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您的位置:中国核电信息网 > 国内核讯 > 高温气体核反应堆:日本引领 中国紧追
 

在福岛事故之后,世界对核电的安全提出了更高的要求。高温气体反应堆(HTGR) 作为下一代核反应堆,被寄予厚望,日本对该技术的开发处于领先地位。

由于没有堆芯熔化和氢气爆炸的风险,这种反应堆可以在完全失去动力源的情况下继续运行。由于不用水,它可以在沙漠建设,甚至可以在发电过程中产生氢气。

波兰作为一个严重依赖煤炭的国家,在与日本原子能机构进行技术合作的基础上,已经开始试图引进商用HTGR。目的是提供稳定的能源,同时减少二氧化碳排放。

与此同时,中国也在加紧研发HTGR,日本绝不能坐以待毙。

    基本功能已经具备

日本HTGR计划的重点是原子能局在茨城县大洗市的高温试验堆(HTTR)。新型核反应堆的开发是分阶段进行的,热功率为3万kW的HTTR是第一阶段。同时,HTTR已经具备了HTGR的所有基本功能。

HTTR项目已经获得了积极的实验成果,连续50天产生950度的高温,利用产生的热量驱动化学反应,连续生产氢气150小时。日本的HTTR自1998年开始运行以来,在其他技术方面也证明了自己是世界上性能最好的HTGR。

   中国接近实际使用

中国也将HTGR定为先进的核电设施,并将倾国家资源进行开发。清华大学的HTGR,即 “HTR—10”,于2000年开始运行。

虽然这个反应堆比日本的反应堆晚两年达到临界状态,但中国现在即将进入下一个发展阶段,即 “HTR—PM ”示范电站的运行。HTR—PM位于山东省威海市石岛湾,预计2021年开始运行,通过两个反应模块提供20万kW的电力。由于反应堆堆芯的设计和燃料成分与更为复杂的日本HTGR不同,HTR—PM只能产生750度的高温。但是,中国的实践仍然具有重要意义,当日本核电产业在福岛核事故后整体陷入瘫痪时,中国却通过建造HTR—PM取得了新进展。

    商用核反应堆计划

一个更令人惊讶的事实是,中国有六个城市的HTGR建设计划正在稳步推进。其中,福建省3座,广东、浙江、江西省各1座,江西计划在内陆城市瑞金建设。这些商业化的HTGR电站(输出功率120万kW)是基于小型模块化反应堆设计的。

一方面,HTGR具有极高的安全性,但另一方面,从结构上看,其单体无法实现大规模建设。但是,如果将多个小型反应堆连接起来,就可以达到与标准大型核电站相当的输出功率。

这些系列商业反应堆将使用12个HTR—PM反应模块,每个模块的输出功率为10万kW。具体来说,一台蒸汽轮机将由一台6个反应模块的HTR—PM驱动,称为 “HTR—PM600”,其装机总容量为60万kW。

计划从一个中央控制室控制其中的两台机组,从而实现总输出功率为120万千瓦的HTGR工厂。

    日本性能优越

中国的HTGRs卵石床式反应堆源于德国技术,与日本的块式HTGRs有很大区别。卵石床式反应堆是将铀颗粒和石墨粉混合制成的卵石状燃料逐一投入反应堆堆芯。在国际市场竞争中,这种反应堆比日本制造的反应堆更有价格优势。但是,从反应堆核心排出的氦气温度比日本反应堆低200度。因此,中国制造的反应堆在制氢方面存在不足,无法使用高效燃气轮机发电。

尽管性能上与日本相差一定距离,但中国的反应堆很快就会进入示范阶段。如果商业反应堆的后续开发按计划进行,中国制造的反应堆很快就会主导全球市场。

    波兰的生存之路

日本的HTTR已被关闭,正在接受核管理委员会的安全审查。同时,日本计划与波兰国家核研究中心合作,进行HTGR的研究和开发,进一步提高其在海外的市场地位,也为两国的年轻研究人员提供了一个极具吸引力的机会。在日本政府目前的 “基本能源计划”中,推广HTGR技术被列入国际合作项目,希望能在未来看到日本建设的HTGR投入商业运行。日本的能源资源有限,未来取决于高温气体反应堆的成败,不能让我们的技术白白浪费。

    什么是高温气体反应堆(HTGR)?

即用石墨和氦气代替传统核电(轻水反应堆)中的水,利用产生的热能进行发电。原则上,HTGR不会发生严重事故,可以在3倍于轻水反应堆的高温下进行高效发电,同时可以生产清洁能源氢气。如果不与发电机相连,HTGR可以作为钢厂和化工厂提供热源。

在实际使用阶段,成本高的确是一种阻碍。但福岛事故后,由于安全问题备受关注,轻水反应堆的价格高企,HTGR开始具备竞争力。日本从20世纪60年代末就开始研究,在该领域已深耕了50多年。

 
 
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