世界核电天花板上的存在！华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程并网发电
发布日期：2021/12/20
刚刚
中央经济工作会点名表扬的
国家科技重大专项
华能山东石岛湾高温气冷堆核电站
示范工程并网发电！
这台被2021年中央经济工作会点名表扬的核电机组，装机容量虽仅有20万千瓦，却被业内视为“站在了世界核电天花板上的存在”——
TA是世界首座具有第四代先进核能系统特征的球床模块式高温气冷堆
TA是世界上最安全的在运核电机组
TA是与探月工程、北斗导航并肩的16个国家科技重大专项之一
TA先后攻克了多项世界性、行业性“卡脖子”关键技术
在TA身上，首次使用的设备就有2000多套，创新型设备600多套，设备国产化率达到93.4%
然鹅——
就是这样一个“高精尖”项目
却被业内称为“傻瓜堆”
这是为啥？
Part1：啥叫高温堆？
高温气冷堆常被叫做高温堆
反应堆温度有多高？
理论上讲
高温堆的出口温度可以达到750-950℃
950℃是什么概念？
一般钢厂锻造温度为800℃—850℃
如此高温下，若采用传统蒸汽循环方式，其热效率可以达到40%～47%；采用氦气循环方式，热效率可达到50%。
氦气循环方式不仅效率更高，而且更加安全！那为什么会更安全呢？
Part2:“气”是什么“气”？
气冷，顾名思义，就是用气把高温堆产生的热量带出来。
这个气就是氦气。一种在常温下极轻的无色、无臭、无味的单原子惰性气体，具有表面张力很小、导热性很强、黏度极低等特殊性质。这些特性，对高温气冷堆在正常状态下将反应堆热量导出意义重大。
与现在通用的压水堆技术相比，高温气冷堆发电效率高约10％，这样，同等热功率情况下可以多发电约30%，排放到环境中的热量相对较少。
可做冷却剂的气体有很多，为什么会选择氦气？
这就要说到高温气冷堆的燃料元件。
Part3：为啥要把燃料做成球形？
因为煤球好燃烧？当然不是。
石岛湾高温气冷堆采用的球形燃料元件属于弥散型核燃料，即将包覆燃料颗粒弥散在石墨基体内。作为惰性气体，氦不仅不与石墨发生化学反应，其与燃料和结构材料也具有良好的相容性，从而避免了各种腐蚀问题。
与三代核电压水堆使用的柱状燃料元件相比，球形元件可以承受更高的温度，同时能更好地约束燃料和裂变产物，在反应堆任何事故下均能保证包覆燃料颗粒的完整性不受影响。
Part4：为啥被称为“傻瓜堆”？
提起核电站，不得不提的是安全。
业内常把高温气冷堆叫做“傻瓜堆”，因为TA有“即使发生任何类型的事故，都不需要任何人为干预，反应堆都能保持安全状态”，“傻子都可以安全运行”的说法。
做到这一点，得益于高温气冷堆核电站的固有安全性。
何为固有安全性？就是指依靠自然物理规律趋向安全状态的性能。
简单来说，你在水里点不着火、羽毛砸不死人，就是固有安全。
高温气冷堆的固有安全性，能保证反应堆在任何事故下不会发生堆芯熔化、放射性大量释放的可能。
要做到这一点，首先要说一说高温气冷堆的三道屏障。
第一道屏障：包覆颗粒+石墨包裹
包覆颗粒燃料的破损温度为2200℃，远高于事故最高温度1600 ℃，不会像日本福岛核电站燃料那样在事故时高温破损，可以有效保证裂变产物都被阻留在颗粒燃料的包覆层内。这是最关键的放射性屏障。包覆颗粒外用密实的石墨包裹，使颗粒得到进一步保护。
第二道屏障：堆压力壳+蒸汽发生器压力壳+热气导管压力壳
关键设备的压力壳可排除发生导致压力边界破坏的可能性，杜绝含少量放射性物质的氦气大量泄漏。
第三道屏障：“安全壳”
万一反应堆一回路压力边界出现“漏气”，放射性物质也可以被安全壳有效地过滤掉。
其次，高温气冷堆具有非能动的余热排出系统。怎么理解非能动呢？简单来说，蹬自行车是能动，如果碰到下坡自己滑下去就是非能动。这种设计能保证核电站即使在失去外部电源情况下也不会发生反应堆堆芯高温熔毁事件。
最后，高温气冷堆具有负的燃料温度系数和慢化剂温度系数，意味着随着反应堆堆芯温度升高，导致反应堆链式裂变反应的中子会逐渐减少，从而使反应堆自动停止。
好了，上述一大串专业名词一定很让人头大吧，这究竟在说啥？那么，如果你炒股就会很好理解——熔断！
Part5：如此“傻瓜堆”，将会用在哪？
1．大规模发电：基于高温气冷堆固有安全性高、放射性废物排放较少，在技术上能够保证不发生堆芯熔毁和大量放射性外泄事故的优势，选址具有更大的灵活性。
2．核能制氢：高温气冷堆产生的高温使得通过热化学硫-碘循环生产氢气等应用成为可能。
3．工艺热应用：高温工艺热可应用于煤炭的气化液化、合成燃料、海水淡化、居民供暖等领域。
4．分布式电源：高温气冷堆具备单堆功率小、可模块化组合的优点，可满足电网对于不同规模电源的要求。
来源：中国电力报
