高溫氣體核反應(yīng)堆：日本引領(lǐng) 中國(guó)緊追
在福島事故之后，世界對(duì)核電的安全提出了更高的要求。高溫氣體反應(yīng)堆（HTGR） 作為下一代核反應(yīng)堆，被寄予厚望，日本對(duì)該技術(shù)的開(kāi)發(fā)處于領(lǐng)先地位。
由于沒(méi)有堆芯熔化和氫氣爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，這種反應(yīng)堆可以在完全失去動(dòng)力源的情況下繼續(xù)運(yùn)行。由于不用水，它可以在沙漠建設(shè)，甚至可以在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生氫氣。
波蘭作為一個(gè)嚴(yán)重依賴(lài)煤炭的國(guó)家，在與日本原子能機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)合作的基礎(chǔ)上，已經(jīng)開(kāi)始試圖引進(jìn)商用HTGR。目的是提供穩(wěn)定的能源，同時(shí)減少二氧化碳排放。
與此同時(shí)，中國(guó)也在加緊研發(fā)HTGR，日本絕不能坐以待斃。
（來(lái)源：微信公眾號(hào)“嘿嘿能源heypower” ID：heiheinengyuan 作者：heypower）
基本功能已經(jīng)具備
日本HTGR計(jì)劃的重點(diǎn)是原子能局在茨城縣大洗市的高溫試驗(yàn)堆（HTTR）。新型核反應(yīng)堆的開(kāi)發(fā)是分階段進(jìn)行的，熱功率為3萬(wàn)kW的HTTR是第一階段。同時(shí)，HTTR已經(jīng)具備了HTGR的所有基本功能。
HTTR項(xiàng)目已經(jīng)獲得了積極的實(shí)驗(yàn)成果，連續(xù)50天產(chǎn)生950度的高溫，利用產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，連續(xù)生產(chǎn)氫氣150小時(shí)。日本的HTTR自1998年開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)，在其他技術(shù)方面也證明了自己是世界上性能最好的HTGR。
中國(guó)接近實(shí)際使用
中國(guó)也將HTGR定為先進(jìn)的核電設(shè)施，并將傾國(guó)家資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。清華大學(xué)的HTGR，即 “HTR—10”，于2000年開(kāi)始運(yùn)行。
雖然這個(gè)反應(yīng)堆比日本的反應(yīng)堆晚兩年達(dá)到臨界狀態(tài)，但中國(guó)現(xiàn)在即將進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展階段，即 “HTR—PM ”示范電站的運(yùn)行。HTR—PM位于山東省威海市石島灣，預(yù)計(jì)2021年開(kāi)始運(yùn)行，通過(guò)兩個(gè)反應(yīng)模塊提供20萬(wàn)kW的電力。由于反應(yīng)堆堆芯的設(shè)計(jì)和燃料成分與更為復(fù)雜的日本HTGR不同，HTR—PM只能產(chǎn)生750度的高溫。但是，中國(guó)的實(shí)踐仍然具有重要意義，當(dāng)日本核電產(chǎn)業(yè)在福島核事故后整體陷入癱瘓時(shí)，中國(guó)卻通過(guò)建造HTR—PM取得了新進(jìn)展。
商用核反應(yīng)堆計(jì)劃
一個(gè)更令人驚訝的事實(shí)是，中國(guó)有六個(gè)城市的HTGR建設(shè)計(jì)劃正在穩(wěn)步推進(jìn)。其中，福建省3座，廣東、浙江、江西省各1座，江西計(jì)劃在內(nèi)陸城市瑞金建設(shè)。這些商業(yè)化的HTGR電站（輸出功率120萬(wàn)kW）是基于小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的。
一方面，HTGR具有極高的安全性，但另一方面，從結(jié)構(gòu)上看，其單體無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模建設(shè)。但是，如果將多個(gè)小型反應(yīng)堆連接起來(lái)，就可以達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)大型核電站相當(dāng)?shù)妮敵龉β省?/p>
這些系列商業(yè)反應(yīng)堆將使用12個(gè)HTR—PM反應(yīng)模塊，每個(gè)模塊的輸出功率為10萬(wàn)kW。具體來(lái)說(shuō)，一臺(tái)蒸汽輪機(jī)將由一臺(tái)6個(gè)反應(yīng)模塊的HTR—PM驅(qū)動(dòng)，稱(chēng)為 “HTR—PM600”，其裝機(jī)總?cè)萘繛?0萬(wàn)kW。
計(jì)劃從一個(gè)中央控制室控制其中的兩臺(tái)機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)總輸出功率為120萬(wàn)千瓦的HTGR工廠。
日本性能優(yōu)越
中國(guó)的HTGRs卵石床式反應(yīng)堆源于德國(guó)技術(shù)，與日本的塊式HTGRs有很大區(qū)別。卵石床式反應(yīng)堆是將鈾顆粒和石墨粉混合制成的卵石狀燃料逐一投入反應(yīng)堆堆芯。在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，這種反應(yīng)堆比日本制造的反應(yīng)堆更有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。但是，從反應(yīng)堆核心排出的氦氣溫度比日本反應(yīng)堆低200度。因此，中國(guó)制造的反應(yīng)堆在制氫方面存在不足，無(wú)法使用高效燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。
盡管性能上與日本相差一定距離，但中國(guó)的反應(yīng)堆很快就會(huì)進(jìn)入示范階段。如果商業(yè)反應(yīng)堆的后續(xù)開(kāi)發(fā)按計(jì)劃進(jìn)行，中國(guó)制造的反應(yīng)堆很快就會(huì)主導(dǎo)全球市場(chǎng)。
波蘭的生存之路
日本的HTTR已被關(guān)閉，正在接受核管理委員會(huì)的安全審查。同時(shí)，日本計(jì)劃與波蘭國(guó)家核研究中心合作，進(jìn)行HTGR的研究和開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提高其在海外的市場(chǎng)地位，也為兩國(guó)的年輕研究人員提供了一個(gè)極具吸引力的機(jī)會(huì)。在日本政府目前的 “基本能源計(jì)劃”中，推廣HTGR技術(shù)被列入國(guó)際合作項(xiàng)目，希望能在未來(lái)看到日本建設(shè)的HTGR投入商業(yè)運(yùn)行。日本的能源資源有限，未來(lái)取決于高溫氣體反應(yīng)堆的成敗，不能讓我們的技術(shù)白白浪費(fèi)。
什么是高溫氣體反應(yīng)堆（HTGR）？
即用石墨和氦氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)核電（輕水反應(yīng)堆）中的水，利用產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電。原則上，HTGR不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故，可以在3倍于輕水反應(yīng)堆的高溫下進(jìn)行高效發(fā)電，同時(shí)可以生產(chǎn)清潔能源氫氣。如果不與發(fā)電機(jī)相連，HTGR可以作為鋼廠和化工廠提供熱源。
在實(shí)際使用階段，成本高的確是一種阻礙。但福島事故后，由于安全問(wèn)題備受關(guān)注，輕水反應(yīng)堆的價(jià)格高企，HTGR開(kāi)始具備競(jìng)爭(zhēng)力。日本從20世紀(jì)60年代末就開(kāi)始研究，在該領(lǐng)域已深耕了50多年。