我国拥有自主知识产权的全球首座第四代核电站投产

我国拥有自主知识产权的全球首座第四代核电站投产--

自主创新铸就“不熔毁的反应堆”

　　日前，随着机组通过168小时连续运行的试验，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在山东荣成正式投入商业运行，该项目可向电网持续稳定输送清洁电力，是我国拥有自主知识产权的全球首座第四代核电站，这标志着我国打开了第四代核能系统技术从实验堆迈向商用市场的大门。

　　第四代核电站缘何成为世界“顶流”？“高温气冷堆技术是最新一代的核电技术，示范工程更是'全球首堆'，因此没有经验可借鉴。我们摸着石头过河，用了19年的时间，趟出来一条创新之路。”华能山东石岛湾核电有限公司（下称华能石岛湾公司）总经理张延旭表示。

　　设备国产化率达93.4%

　　核电发展史上出现的切尔诺贝利事件、福岛事件让原本作为清洁能源的核电笼罩了一层阴霾，不少人“谈核色变”，对于核电安全众说纷纭。因此，发展具备固有安全性的核反应堆技术，成为了核电领域科学家们的梦想。

　　事实上，自上世纪开始，世界各国均在不断寻求更加安全的核电技术，在第三代和第四代核电站分类标准上不断加强对于安全性的追求。

　　“做永不熔堆的核反应堆。”这是第四代核电站创新者们曾经的梦想，如今已然成为现实--相比第三代核电站，第四代核电站强化安全改进的同时引入固有安全理念，可以保证反应堆在任何事故下不发生堆芯熔毁和放射性物质外泄情况，独特的固有安全性也成为了其标志性特征之一。

　　实现核反应堆的固有安全性，需要确保放射性不外泄、核裂变反应不失控、停堆后堆芯余热能够及时导出。高温气冷堆的燃料元件由1.2万个多层陶瓷涂层材料包裹的燃料包覆颗粒组成。陶瓷材料在核燃料外包裹形成了一个坚固的“核桃壳”，能有效隔离和固化放射性物质。通过不停堆在线换料的方式，高温气冷堆减少了一次装料引入的过剩反应性。同时依靠燃料球超过一定温度时，温度越高反应性越低的特性，确保反应堆内核裂变反应不失控。此外，高温气冷堆每个模块功率密度低，停堆后产生的余热处于较低水平。这些余热通过热辐射、热传导等基本的自然现象能实现非能动载出。

　　要实现这些功能，示范工程建设团队必然要自主研发关键的技术和设备、完成大型部件的国产化制造、建立燃料元件的生产线……“华能集团联合项目团队各单位开展关键技术攻关和核心设备研制，攻克了核级关键设备制造、一体化燃料装卸料系统10余项重大技术难关，成功研制出超大、超重反应堆压力容器等2200多台（套）世界首台（套）设备，累计获得授权专利近3000件，设备国产化率达93.4%。”张延旭介绍，历经数年的不懈努力，从基础研究到试验堆，再到示范工程，我国在高温气冷堆的自主设计和建造方面，形成了独立自主的知识产权。

　　完成首堆并网发电

　　将技术从实验堆安全地搬到市场，离不开一次又一次的调试工作。由于核技术的特殊性，核电站的调试工作有着近乎苛刻的要求，行业内将其形象地比喻为机组安全的“探雷”“排雷”行动。

　　高温气冷堆示范工程一回路使用氦气冷却，因此反应堆冷态试验对核岛主要设备的检测只能采用气压试验。“试验压力最高蓄能相当高，稍有不慎后果不堪设想。”华能石岛湾公司调试管理办公室朱英杰介绍，当接到试验任务时，他绷紧了心弦，开始不分昼夜地啃法规、写资料、编程序。在这一过程里，他发现还需要提高主设备温度才能保证试验成功。然而设备体积很大，不容易保温。随即，他和同事们展开头脑风暴，分析计算相关参数，联系设计专家多方论证，千方百计寻求解决办法……经过十几个日夜的摸索，他们终于攻克了这一难题。在试验成功的欢庆时刻，大家发现，朱英杰的头发在这十几天里已变得花白。

　　从行业经验看，新堆型的核电机组调试，从来没有水到渠成、一帆风顺的。示范工程没有非核蒸汽冲转的调试项目，为了提前验证常规岛主设备可用性，调试负责人赵峰提议与核岛调试并行推进非核蒸汽冲转试验。大家都认为提议很好，可高温高压的蒸汽到哪里去找？“既然是新堆型的新问题，就得创造新的路径。”赵峰很乐观。他带领同事们调研加热设备，设计蒸汽临时管道。一个方案提出来，风险评估没有通过，他们就再提一个。创新的设想一遍一遍提出来，又一遍一遍被推翻重来。经过了无数次分析论证，他们提出了“辅助电锅炉+启动加热器+三联控调节“的非核蒸汽冲转方案，并在示范工程上顺利实施，大大提高了核电机组的调试效率。

　　圆满完成首堆并网发电，发出”华能第一度核电“离不开项目调试团队的每一次英勇探路--他们攻克数百项技术难题，研发出一套高温气冷堆特有的调试运行技术。

　　提升商业应用价值

　　未来，高温气冷堆的应用前景远超想象。我国是世界上最大的能源消费国之一，对能源的需求量巨大，传统的能源备案的形式很难满足需求，而伴随着我国四代核电站的建成运行，这一空缺将被填补。

　　“依托该示范工程，我国系统掌握了高温气冷堆设计、制造、建设、调试、运维技术，形成了一套可复制、可推广的标准化管理体系，并建立起以专利、技术标准等为核心的知识产权体系，进一步提升我国在世界先进核电技术领域的国际话语权。”华能石岛湾公司技术支持部李志容表示。

　　打造具有商业推广价值的高温气冷堆系列型谱产品，扩大核能多用途综合利用，高温气冷堆正为助力国家加快实现“双碳”目标做出贡献。业内人士表示，高温气冷堆在核能发电、热电冷联产及高温工艺热应用等领域的商业化应用前景广阔，可优化能源结构、保障能源供给安全。

　　“我国在高温气冷堆领域的专利申请量排名全球第一，领先于其他国家和地区，此外，我国在高温气冷堆领域的专利申请量整体上呈现增长趋势。”李志容表示，可以预见的是，在我国相关政策的支持下，随着高温气冷堆的商业化推广应用，产业链的优化完善，后续高温气冷堆领域的专利布局还将继续加大。(记者 叶云彤)

　　转自：中国知识产权报

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