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AlexYoung

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10兆瓦高温气冷实验堆成功的启示  

2010-05-18 16:06:55|  分类: HTR-10 |  标签: |举报 |字号 订阅

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自主创新 锲而不舍

——10兆瓦高温气冷实验堆成功的启示

吴宗鑫

10兆瓦高温气冷实验堆成功的启示 - 青楼薄名 - Alex小奎子 

 图1 HTR-10主控室

在国家“863”计划的支持下,200012月,清华大学核研院建成了模块式球床”10兆瓦高温气冷实验堆(HTR—10)。经过两年的调试,于20031月成功地实现了72小时连续满功率运行并网发电。HTR10是世界上第一座投入运行的具有模块式结构设计的球床高温气冷堆。10兆瓦高温气冷堆工程的建成,作为标志着我国在相关领域跨入世界先进行列的4项重大成果之一,被列入第十届全国人民代表大会《政府工作报告》中。

模块式高温气冷堆是国际核能界公认的具有很好安全特性的先进核反应堆。1979年美国三哩岛核电站和1986年前苏联切尔诺贝利核电站发生的两起重大核事故,使得反应堆的安全性凸显出来,公众的可接受性成为核能发展的重大障碍。因此,提高核电站的安全性成为80年代之后国际核能技术发展的主要趋势,美国等国提出了先进型核反应堆的发展计划,其重点就是提高核电站的安全性,同时改善其经济性。80年代,德国核能界又进一步发展了一种模块化球床高温气冷堆的新概念,这种反应堆在发生事故时借助于热辐射、自然对流等自然机理,而不是依靠外供动力的强迫循环将核燃料的裂变热载出反应堆之外,能可靠地保证堆芯不会熔化而遭到损坏,已积累产生的放射性能可靠地封闭在燃料内,不会释放到周围的环境中对公众造成危害。90年代后期以来,美国、俄罗斯、法国和日本的一些公司联合设计了280MW电功率的直接循环模块式高温气冷堆(GT-MHR),计划2010年左右在俄罗斯建成,燃烧过剩的军用钚。南非在德国、英国和日本等国的技术支持下,提出了商业规模的模块式球床高温气冷堆概念(PBMR),计划在南非开工建造。美国布什政府2001年发表的国家能源政策报告提出:先进核反应堆技术为改进核能安全提供了新的背景。例如,作为先进反应堆类型的球床气冷反应堆具有固有的安全特性,工业界对这种类型和其它的先进反应堆设计具有兴趣。美国等10国集团在2002年底完成的第四代核能系统的技术路线报告中,把高温气冷堆列为优选的先进反应堆型之一,在报告中列举技术基础时多次提到中国的10兆瓦高温气冷堆。

200311月,在10兆瓦高温气冷实验反应堆上完成了一项重要的核安全特性实验,采用人为引入事故,又不采取任何人为或机械的干预,结果反应堆以其固有安全响应特性使中子链式裂变反应自动停止,剩余的裂变热非能动地载出,反应堆保持安全状态。这项安全实验直接演示了高温气冷堆的优异安全特性,这对于解决核能安全问题、提高核能的公众接受度、推动核能事业的进步与发展具有非常重要的意义。

10兆瓦高温气冷堆取得的成功,对于高新技术重大项目的研究与开发具有重要的启示。我们有几点主要的体会。

第一,既要勇于创新,又要锲而不舍。10兆瓦高温气冷实验堆的研发充分发扬了核研院长期形成的知难而进、勇于创新、团结协作的优良传统,同时,这项成果是经过锲而不舍的长期努力,以十年磨一剑的精神取得的。早在20世纪70年代,清华大学核研院的工程技术人员就开始对高温气冷堆进行了探索性的工作。1986年我国开始启动“863”高技术计划,核研院的科研人员洞察了重视核安全性的核能发展趋势,提出在我国发展高温气冷堆的建议。经过充分的论证,将10兆瓦高温气冷实验堆项目列入国家“863”高技术计划能源领域。1992年国务院批准立项,于1995年在清华大学核研院开工建造。从探索工作开始到并网发电成功,前后经历了近30年的时间。

第二,充分学习和借鉴国外的先进技术和经验。高温气冷堆的研发在改革开放的新形势下,充分利用和借鉴了国外的先进技术和经验。这是保证项目取得成功的重要因素。为了保证核电站安全可靠地运行,核电站中采用的技术应是经过验证的技术,因此运行经验的积累和反馈对于核能技术的发展是至关重要的。我们核工业技术还比较落后,缺少长期核能工程经验的积累和反馈,应充分利用和借鉴国外的经验。10兆瓦高温气冷实验堆的概念设计是由我国的科研人员和德国专家共同合作完成的,在我们完成了设计之后,我们又聘请了德国的专家对我们的方案设计进行技术咨询。我们在研制燃料元件的过程中聘请了国外的专家来我国进行操作技术的指导。这不仅使我们少走了不少弯路,而且使我们获得难于从文献资料获得的实际核工程技术经验。

第三,要掌握核心技术。10兆瓦高温气冷实验堆这样的现代工程技术性的科学研究,是综合性的大规模项目,包括综合基础研究,核心技术突破,系统集成和工程验证四个阶段,四者缺一不可。其中最关键的就是要掌握核心技术,这是科技创新的核心和保证。要独立自主地掌握高温气冷堆这种先进反应堆堆型,必须下苦功夫、花大力气掌握它的核心技术。核研院经过20年左右的时间,掌握了这些核心技术。例如,制造高温气冷堆包覆颗粒球形燃料元件需要经过几十道工序,每道工序原材料选择的技术标准、运行参数控制的要求和取样检测的技术标准,都是在大量科学研究的基础上反复探索积累形成的。我们不仅掌握了这项核心技术,并且通过国际合作,建成了目前世界上唯一的包覆颗粒球形燃料元件研究制造基地。由于这个基地的形成,国际上很多研究机构都希望与我国在这方面进行合作,我国已在该领域处于世界领先的地位。搞科技攻关,最重要的就是将创新性的知识产权掌握在自己手里,不仅要在世界上被认可,而且应该是最好的。

第四,必须做好技术集成。自主设计、自主建造一座新型核反应堆,除了要掌握核心技术,攻克很多技术难关,研制许多关键设备之外,还要做好系统集成,这是关系到核反应堆能否建造好、运行好的关键。10兆瓦高温气冷实验堆由20多个系统、几百个设备组成,涉及到十几个学科,只有通过系统集成,才能将这些单个的系统组建成一个完整的可运行的核反应堆,才能将各项创新的技术成果变成一项有应用前景的工程技术。总体设计和系统接口是系统集成的基础,总体设计包括总体设计方案、总体设计参数和总体设计布置等,系统接口要通过各种技术文件保证各个系统的设计和性能满足总体设计的要求,实现多个系统之间参数、性能、布置相互衔接和协调。核研院认真地完成了10兆瓦高温气冷实验堆的系统集成,保证了项目顺利地高质量地实施成功。

10兆瓦高温气冷实验堆的建成和取得的一系列进展,促进了我国高温气冷堆产业化进程。最近,建造10万千瓦级高温气冷堆示范电站项目的前期工作已经启动。中国华能集团公司、中国核工业建设集团公司和清华大学签订了开展示范电站建设的合作意向书,正在进行示范电站的设计和选址工作。

(作者为核研院副总工程师、学术委员会主任)

本文引自清华新闻...

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