争议高温气冷堆

　　文 | 本刊记者 张慧

　　具有完全知识产权的高温气冷堆技术有可能成为未来我国在世界核电竞技舞台上的重要砝码。然而,对于尚未成熟的此技术,还存在颇多争议。

　　进入9月,位于山东半岛最东端的威海荣成市已逐渐褪去了夏日的高温,呈现出秋的凉意。对坐落于此的山东石岛湾核电有限公司(以下简称“石岛湾核电公司”)的工作人员来说,这是今年剩余时间中最佳的施工期,因而愈发忙碌。

　　石岛湾核电公司由中国华能集团公司、中国核工业建设集团公司(以下简称中国核建)、清华大学各出资47.5%、32.5%和20%于2007年1月共同组建。“负责石岛湾高温气冷堆核电站示范工程的建设与运营管理”,是各出资方赋予它的最主要职责。

　　9月1日,核电厂内召开了高温气冷堆核电站示范工程的土建施工阶段同行评估入场会,并启动了为期8天的同行评估活动。除了石岛湾核电公司相关人员,活动还吸引了来自环保部、中核、中广核、核能行业协会等众多专家的参与。

　　虽然装机容量只有20万千瓦,但因被冠以“世界首台具备第四代核能系统安全特性的商用核电机组”的称号,石岛湾高温气冷堆核电站示范工程的施工进度每往前一步,都备受国内外业内的瞩目。

　　高温气冷堆( HTGR) 是核能反应堆中的一种堆型,因堆芯出口温度很高(通常可达到850-1000℃或以上),且用氦气作冷却剂而得名。其采用包覆型颗粒燃料,以石墨作为慢化剂,安全系数高。

　　记者采访中的多位业内人士均认为,相对于目前核电站大多采用的、成熟的压水堆技术,高温气冷堆还处在研发过程当中,示范工程正在建造,因此,短期内进行大面积推广的条件尚不成熟。

　　但是,以华能集团、清华大学为代表的高温气冷堆支持者,希冀凭借石岛湾示范工程的成功应用,促使高温气冷堆尽快迈入商业化发展轨道的蓝图,早已跃然纸上。但不得不承认的现实是,这条道路仍旧阻长。

　　推崇

　　2011年3月1日,筹备了7年之久的石岛湾核电站终于通过了国务院的审批,开工投建在即。让人意想不到的是,10天后的3月11日,日本发生了福岛核事故,中国核电项目进入停滞阶段。

　　为此,石岛湾核电示范工程拖延至2012年12月9日才得以重启,进入核岛混凝土浇筑工作。“虽然因为福岛核事故耽误了工期,但一定程度上讲,福岛核事故加大了业内对该高温气冷堆示范工程的关注度,有利于它未来商业化发展。”一位不愿具名的业内人士对《能源》杂志记者说。

　　按其说法,之所以如此认为,原因有二:一是,福岛核事故后,石岛湾核电工程成为我国核电重启后首批开工的项目,关注度自不在少;二是因为福岛核事故的发生,促使管理部门对于核电安全性的重视,加速核电堆型的安全升级改造进程。

　　而安全性,正是高温气冷堆最大的优势之一。按照清华大学核研院的说法,高温气冷堆具有固有安全特性,可从三方面确保电站安全--设有阻止放射性释放的多重屏障;具有非能动余热载出的安全特性,发生事故,不需专设的冷却系统;其负反应性温度系数具有很大的反应性补偿能力,发生事故,能够自主停堆。

　　“之所以称其具备第四代核电特征,最主要的原因在于,高温气冷堆的安全性非常出色。这是当前各国发展核能所考虑的最重要因素。”上述业内人士表示,“因此,在很大程度上,此背景增加了国家管理部门、公众等对高温气冷堆的好感度。”

　　事实上,早在上世纪80年代中期,在国家“863”计划的支持下,清华大学核研院就开展了10兆瓦高温气冷实验堆的研究、开发。高温气冷实验堆于1995年6月在清华核研院的昌平基地动工兴建,到2000年底,成功实现临界,2002年底达到满功率运行,并于2003年1月实现满功率并网发电。

　　可以说,在我国与美国、法国等核电技术强国竞争之际,我国的高温气冷堆技术在国际上算得上位于先进行列。具有完全自主知识产权,这也成为部分业内人士推崇的原因。他们希望,中国能够凭借高温气冷堆技术,在国际核电市场竞争中,占有一席之地。

　　而我国最忠实的高温气冷堆的实践推崇者,当属清华大学、华能集团、中国核建三方。清华大学作为技术的开发者,对其的推广理所当然。而作为“五大电力”之一的华能集团,多年来一直希望进入核电领域但苦于不能获得核电业主执照,而石岛湾高温气冷堆的示范工程,成为了其进入核电领域的有力敲门砖。

　　中国核建作为一家核电工程建设公司,也希望在高温气冷堆领域占有足够份额。为此,其与清华大学共同出资组建了中核能源科技有限公司,该公司的核心技术就是模块式高温气冷堆和核供热堆。

　　日前,中国核建总经理王寿君透露,中核能源科技有限公司已启动60万千瓦高温气冷堆准备工作。“主要发展10万千瓦到100万千瓦之间的的堆型,60万千瓦将是标准组合。”

