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[民用核能] 高温气冷堆讨论专贴

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Nighthawk 发表于 2009-9-27 21:15 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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看坛子里还没有高温气冷堆的专贴,恰好最近搜到一篇文章,图文并茂,就转过来,供大家讨论。

作者:张作义



山东荣城石岛湾高温气冷堆核电站厂址


  高温气冷堆核电站核岛厂房


  高温气冷堆核电站核岛厂房


  高温气冷堆核电站核岛
  主系统


  高温气冷堆是国际上公认的具有先进技术特征的新型核反应堆。模块式高温气冷堆核电站具有固有安全性、发电效率高、用途广泛等特点,在国际上受到广泛的重视,也是具有第四代核能系统主要特征的新型核反应堆堆型。国家科技重大专项高温气冷堆核电站示范工程揭牌意味着中国具有自主知识产权的、新一代核反应堆项目的建设取得积极进展。
●张作义
2006年1月,在党中央国务院批准发布的 《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020)》中,大型先进压水堆及高温气冷堆核电站被列入16个重大专项之一。2008年2月,国务院常务会议审议并批准了大型先进压水堆及高温气冷堆核电站重大专项总体实施方案。
  
高温气冷堆核电站重大专项目标及进展
高温气冷堆核电站重大专项的目标是:以我国已经建成运行的 10MW高温气冷实验堆为基础,攻克高温气冷堆工业放大与工程实验验证技术、高性能燃料元件批量制备技术,力争在2013年前后建成具有自主知识产权的20万千瓦级模块式高温气冷堆商业化示范电站,以及开展氦气透平直接循环发电及高温堆制氢等技术研究,为发展第四代核电技术奠定基础。
  高温气冷堆核电站重大专项的中心任务是在山东荣城石岛湾核电厂址建设一座电功率为20万千瓦的高温气冷堆核电站示范工程。这种反应堆的堆芯是由直径为6厘米的核燃料球堆积而成,利用氦气作冷却剂。反应堆入口氦气温度是250℃,出口温度750℃。被加热的氦气流经蒸汽发生器,把蒸汽发生器里的高压水加热成压力是 13.5MPa,温度566℃的过热蒸汽,然后去推动火电站中常见的常规蒸汽轮机发电。机组发电效率超过40%。
  以示范电站建设为牵引,还将建设一批大型工程实验台架,建设年产30万个燃料球的核燃料生产线。
  在高温气冷堆核电站重大专项中,由中国华能集团、中国核工业建设集团、清华控股有限公司合资组建的华能山东石岛湾核电有限公司成为示范工程的业主公司。由中国核工业建设集团、清华控股公司、中国广东核电集团合资成立的中核能源科技有限公司成为核岛工程的实施主体,对示范工程核岛实施EPC总承包和设备集成,它将成为未来中国和世界市场上高温气冷堆核电技术的集成提供商和工程总承包商。我校核研院是研发主体,负责技术攻关和核岛主设备设计,制定总体技术方案。中国核工业集团公司北方核燃料公司负责具有世界先进水平的高性能燃料元件的生产。
  自2001年以来,关于高温气冷堆商业化示范工程技术方案的研究已经开展了大量深入细致的工作,在2006年最终确定了电站总体技术方案。迄今为止,初步设计已经完成并通过审查,科研攻关和工程验证工作全面展开。厂址环境评价工作已经完成,初步安全分析报告已经提交国家核安全局,正在开展审评工作。山东荣城石岛湾厂址的现场五通一平工作已经基本完成。
  2008年 10月 7日,国家科技重大专项高温气冷堆核电站示范工程揭牌暨核岛设计、采购和建设服务的总承包协议在北京钓鱼台国宾馆签订。该协议将以书面形式形成以企业为主体、产学研结合的、有战斗力的创新群体。当天,我们还与上海、哈尔滨等制造集团签署构成核电站设备主体的反应堆压力容器、蒸汽发生器、金属堆内构件、石墨和碳堆内构件的设备采购和研制合同,形成国产化的设备研制群体和产业链;还签署了构成常规岛主要设备的汽轮机和发电机的供货合同。
  上述进展表明,随着重大专项实施方案的批准,高温气冷堆核电站国家重大专项已经转入工程实施阶段,我们国家在世界上建成第一座具有第四代核电主要特征、具有自主知识产权的高温气冷堆核电站上取得了一个具有重要里程碑意义的进展。
  
