等為核心的知識產權體系，進一步提升我國在世界先進核電技術領域的國際話語權。”華能石島灣公司技術支持部李志容表示。

　　打造具有商業推廣價值的高溫氣冷堆系列型譜產品，擴大核能多用途綜合利用，高溫氣冷堆正為助力國家加快實現“雙碳”目標做出貢獻。業內人士表示，高溫氣冷堆在核能發電、熱電冷聯產及高溫工藝熱應用等領域的商業化應用前景廣闊，可優化能源結構、保障能源供給安全。

　　“我國在高溫氣冷堆領域的專利申請量排名全球第一，領先于其他國家和地區，此外，我國在高溫氣冷堆領域的專利申請量整體上呈現增長趨勢。”李志容表示，可以預見的是，在我國相關政策的支持下，隨著高溫氣冷堆的商業化推廣應用，產業鏈的優化完善，后續高溫氣冷堆領域的專利布局還將繼續加大。(記者 葉云彤)

　　轉自：中國知識產權報

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