走进清华大学“200号”

来源:瞭望新闻周刊 2012-09-11 王仁贵

  这里是中国核电新技术的孕育地。在国际核能专家看来,其正在研发的模块式球床高温气冷堆是“第四代先进核能系统”的技术之一。

  一栋白色的大楼被四周的绿色环绕。从外表看,并没有什么特别之处,但这里却是核电新技术的孕育之地。走进一楼大厅,首先看到的是国家科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程主系统模型:电厂发电功率,210MW;反应堆模块热功率,2×250MW;发电效率,42%;反应堆出口氦气温度,750℃……

  高温气冷堆是一种新型的、具有良好安全特性的先进核反应堆。清华大学核能与新能源技术研究院副院长董玉杰对《瞭望》新闻周刊介绍说,其不仅安全性好,而且发电效率高,采用蒸汽循环方式发电效率可达42%左右,采用氦气直接循环方式发电效率可达48%左右。

  “10兆瓦高温气冷实验反应堆”采用的是“球床堆芯”设计,因此关键技术之一就是燃料“球”的生产。这些小的核燃料包覆颗粒弥散在石墨基体中组成燃料元件。这种元件制造是保证高温堆安全性的核心技术之一。

  董玉杰介绍,制作包覆颗粒要先把核燃料制成直径约0.5毫米的核芯,再在其外面包上四层包覆层,每层只有几十微米厚,而且要严格控制每层的厚度、密度等,最后制成的球形颗粒直径只有0.9毫米。8000个这样的小颗粒均匀弥散在直径5厘米的石墨基体里,再在其外部压制上一层厚5毫米的石墨球壳,才能制成直径6厘米的球形燃料元件。

  此外,10兆瓦高温气冷实验反应堆采用了一种不同的燃料元件管理形式。它利用脉冲气流使球形燃料元件在元件输送管道中运动,从而实现了新元件的加装和乏元件的卸载,不用停止反应堆就可以实现燃料的装卸。满功率运行状态下,每天大约需要更换25个燃料球。

  在主系统模型的楼上是中控室。换上白色的工作服和帽子,穿上简易的鞋套,本刊记者在工作人员的引领下进入到二楼的中控室。工作人员还提醒,戴上辐射检测仪器,以实时反映辐射的标准。

  1986年,清华大学核能与新能源技术研究院承担的高温气冷堆研究被列入国家高技术“863”计划。1992年3月,国务院批复同意在核研院建造我国第一座10兆瓦高温气冷实验堆。10兆瓦高温气冷实验堆于1995年6月在核研院动工兴建,到2000年底,成功实现临界,2002年底达到满功率运行。2003年1月实现满功率并网发电。

  就是在这一中控室里,由国际原子能机构组织的来自30多个国家和国际组织的60余位国际原子能专家在现场观看了高温气冷堆的核安全实验演示。为了演示高温气冷堆的安全性,实验中,在反应堆失去正常冷却的情况下,故意保持控制棒不落下,反应堆堆芯在控制棒不起作用的情况下仍能自动进入安全状态。

  如何保证核反应堆剩余热量被安全排出,不发生堆芯熔化、放射性外泄的事故,是核安全技术的主要挑战。“全场断电试验”、“主氦风机停机失冷试验”、“甩负荷试验”三项安全性能试验,成功地实现了事故后反应堆衰变热的非动能载出。

  据清华大学核能与新能源技术研究院院长张作义介绍,10兆瓦高温气冷实验堆的设计吸收了国际上成功运行的高温气冷堆的经验,特别是模块式高温堆的先进概念,采用了肩并肩式的布置,包覆颗粒球型燃料元件,燃料连续装卸运行方式,全数字化保护系统与纵深防御原则,具有在事故下能自动停堆、非能动排出衰变余热等一系列先进技术特点。

  “模块式高温气冷堆”的概念最早由德国科学家于1981年提出。这种反应堆用氦气做冷却剂,采用全陶瓷型的燃料元件,出现事故不会对公众造成伤害;它既可以采用蒸汽循环又可以采用氦气循环发电,采用氦气循环比传统蒸汽循环发电效率提高了57个百分点;而反应堆出口氦气高达700950摄氏度的温度,是一种优质热源,可用于水热裂解制氢,为未来氢能时代提供清洁能源。我国高温气冷堆采用球形燃料,可以不停机更换核燃料,因此,能更好地适用于不依赖大电网的核能非电利用领域。

  在10兆瓦高温气冷堆上开展的实验充分证明了高温气冷堆的固有安全性好。在国际核能专家看来,模块式球床高温气冷堆是“第四代先进核能系统”的技术之一。10兆瓦高温气冷堆的建造成功,使我国成为世界上为数很少的几个掌握了高温气冷堆技术的国家之一,为今后实现高温气冷堆产业化和国产化打下了良好的基础。

  目前,高温气冷堆的技术已用到华能山东石岛湾核电有限公司。而华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程是国家中长期科技发展规划纲要16个重大专项之一——“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站”的组成部分,目标是建设世界上第一座具有第四代核能系统安全特征的20万千瓦级高温气冷堆核电站,有可能成为我国建设创新型国家的标志性工程之一。

 

2012年09月11日 14:48:41  清华新闻网

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