高温气冷堆的特点
那么,高温气冷堆有什么特点呢?
  它的第一个特点是高温:反应堆堆芯出口氦气温度可达到700℃~950℃,是目前核电站所能达到的最高温度。用于发电,可以比普通核电站提高发电效率20%~50%。高温热还可以用于其他很多工业过程,目前最吸引人的是大规模核能制氢,还有非常规石油如稠油和油砂的开采等,用核能替代这个世界上日益昂贵的石油和天然气。
  它的第二个特点是进一步提高的安全性:目前的第二代和第三代核电站也是非常安全的,这是经过实践检验的事实。但是,人类在核能安全的探索是无止境的。在全世界,从美国的麻省理工、加州伯克利到东京大学等各大学著名学者、德国的国家研究中心、一些著名公司纷纷致力于更加安全的核能技术的研发。经过比较和认真研究提出的先进核能系统的概念有数十种甚至上百种。这些概念被广为研究。其中具代表性的一种就是被认为具有固有安全特性、能够避免反应堆堆芯熔化的模块式高温气冷堆。目前,它的安全原理已经得到验证,正在开展的示范电站的建设,除了在商业规模上进一步验证其安全性外,还要验证它是否能够因为简化而带来经济上的好处。
  高温气冷堆的第三个特点是模块式:它被设计成具有比较小的单一反应堆模块功率,但是可以根据市场的要求将若干个模块组合起来,形成更大的机组。这样可以具有灵活性,减少造价,节省工期。
  在我国,高温气冷堆可以成为我国压水堆核能发电技术的一个补充,并在核能的非发电利用中充当主力角色。同时,它是我国具有独立自主知识产权的先进核电技术,可以带动我国核能发电设备进军广阔的世界核电市场,尤其是在第三世界中的市场。
  目前世界上有3个以建设商业化示范电站为目标的高温气冷堆核电站项目。一个是中国的高温气冷堆核电站示范项目,我们给他命名为HTR-PM项目,我们的目标是力争在2013年前后建成;第二个是南非PBMR公司牵头,美国西屋公司参与的球床模块式高温气冷堆项目PBMR,它目前的计划是2014年建成;第三个是美国的下一代核电厂项目,英文简称为NGNP,NG的意思就是下一代,该项目是美国国会通过的能源法案规定的重点研发项目之一,它的计划是2021年建成。明年美国国会的拨款 会 进 一 步 增 加 。NGNP项目处于开展关键技术实验征集建设方案的阶段。其他国家,如日本、韩国、欧盟、俄罗斯都处于技术研发阶段。高温气冷堆的建设已经形成了中国、南非和美国竞争的局面,其中中国有可能最早让它实现商业化运行。
  