　　争议

　　虽然高温气冷堆在我国拥有众多支持者,但实际上,其在发展过程中,一直争议不断。尤其从国际发展情况看,高温气冷堆的发展一直磕磕绊绊。

　　据资料显示,国际上高温气冷堆的研究始于20 世纪60 年代,到80 年代中期完成了3 座实验堆电站和2 座示范堆电站的建设。英国于1960 年开始建造热功率为20兆瓦的实验高温气冷堆“龙堆”( Dragon);美国于1967年建成并运行了电功率为40兆瓦的桃花谷( Peach Bot tom) 高温气冷实验堆;德国也于1967 年建成了电功率为15兆瓦的球床高温气冷堆实验电站( AVR) 。之后,美国和德国又分别各建设了一座高温气冷堆示范电站。

　　建设示范电站的目的是展示高温气冷堆技术的商用价值,为实现商用打好基础,但遗憾的是,由于技术和非技术的原因,在当时的条件下,美、德两座示范电站没有达到这个目标,后均被关闭。

　　实际上,1988-1989年间,德国除了相继关闭了两座球床高温气冷堆反应堆,相关实验项目也已经停止,且目前德国并没有这方面的开发计划。而我国清华大学的高温气冷堆正是在那时引进了德国的技术。因此,不少业内人士对高温气冷堆的安全性仍旧心存疑虑。

　　根据堆芯燃料形状,高温气冷堆分球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。这两种堆芯,哪种更为出色,目前国际上尚没有确切定论。

　　我国沿袭德国的技术路线,采取球床高温气冷堆技术。同样采用此技术的国家,还有南非。但据消息称,由于一些技术原因,南非的球床高温气冷堆的发展目前已经面临困境,难以进行下去。而美国的技术则是采用棱柱状。

　　曾有业内人士表示:“对球床高温气冷堆存有疑虑,球床堆内可能出现一些球温非常高的局部区域,即所谓热点。”实际上,棱柱状高温气冷堆则不存在这个问题。

　　另一个让人担忧的问题,则是高温气冷堆的退役环节。虽然当前国际上,对于压水堆的退役工作也并未做到位,但是高温气冷堆的退役难度似乎更为棘手。

　　据了解,德国AVR堆在1988年停堆后,就经历了极其困难地退役过程,且此堆型的乏燃料后处理极为艰难,陶瓷燃料球不如压水堆燃料棒好处理。正因为此,在一段时间内,我国有一批核电专家都认为,高温气冷堆核燃料不能形成“闭环”控制,因此对其避而远之。

　　“美国能源部已投资100万美元继续研究高温气冷堆(HTGR),这说明高温气冷堆还是有市场的。”核电专家杜铭海对记者说,“但同时也说明了,美国目前都没有成熟的高温气冷堆商业化应用,还需要继续研究。我国此时的高温气冷堆技术是否适合商业化推广,也就值得商榷了。”

　　应用

　　事实上,高温气冷堆真正让核电企业看重的特性,除安全外,还在于它具有效益可观的商业开发价值。

　　业内人士普遍认为,高温气冷堆是作为压水堆的重要补充。“对它的期待,发电倒是其次,最主要的则是在其他方面的应用。”杜铭海告诉记者。

　　由于模块式高温气冷堆核电站具有模块单功率小、可以模块式组合的优点,可以满足电网对不同规模电源点要求,所以能够成为一种全新的分布式电源和电网支撑电源。据了解,高温气冷堆与ACP100技术,已经成为我国未来发展小型堆的最主要技术。

　　由于出口温度高,高温气冷堆不仅可以高效发电,而且可以提供高温热源,用于制氢、海水淡化,以及满足石油热采、炼钢、化学工业过程、煤的气化液化等方面对高温工业工艺热的需求,减少石油和天然气的消耗。

　　美国下一代核电站(NGNP)产业联盟称,已获得费用平摊的注资合同,继续进行使用HTGR技术的商业和经济分析。

　　2005年美国能源政策法确立了下一代核电站(NGNP)项目并建造高温气冷堆原型堆,发电和制氢设施预计在2021年开始运行。

　　消息称,美国爱达荷国家实验室(INL)负责该项目,并与私营企业签订成本分摊合同,目前该项目总成本估计约为40亿美元。资金的最大支出就用于对高温气冷堆在化学、石油等领域的研究。

　　NGNP产业联盟由14家公司组成,涉及的主要最终用户包括陶氏化学公司和康菲石油公司。据了解,这两家公司,对高温气冷堆在他们公司业务上的应用前景抱有很大希望。

　　清华大学核研院的一位专家向《能源》杂志记者介绍说,我国目前很多油田已经过了“一次采油”高产期,急需要进入“二次采油”期,需要人工使用热水或蒸汽等加压。高温气冷堆由于其堆芯出口温度很高,就能生产大量的热水或蒸汽,对于“二次采油”,能起到很好的开采作用。

　　此外,备受推崇的应用还有利用高温气冷堆产生的高温工艺热制氢。研究表明,此效率可以显著高于常规的由热到电、再由电到氢的制氢效率,且不产生温室气体, 未来在经济上也具有竞争力。

　　这对于未来氢能的发展,无疑是一大利好消息。如果此应用能成功进入商业化,高温气冷的经济性竞争力问题也就得到了解决。