高温堆技术介绍

球床模块式高温气冷堆(简称“高温气冷堆”)是国际公认的第四代先进核能技术,具有固有安全性、模块化设计、发电效率高、用途广泛等特点,受到了国际上的广泛认可。我国高温气冷堆技术发展得到了国家“863”计划、国防科工委核能开发项目和国家中长期科技发展规划重大专项的持续支持,历经跟踪、自主创新和跨越,已经走到世界前列。

工作原理

高温气冷堆以化学惰性的氦气作冷却剂,以石墨为中子慢化剂,采用陶瓷包覆颗粒球形燃料元件。氦气在反应堆堆芯加热至750℃后,通过蒸汽发生器产生高温蒸汽,高温蒸汽进入汽轮发电机发电。反应堆、蒸汽发生器和主氦风机构成高温气冷堆的主系统。

固有安全性

高温气冷堆采用低的功率密度,不需要辅助的安全系统。这种系统的功能实现依赖物理过程,可以实验验证,是一种固有的安全特性,不会发生堆芯融化事故或大量放射性释放事故。

高温气冷堆采用优异的包覆颗粒燃料是获得其良好安全性的基础。高温气冷堆的燃料是由一颗颗芝麻粒大小的燃料颗粒组成的“全陶瓷型球型燃料元件”,在任何严重的工况下,反应堆堆芯的温度保证不会超过其安全限值1620℃,因此燃料颗粒无论如何不会被烧坏,从根本上避免了放射性泄露的后果。

2004年清华大学对高温气冷堆固有安全性进行验证试验:在反应堆正常运行的时候切断电源,模拟最严重的状况,结果反应堆在没有人为干预的情况下依靠自身安全地停了下来。国际原子能机构专家组现场见证了试验过程,并对此给予了高度评价。

经济竞争力

工期缩短:采用模块化设计、建造方式,在标准化与系列化生产部件设备的基础上,缩短建造时间。

系统简单:不需要辅助的安全系统,系统简单可靠,人员投入少,运行成本低。

效率提高:高温气冷堆蒸汽透平发电效率高达42%以上,在氦气透平联合循环下效率能达到50%以上,同样的热功率可以发更多的电;燃料装卸系统可实现不停堆补充新燃料、运行燃料检测以及卸出乏燃料等操作,机组可利用率更高。

高温气冷堆在发电成本方面与目前国内在建的先进压水堆具备可竞争性。

用途广泛

高温气冷堆具有广泛用途,可以实现与常规工业设备的有机结合。高温气冷堆堆芯氦气出口温度高达750℃,可产生570℃的过热蒸汽,除用于高效发电之外,还可通过热电联供方式应用到海水淡化、石油化工等领域。未来,随着超高温气冷堆技术的开发与应用,可以形成出口温度高达1000℃的清洁热源,还可用于煤的气化和液化、热化学制氢等领域,是未来氢能源时代的高温热源提供者之一,在能源系统中具有大规模发展应用的良好前景。

高温气冷堆产业化工作进展顺利

2012年12月,中国核建参与投资建设的世界首座20万千瓦级球床模块式高温气冷堆电站在山东荣成石岛湾开工建设。目前,土建工程已经完工,设备安装开始,计划于2017年并网发电。

60万千瓦高温气冷堆是在以高温气冷堆示范工程的系统及设备设计为基础,在保证安全性、功能性和冗余性等反应堆安全特性的前提下,利用模块化的设计理念,形成的高温气冷堆群堆技术。中国核建联合清华大学,已完成60万千瓦级高温气冷堆核电机组总体设计方案,目前正在进行相关工程设计。

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