高温气冷堆核电站重大专项给我们的启示
高温气冷堆核电站重大专项的进展,还给我们带来以下两条重要体会:
  第一,它表明我们中国人有必要的技术能力,在充满竞争的重大高新技术领域实现自主创新。
  迄今为止,在高温气冷堆领域,我们完成了跟踪国际发展前沿、攻克主要关键技术、实施系统集成、建成10MW高温气冷试验堆,以及在实验堆成功的基础上攻克工业放大关键技术。现在,我们开始建设商业规模的示范电站,并争取最终实现商业化。
  1979年,作为改革开放后的第一批德国洪堡基金会支持的学者,王大中院士从我校核研院来到德国球床堆的发源地于利希研究中心,他的研究课题就是最新的模块式高温气冷堆。后来他回到了国内,成为了刚刚发起的国家“863计划”能源领域的首席科学家。在他的领导下,经过专家组反复论证,确定了在核能领域实施的两个重点项目,快中子增殖实验堆和高温气冷实验堆。他主持制定了从关键技术研发、实验堆建设到商用示范电站建设,自主创新,分步走的技术路线。1995年到2000年,在王大中、吴宗鑫和徐元辉等领导下,我校核研院建成了10MW高温气冷实验堆。这个项目获得了国家科技进步一等奖。
  进入21世纪,我们在技术上又开始新的征程,这一步的难度不亚于前两步。面临的问题是,如何找到一个商业规模电站的设计方案,它必须保持固有安全特性,在工程上能够实现,又要在经济上有前景。我们已经走到世界的最前沿,从反应堆堆芯结构、主要系统和设备的技术方案、发电方式等,都要进行比较优选。我们不是关起门来搞研发,这些年来一直有一批顶尖的国际高温气冷堆专家参加到我们的研究团队并成为我们的一员。我们更充分借鉴和吸收了在10MW 高温气冷实验堆建设和运行过程中获得的宝贵经验。功夫不负有心人,在2006年最终完成一个比较令人满意的技术方案,得到了国际同行的高度赞赏,认为中国人确实有智慧。
  第二,改革开放以后的中国政府和中国社会有能力组织起来,在体制上实现和支持自主创新。
  高温气冷堆是我国1986年开始实施 “863计划”之后,能源领域的重点项目。国家“863计划”支持高温气冷堆关键技术的研发,支持了高温气冷堆关键技术攻关和10MW 高温气冷堆的建设。在上世纪90年代核能发展不景气的困难日子里,在国务院领导下,科技部和教育部的几任领导长期坚持不懈地给予了大量支持。科技部高新司一批对国家有高度责任感的同志做出了不可磨灭的贡献。
  在10MW 高温气冷实验堆建成后,国防科工委从国家核能发展的战略高度出发,支持完成了总体技术方案和标准机型的研究设计工作,奠定了示范电站工程实施的基础。
  现在,国家能源局担负起领导实施大型先进压水堆及高温气冷堆国家重大专项的职责。
  2003年中国核工业建设集团和我校联合组建中核能源科技有限公司,开始了产学研结合推进核能高技术产业化的进程。2004年中国华能集团加入并作为大股东承担起组建高温气冷堆业主公司的责任,他们提出国有大企业应当带头支持自主创新的口号。
  我校作为高温气冷堆国家重大专项的技术牵头单位,近20年两代科技人员付出了常人难以想象的辛苦,在艰苦的条件下坚持不懈,10年磨一剑,是和我校把为国家服务、为现代化建设服务作为建设世界一流大学的宗旨分不开的。
  通过实践,我们初步形成了一个有战斗力的团结的团队,初步实践了国家建设以企业为主体、产学研结合的技术创新体系的要求。高温气冷堆核电站示范工程主合同的签订,也给我们团队中的每一员压上了更重的担子。我们决心在党中央国务院的领导下,在国家有关部门的领导和支持下,知难而进,众志成城,用全部的智慧和力量按照预定的目标完成高温气冷堆核电站国家重大专项。
  (作者为我校核能与新能源技术研究院院长、高温气冷堆核电站国家科技重大专项总设计师)
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东方红 发表于 2009-9-28 09:16 | 只看该作者
本帖最后由 东方红 于 2009-9-28 09:31 编辑

