近日，国家科技重大专项华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网成功，并发电首千瓦时，这标志着世界上第一座具有第四代先进核能系统特征的球床模块化高温气冷堆，实现了从“实验室”到“工程应用”的质的飞跃， 这标志着中国成为世界上少数几个掌握第四代核能技术的国家之一，意味着中国成为该领域核能技术的世界领导者。
高温气冷堆的建成有望开创核能应用的新路线，成为人类能源进步史上的里程碑。随着全球经济发展对能源的需求日益增加，人们逐渐认识到核电具有能量密度高、运行稳定可靠、换料周期长、生产过程几乎无碳排放，可作为基荷电源大规模替代化石能源。
尽管优势明显，但核电有一个很大的“命门”——安全。从历史上看，1979年美国三里岛、1986年苏联切尔诺贝利、2011年日本福岛等严重核电站事故都曾造成巨大的社会恐慌，给核电发展蒙上阴影。人们意识到核反应堆堆芯必须时刻充分冷却，否则会造成严重事故。为此，核电站增加了各种注水和补水系统。这些系统包括大量的诸如泵和阀的活动部件，并且有必要确保它们的电源的可靠性。这导致系统越来越复杂庞大，大大增加了核电站的建设成本和周期。世界核电发展也处于瓶颈期。
其实核能发电的原理和火力发电厂没太大区别。都是用热能“烧水”，但后者是用煤和煤气来产生热量，前者是用核反应堆来产生热量。因此，发展具有内在安全性的反应堆技术，即只利用自然规律而不需要人为干预的反应堆自动冷却，成为所有反应堆类型追求的发展目标。按照国际标准，第四代先进核能系统有两个核心指标：一是无论核电站内发生什么，都不会对站外公众造成伤害；第二，它可以在经济上与其他电力生产模式竞争。
高温气冷堆的准商业化是突破核电发展瓶颈的关键一步。气冷堆，顾名思义，是指具有高温特性、堆芯由气体冷却的核反应堆技术，以固有安全性为核心特征。高温气冷堆与其他反应堆相比，产生的余热较少，仅通过自然散热就可以带走堆芯的热量。它的燃料成分也很特别，能承受1600左右的高温熔化。即使在失去全部冷却能力、面临严重事故的情况下，反应堆仍能在没有任何外界干预的情况下保持安全状态，不会发生堆芯熔毁事故，被称为“傻瓜反应堆”。
在解决安全问题的同时，高温气冷堆的发电效率也得到了很大的提高。核反应堆冷却剂出口温度对发电效率有决定性影响。高温气冷堆氦气出口温度平均可达750，并有提高到950以上的潜力。采用氦气循环，热效率可达50%。与压水堆相比，HTGR的发电量是相同热功率压水堆的1.5倍。
高温气冷堆采用小型模块化“乐高式”拼接设计，使得核电的利用更加便捷。我们可以像搭积木一样拼接建造核电站。这种模块化的设计和建造方法可以大大缩短核电站的建造周期，降低建造成本。基于固有的安全特性，高温气冷堆还可以大大简化应急措施，其场地适应性更强，具备就近建设的条件
推进能源转型，实现“双碳”目标，是一项复杂的系统工程。因为每种能源方案都有其优缺点，仅仅依靠单一类型的能源是不可能完成改造任务的。鉴于全球变暖和人类发展的规模，核电仍将在能源供应中占据重要地位。高温气冷堆的出现，使人们能够像乐高一样安全高效地建造和利用核电。一旦其安全性和经济优势在商业化中得到证实，将会产生重大影响。面对全球核能系统即将升级的形势，我们应充分利用中国在高温气冷堆技术方面相对领先的优势，借助示范工程继续推进高温气冷堆技术研究，探索其商业应用和优势，抢占世界核电技术制高点，让先进核电技术更好地保障能源安全和服务碳中和。
来源：经济日报
作者：王祎晨
