全球首个！清华牵头研发设计的第四代核电机组进入商业运行
北京青年报记者从清华大学了解到，12月6日，我国具有完全自主知识产权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在完成有关调试试验的基础上，顺利完成168小时持续运行考核，开始商业运行，标志着我国成为世界上第一个实现模块式高温气冷堆核电站商业运行的国家，也意味着清华核能科学家持续数十年牵头研发的、以固有安全为主要特征的先进核能技术，实现了从跟跑、并跑到领跑世界的跨越，并在第四代先进核能领域继续扩大领先。
据介绍，华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程位于山东荣成。清华大学是技术研发主体，负责研发、总体技术方案及核岛主系统主设备的设计，中国华能集团作为示范工程建设营运主体，中国核工业集团作为示范工程建设实施主体及燃料元件生产单位。项目联合上海电气、哈尔滨电气等制造企业，实现了研究、设计与加工制造的深度融合。示范工程中核岛设备15000余台套，首台套设备超过2200台，世界首创型设备超过660台。配套建设了目前世界最大规模年产30万个燃料球的燃料元件生产线，以及10MW大型氦气工程试验回路等一系列试验设施。
2021年9月吴宗鑫（左）、王大中（中）、张作义（右）在石岛湾高温气冷堆示范工程现场
高温气冷堆采用氦气冷却，全陶瓷包覆颗粒燃料元件。模块式高温气冷堆采用模块式设计，确保反应堆不需要应急冷却也能够处于安全状态，被称为固有安全的反应堆。国际上开展了大量研究和设计工作，但一直没有成功建成商业电站。上世纪80年代，以王大中院士为带头人的清华大学核研院团队将研究目标聚焦在实现反应堆固有安全的学术理念上。2000年，王大中、吴宗鑫带领团队建成了10兆瓦高温气冷实验堆（HTR-10）。在此基础上，2006年“高温气冷堆核电站”被列入国家科技重大专项，清华大学成为唯一牵头实施国家科技重大专项的高等学校，清华大学核研院院长张作义被任命为总设计师。2021年，作为实现反应堆固有安全的带头人，王大中院士荣获国家最高科学技术奖。同年12月，高温气冷堆核电站示范工程实现首次并网发电，至今在调试过程中已累计发电3.5亿度。新的商业化高温气冷堆项目由中国核工业集团等企业牵头已经开始启动，商业化推广正在拉开序幕。
在国家科技重大专项支持下，我国建设了一个完整的新一代核电站的示范工程，规模相当于我国首台秦山核电站，突破了一大批 “0到1”核心关键技术。今年8-9月份，我国首次在石岛湾高温气冷堆核电站上，通过试验证明了核裂变能也能够实现固有安全，即不依靠人为干预和应急冷却，仅依靠自然定律，实现裂变反应堆的自然冷却，不会出现堆芯熔化。这标志着我国在实际建成的核电站上，在世界上首次验证了“固有安全的核裂变能”这一学术梦想。
模块式高温气冷堆在国际上被称为第四代核能系统，也被称为小型模块堆。清华大学研发并实现的模块式高温气冷堆技术可以提供300℃-500℃高参数工业蒸汽，实现热电联产。该技术采用标准化模块的概念，每个模块功率约10万千瓦。多个模块并联，可以形成20万千瓦和60万千瓦机组，在我国的工业蒸汽应用市场上已经具备商业竞争力。中国核工业集团将高温气冷堆核能系统列入旗舰型产品序列。清华大学将与中国核工业集团、中国华能集团等有关产业集团加强合作，实现高温气冷堆的标准化系列化，成为助力我国及世界碳达峰碳中和的重大创新性产业。
文/北京青年报记者 雷嘉
编辑/张鹏