希望工程进展顺利!计划不如变化快,南非的PBMR又延期了。
南非拟建第一座80兆瓦核电厂
2009年06月27日 来源: 科技日报 作者: 李学华
  本报比勒陀利亚6月24日电(记者李学华)南非PBMR公司发言人汤姆·费雷拉近日称,该公司将在2018年建成南非第一座功率为80兆瓦的基于球床燃料技术的核电及热处理厂。
  PBMR是球床模块高温气冷堆(Pebble Bed Modular Reactor)的简称,使用球状燃料,反应堆的核燃料密度要比一般的反应堆低,采用惰性气体或近似惰性气体(如氦、氮、二氧化碳)作为冷却剂,排除了堆芯熔化事故,安全性好。因此,PBMR被认为是最有希望满足新一代核能系统要求的堆型。
  费雷拉说,由于公司决定修改设计方案以吸引更多的投资来弥补资金缺口,因此该厂开工建设的时间被推迟了。该公司原计划于2014年建成第一座PBMR核电厂,以增加南非最大的电力公司ESKOM的供电能力,同时帮助ESKOM减少其“碳足迹”。ESKOM最近几年一直忙于应付南非的电力紧张状况。但是,全球金融危机迫使该公司不得不改变原先的设计方案,特别是在工业应用方面。比如PBMR具有产生高温的能力,借此可以吸引更多的买家,包括那些在加拿大从事油砂项目的公司以及石油化工巨头SASOL公司。
  费雷拉说,该公司计划于2014年做出最后的商业决定,然后用4年的时间完成第一座核电厂的建设。如果一切进展顺利,到2018年,南非第一座PBMR核电厂将开始发电或进行热处理(用于生产清洁气体和液体燃料)。此后,类似的核电厂建设时间将只需2年。
  费雷拉表示,这种新型核反应堆技术的优点是,你可以根据需要,建设多座80兆瓦的核电厂,可以将其建在电力紧缺的地方,避免电力传输造成的损耗,从而节省费用。
  南非PBMR公司自1993年起一直致力于PBMR技术的开发,其PBMR工程借鉴了美国,尤其是德国的技术经验。该公司已和中国有关方面签订了备忘录,在PBMR技术进入商业应用后,双方将密切协作,共同受益。
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ganjp201 发表于 2009-9-28 09:59 | 只看该作者
核蛋蛋艇上啥时能用这个东东?
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东方红 发表于 2009-9-28 10:16 | 只看该作者
体积太大,就像一座大楼,核潜艇装不下。
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shaolin1254 发表于 2009-9-28 11:03 | 只看该作者
核艇还得靠自然循环压水堆。美国把这东西变成了一项产业,想想2战后美国造了几百艘核艇,这产能太让人头痛。
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暗夜流星 发表于 2009-10-3 11:53 | 只看该作者
高温气冷堆的特点就是安全可靠,但是功率密度很低,多年前不知道那位仁兄编了这么个故事,一直祸害到今天,哈哈。

体积太大,就像一座大楼,核潜艇装不下。
东方红 发表于 2009-9-28 10:16
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 楼主| Nighthawk 发表于 2009-10-3 14:49 | 只看该作者
高温气冷堆是比较适合铺开建设的一种堆,因为它实在太安全,而且是被动安全。
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shaolin1254 发表于 2009-10-3 15:21 | 只看该作者
现在的工业用核反应堆还是建在以靠海、靠江地区为主,内陆建造核反应堆还要看这回的高温气冷堆实际应用后的安全性
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snowtiger 发表于 2009-10-3 17:28 | 只看该作者
布雷登循环高温气冷堆的常规岛实际上就是把一台带余热锅炉的燃气轮机截取燃烧室后面的部分,应该没有太大问题。核岛的体积需要量化计算。前后纵列两个安全壳对于SSBN还算可以接受。
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铁人 发表于 2010-4-25 02:27 | 只看该作者
核艇还得靠自然循环压水堆。美国把这东西变成了一项产业,想想2战后美国造了几百艘核艇,这产能太让人头痛。 ...
shaolin1254 发表于 2009-9-28 11:03


哪有几百艘,总共才一百来艘
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qiugb 发表于 2010-4-27 02:33 | 只看该作者
CD上电网兄对高温气冷堆有非常详尽的科普
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lostangel 发表于 2010-5-2 20:00 | 只看该作者
本帖最后由 lostangel 于 2010-5-2 20:02 编辑

