中国第四代核电技术的研发应用已经领先全球!欧美各国多年无法解决的难题,我国石岛湾核电站已经给出了完美的解决方案!
核能是目前人类掌握的最强大能源,也是最具潜力的未来能源,为什么这么说呢?核裂变技术已经能实现诸如核武器、核动力、核能发电等一系列应用成果,一旦将来人类突破可控核聚变技术,可能整个人类文明都会发生改变。
目前流行的第三代核电技术主要指轻水堆型发电,但该技术并非没有风险,从苏联的切尔诺贝利事故,到日本福岛的核电站事故,核电安全性成为国际社会深感担忧的问题,发展更为高效安全的第四代核电技术成为世界共识。
但经过多年研发,欧美各国迟迟无法实现技术突破,唯有中国在该领域一枝独秀,成为世界第四代核电技术的引领者。
第四代核电技术,我国后发先至
早在1999年,美国率先提出发展第四代核电技术的倡议,并于2000年牵头成立了第四代核能系统国际论坛(GIF)。
根据GIF的定义,第四代核能系统需要具有四个特征:核能更为有效的利用,核废物量要达到最少化;发电成本要优于其他能源;具有极高的安全性,堆芯损伤概率极低;难以被用于核武器,不易失窃。
简单说,就是要更安全、更经济、更高效,围绕这样的目标,国际上提出了众多可能实现的堆型,例如钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆、高温气冷堆和熔盐堆。
这其中,钠冷快堆和铅冷快堆技术率先受到关注,但是各国的研发进程一再受挫,2015年,俄罗斯BN-1200钠冷快堆反应堆被无限期叫停,2019年,欧洲ASTRID钠冷快堆宣布搁浅。
采用铅冷快堆技术的法国ALFRED、欧盟ELSY以及俄罗斯BREST-300三大项目,进展甚至还不如钠冷快堆,技术突破遥遥无期。
2007年,中国加入GIF,确立了以高温气冷堆和钠冷快堆为重点研发方向,并于2008年,开始筹建基于高温气冷堆技术的山东荣成市石岛湾核电站。
2012年,石岛湾核电站正式开工建设,该核电站由中国华能牵头,联合清华大学、中核集团共同建设,集中了我国最强悍的科技力量和上下游产业链资源,一路攻克技术难关,实现了核心设备的自主研发。
2020年7月,核电站进入调试阶段,这也意味着我国核电工业正在一条前无古人的道路上前进,没有任何可以借鉴的经验,任何情况都有可能出现。
经过近30个月的不懈努力,工程科研团队完成了700余项调试试验,对高温气冷堆技术进行了全方位的反复验证,让这一技术逐渐成熟起来。
2023年12月,石岛湾核电站正式投入商业运行,截止目前,已经正常发电6.5亿度,这标志着我国第四代核电技术已经领先全球,实现了这一领域的一项创举。
在石岛湾核电站的建设研发过程中,我国形成了包括专利、技术标准、软件著作权在内的自主知识产权体系,培养出一支高温气冷堆核电技术的专业人才队伍,建立了可复制、可推广的标准化管理体系,这对于世界核能利用具有重大意义。
那么,石岛湾核电站究竟有哪些“黑科技”呢?
石岛湾核电站有多强?
第四代核电技术最大的特点就是超高的安全性。核能虽好,但如果无法控制在安全范畴内,就将酿成恐怖的灾难,我国的高温气冷堆技术,首要解决的就是这一问题。
石岛湾核电站有多安全呢?
在停水停电、遭遇突发事故或自然灾害,一切设备全部失灵,甚至就连工作人员都没有的极端情况下,不需要任何外部干预,反应堆能够依靠自身的物理特性,依然保持在安全状态,这就是石岛湾核电站的强悍能力。
这种“天生”的安全性,是如何做到的?
要理解这一点,首先要清楚高温气冷堆的工作原理。高温气冷堆技术有两个关键词,一是“高温”,二是“气冷”,该技术采用惰性气体氦气来实现热量传导,所以称为“气冷”。
氦气将核反应产生的热量传导至蒸汽发生器进行发电,温度可达750-950度,所以称为“高温”,氦气能够有效传导核能转化的热能,并确保在高温状态下不发生多余的化学反应,具有极高的稳定性。
氦气冷却之后,会重新回到堆芯冷却反应堆,形成闭路循环,实现持续性的发电。
对于反应堆,则采取了三重防线的措施确保安全性,首先是耐高温“盔甲”,反应堆里有很多拳头大小的黑色燃料球,最外层是一层石墨,每个燃料球内部有1.2万个直径不足1毫米的燃料颗粒。
每个颗粒外面是四层陶瓷“盔甲”,最里面才是核燃料,层层耐高温的“盔甲”确保核燃料不会泄露。
第二重防线则是反应堆的自稳特性,当温度升高到设定的阈值时,反应堆会自动进行“刹车”,使反应功率降下来,核反应就会始终处于可控范围。
第三重防线是是反应堆具有自动的余热排出系统,一旦反应堆停止,不需要其他设备干预,反应堆会借助自然对流换热、热传导、热辐射等方式,将热量自然排出,避免高温熔毁。
此外,石岛湾核电站采用了模块化设计,每个相对独立的模块,都是一个反应堆,功率相对就比较低,即便某个模块出现问题,也不会影响其他模块,而且更加容易控制,使用起来也可以根据电力需求灵活配置。
除了发电,石岛湾核电站利用产生的热能,还实现了核能供暖,今年已经与荣成市政供热管网并网,为2000余户家庭提供供暖。
高温气冷堆技术在很多领域都有用武之地,例如制氢、同位素生产,与相关的工业产业配合,形成无污染、零排放的能源链条。
预计,我国在2030年之前,核电装机规模有望达到世界领先水平,在核能利用方面,我国将成为世界的典范,不断发挥出更加重要的作用。
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