2023年12月6日，國家重大科技專(zhuān)項標志性成果、位于山東省威海市榮成石島灣的高溫氣冷堆核電站示范工程投入商業(yè)運行。這是全球首座投入商業(yè)運行的第四代核電站，標志著(zhù)我國在第四代核電技術(shù)研發(fā)和應用領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。

　　高溫氣冷堆是我國完全自主知識產(chǎn)權的先進(jìn)核能系統。它以氦氣為冷卻劑、石墨為慢化劑，采用獨特的全陶瓷包覆顆粒球形燃料元件。高溫氣冷堆發(fā)電效率高，即使采用傳統蒸汽循環(huán)方式，其發(fā)電效率也可達40%以上。此外，高溫氣冷堆還能產(chǎn)生滿(mǎn)足石油精煉和煤化工、稠油熱采等領(lǐng)域需求的高品質(zhì)和多層次的蒸汽，其高溫的特點(diǎn)又適用于大規模、工業(yè)化制取綠氫。

　　固有安全性好是高溫氣冷堆最明顯的特征和優(yōu)勢?！案邷貧饫涠训暮巳剂显悄透邷厝沾砂差w粒球形核燃料元件，也稱(chēng)作燃料球?！?清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長(cháng)張作義介紹，在石島灣高溫氣冷堆示范電站，燃料球直徑為6厘米，最外層是石墨層，里面是彌散在基體石墨粉中的大約1.2萬(wàn)個(gè)4層全陶瓷材料包覆的、直徑0.9毫米的核燃料顆粒。實(shí)驗表明，這種燃料球在1620攝氏度高溫條件下，仍能夠有效阻擋放射性泄漏。

　　在設計理念上，高溫氣冷堆采用模塊式設計，每一個(gè)小模塊約為大型壓水堆核電站的1/30?！耙虼?，反應堆停堆后產(chǎn)生的余熱處于較低水平，意味著(zhù)發(fā)生意外時(shí)，即使不進(jìn)行人為干預，反應堆也能自動(dòng)停堆并將余熱安全地散發(fā)出去。反應堆的堆內溫度不可能達到1620攝氏度的高溫限值，更不會(huì )發(fā)生堆芯熔化?！鼻迦A大學(xué)核研院副院長(cháng)董玉杰表示。

　　上世紀80年代，在中國科學(xué)院院士王大中帶領(lǐng)下，清華大學(xué)開(kāi)展先進(jìn)核能技術(shù)研發(fā)，在國家“863計劃”支持下，突破了球形燃料元件、球床流動(dòng)特性等多項關(guān)鍵技術(shù)，并于2000年建成10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗堆，2003年并網(wǎng)發(fā)電。同年，中國核工業(yè)集團有限公司與清華大學(xué)共同組建了中核能源科技有限公司，正式開(kāi)啟我國高溫氣冷堆科技成果轉化之路。

　　2006年，高溫氣冷堆被列入國家科技重大專(zhuān)項。2008年，高溫氣冷堆總體實(shí)施方案獲國務(wù)院批準。2012年12月，石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開(kāi)工，由中國核工業(yè)集團有限公司、清華大學(xué)、中國華能集團有限公司共同建設。其中，清華大學(xué)是技術(shù)研發(fā)主體，負責研發(fā)、總體技術(shù)方案及核島主系統主設備的設計，中國核工業(yè)集團有限公司作為示范工程建設實(shí)施主體及燃料元件生產(chǎn)單位，中國華能集團作為示范工程建設營(yíng)運主體。

　　面對示范工程建設過(guò)程中的問(wèn)題與挑戰，相關(guān)單位全面深化校企合作，搭建了產(chǎn)學(xué)研一體化的項目團隊，通過(guò)示范工程建設取得了一批重大成果：建成并運行世界上首座模塊式高溫氣冷堆核電站，為發(fā)展第四代核電技術(shù)奠定基礎；形成高溫氣冷堆核電站的自主設計、制造、建造和運行的能力，在世界上處于領(lǐng)先水平。

　　項目實(shí)施過(guò)程中，中核能源科技有限公司聯(lián)合相關(guān)設計單位和制造企業(yè)，實(shí)現了研究設計與加工制造的深度融合。中核能源科技有限公司副總經(jīng)理林立志舉例，設備制造方面，完成模塊式高溫氣冷堆反應堆壓力容器、電磁軸承主氦風(fēng)機、組件式直流蒸汽發(fā)生器、控制棒和吸收球系統、燃料裝卸系統等多個(gè)首臺套設備研制，1.5萬(wàn)多臺套設備中有2200臺套為首臺套，世界首創(chuàng )型設備超過(guò)660臺，設備國產(chǎn)化率達到93.4%。

　　隨著(zhù)石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程建成并投入商運，我國高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成，具備產(chǎn)業(yè)化推廣條件。中核能源科技有限公司副總經(jīng)理、總工程師石琦介紹，目前，在充分吸收、利用示范工程的主工藝、主設備、固有安全設計、工程驗證實(shí)踐等方面的經(jīng)驗基礎上，60萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆技術(shù)方案已經(jīng)形成，已完成了核島的初步設計，全面轉入施工圖設計階段。