S9G,S6W将燃料铀浓缩度不停的提高,差不多就要达到武器量级了,目的只有一个提高堆热功率。气冷堆也好,热离子堆也罢,很多东西都有着诱人的技术性能,但是综合效能关键效能上还是和压水堆有很大差距。美帝闷着头一脑门子干压水堆是有原因的,我想就土共核堆得设计水平,老老实实跟在人家后面,走成熟可靠的技术途径比较实在。把堆热功率提上去,把推进效率大幅度改善,把自然循环功率搞高些,加快紧凑化一体化堆得研发,比去选择一些不成熟、技术难度大的堆型发展可重要吧。
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网虫一个 发表于 2010-5-7 22:51 | 只看该作者
高温气冷快堆前途无量~
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sarin 发表于 2010-5-18 21:41 | 只看该作者
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cruelworm 发表于 2010-5-23 02:16 | 只看该作者
氦气透平还是比较难搞的啊
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mir-2 发表于 2011-1-17 20:39 | 只看该作者
清华高温气冷堆氦气透平发电系统通过国家863项目验收
  【新闻中心讯】12月21日,清华大学核能与新能源技术研究院承担的“高温气冷堆氦气透平发电系统”通过了科技部组织的国家863项目验收。

验收专家组实地考察“高温气冷堆氦气透平发电系统”


  验收专家组对照课题合同的要求,听取了清华大学核研院院长张作义的汇报,参观了核研院10兆瓦高温气冷堆和氦气透平压气机系统机械性能试验台架,并结合此前赴哈尔滨东安航空发动机股份公司考察已经加工完成的世界上首台立式2500KW氦气涡轮压气机组,审核了相关文档资料,进行了有关问题的答辩,对课题的完成情况和取得的重大科研成果给予了充分肯定,一致同意课题通过验收。

验收汇报会现场


  专家组认为:氦气透平发电项目组按期圆满完成了高温气冷堆的运行考验和固有安全试验,获得了反应堆运行和控制的重要数据,展示了高温堆的固有安全性,在国际上产生重大影响。氦气透平发电项目组从无到有建立了我国氦气透平研究发展的基础,对氦气透平的关键技术及其挑战的研究达到了世界领先水平,为我国站在国际前沿引领高温气冷堆技术发展提供了知识基础。建立了磁悬浮轴承研发基地并达到了工业应用的水平,为在高温气冷堆及其他广泛领域的应用奠定了基础。氦气透平发电项目组高水平地完成了项目的两个子课题,使我国在高温堆领域继续保持国际领先地位。
  验收组由科技部863能源领域专家及科技部高技术中心、国家核安全审评中心、中国核动力研究设计院、中国神华集团、上海交通大学、成都发动机公司、中科院热物理所等单位的14位专家组成。
  科技部高新技术发展及产业化司能源与交通处郑方能处长、孙鸿航博士,科技部高技术研究发展中心能源处陈硕翼处长,清华大学有关负责人出席了验收会。(供稿 核研院 编辑 襄桦)

http://news.tsinghua.edu.cn/new/news.php?id=24451
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kktt 发表于 2011-1-18 16:41 | 只看该作者
氦气透平搞定后,热电转化效率有望达到神话般的50%
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mir-2 发表于 2011-1-18 17:06 | 只看该作者
回复 17# kktt


    要真是这样就太好了,希望十二五能加速发展。
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sarchiel 发表于 2011-1-19 22:45 | 只看该作者
高温气冷堆真的安全么?

最危险的,是如果发生一回路破裂,水进入堆芯,恐怕会造成切尔诺贝利级别的事故

其次,听说堆芯退役时间貌似比压水堆长得多,达到千年量级

这两个问题是否已经解决?


高温气冷堆是比较适合铺开建设的一种堆,因为它实在太安全,而且是被动安全。
Nighthawk 发表于 2009-10-3 14:49
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sarchiel 发表于 2011-1-19 22:55 | 只看该作者
个人认为最好抛弃使用水的冷却系统,用氦气轮机+热电材料热交换器,直接将热排放到大气才能避免此类事故。同时燃料球和减速石墨块要外覆陶瓷,避免可能的冷却回路破裂导致氧气进入堆芯点燃石墨。
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