清華大學牽頭研發設計的全球領先第四代核電機組進入商業運行

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 董魯皖龍）12月6日，我國具有完全自主知識產權的國家科技重大專項——華能山東石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在完成有關調試試驗的基礎上，順利完成168小時持續運行考核，開始商業運行，標志著我國成為世界上第一個實現模塊式高溫氣冷堆核電站商業運行的國家，也意味著清華核能科學家持續數十年知難而進、眾志成城牽頭研發的以固有安全為主要特征的先進核能技術，實現了從跟跑、并跑到領跑世界的跨越，并在第四代先進核能領域繼續擴大領先。

據介紹，華能山東石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程位于山東榮成。清華大學是技術研發主體，負責研發、總體技術方案及核島主系統主設備的設計，中國華能集團作為示范工程建設營運主體，中國核工業集團作為示范工程建設實施主體及燃料元件生產單位。項目聯合上海電氣、哈爾濱電氣等制造企業，實現了研究、設計與加工制造的深度融合。示范工程中核島設備15000余臺套，首臺套設備超過2200臺，世界首創型設備超過660臺。配套建設了目前世界最大規模年產30萬個燃料球的燃料元件生產線，以及10MW大型氦氣工程試驗回路等一系列試驗設施。

高溫氣冷堆采用氦氣冷卻，全陶瓷包覆顆粒燃料元件。模塊式高溫氣冷堆采用模塊式設計，確保反應堆不需要應急冷卻也能夠處于安全狀態，被稱為固有安全的反應堆。國際上開展了大量研究和設計工作，但一直沒有成功建成商業電站。上世紀80年代，以王大中院士為帶頭人的清華大學核研院團隊將研究目標聚焦在實現反應堆固有安全的學術理念上。2000年，王大中、吳宗鑫帶領團隊建成了10兆瓦高溫氣冷實驗堆（HTR-10）。在此基礎上，2006年“高溫氣冷堆核電站”被列入國家科技重大專項，清華大學成為唯一牽頭實施國家科技重大專項的高等學校，清華大學核研院院長張作義被任命為總設計師。2021年，作為實現反應堆固有安全的帶頭人，王大中院士榮獲國家最高科學技術獎。同年12月，高溫氣冷堆核電站示范工程實現首次并網發電，至今在調試過程中已累計發電3.5億度。新的商業化高溫氣冷堆項目由中國核工業集團等企業牽頭已經開始啟動，商業化推廣正在拉開序幕。

在國家科技重大專項支持下，我國建設了一個完整的新一代核電站的示范工程，規模相當于我國首臺秦山核電站，突破了一大批 “0到1”核心關鍵技術。今年8-9月份，我國首次在石島灣高溫氣冷堆核電站上，通過試驗證明了核裂變能也能夠實現固有安全，即不依靠人為干預和應急冷卻，僅依靠自然定律，實現裂變反應堆的自然冷卻，不會出現堆芯熔化。這標志著我國在實際建成的核電站上，在世界上首次驗證了“固有安全的核裂變能”這一學術夢想。

模塊式高溫氣冷堆在國際上被稱為第四代核能系統，也被稱為小型模塊堆。清華大學研發并實現的模塊式高溫氣冷堆技術可以提供300℃-500℃高參數工業蒸汽，實現熱電聯產。該技術采用標準化模塊的概念，每個模塊功率約10萬千瓦。多個模塊并聯，可以形成20萬千瓦和60萬千瓦機組，在我國的工業蒸汽應用市場上已經具備商業競爭力。中國核工業集團將高溫氣冷堆核能系統列入旗艦型產品序列。清華大學將與中國核工業集團、中國華能集團等有關產業集團加強合作，實現高溫氣冷堆的標準化系列化，成為助力我國及世界碳達峰碳中和的重大創新性產業。