我國(guó)高溫氣冷堆發(fā)展戰(zhàn)略研究

一、前言高溫氣冷堆技術(shù)采用氦氣冷卻劑,石墨慢化劑及全陶瓷包覆顆粒燃料元件。反應(yīng)堆出口溫度可以達(dá)到700~1000℃。最新一代的高溫氣冷堆稱為“模塊式高溫氣冷堆”，它是1979年三哩島核事故后世界核能界為革命性地改進(jìn)核能安全而提出的新概念。這種反應(yīng)堆的核心思想是采用熱功率200~600MWt之間的比較小的反應(yīng)堆模塊，利用包覆顆粒燃料元件所能達(dá)到的優(yōu)異耐高溫性能，在不需要任何應(yīng)急冷卻的情況下，反應(yīng)堆都能夠自然散熱，從而消除堆芯熔化的可能性。安全性是模塊式高溫氣冷堆的重要特點(diǎn)之一。模塊式高溫氣冷堆的另一重要特點(diǎn)是高溫。它的一個(gè)重要用途是高效率發(fā)電以及熱電聯(lián)產(chǎn)。在反應(yīng)堆出口溫度達(dá)到700~750℃的條件下，可以結(jié)合在反應(yīng)堆二回路的蒸汽循環(huán)，實(shí)現(xiàn)亞臨界、超臨界以及超超臨界發(fā)電，效率達(dá)到40%~48%?？梢酝ㄟ^(guò)汽輪機(jī)抽汽，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，用于100~400℃不同參數(shù)的工業(yè)和民用供熱市場(chǎng)。在反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)和材料基本不變的情況下，進(jìn)一步提高高溫氣冷堆的出口溫度，使其達(dá)到800~1000℃，可以用于更高溫度的核能熱利用。其中，具有吸引力的是熱分解水制氫，大幅度拓寬核能的應(yīng)用范圍。氫作為一種重要的工業(yè)原料，除了合成氨、合成甲醇、石油精煉等傳統(tǒng)用途外，氫氣在氫冶金、煤液化以及氣化等領(lǐng)域都得到了大規(guī)模應(yīng)用。氫還是未來(lái)理想的二次能源或能源載體，例如，氫可以通過(guò)燃料電池技術(shù)的使用推動(dòng)交通能源的升級(jí)。高溫氣冷堆被認(rèn)為是最適合用于制氫的核能技術(shù)。二、高溫氣冷堆技術(shù)簡(jiǎn)述用氣體作為冷卻劑的氣冷反應(yīng)堆技術(shù)，最早應(yīng)用于軍用核材料的生產(chǎn)，后來(lái)逐步發(fā)展成為商用發(fā)電的動(dòng)力反應(yīng)堆。它大致分為四個(gè)階段：早期氣冷堆（Magnox堆）、改進(jìn)型氣冷堆（AGR堆）、高溫氣冷堆和模塊式高溫氣冷堆。模塊式高溫氣冷堆按照堆芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，還可以分為球床堆和棱柱堆兩大類型。球床堆采用球形燃料元件，利用球在反應(yīng)堆堆芯中的緩慢移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不停堆連續(xù)換料。它的優(yōu)點(diǎn)是提高反應(yīng)堆的可利用率，實(shí)現(xiàn)比較均勻的功率分布和燃料的燃耗深度，以及沒(méi)有大的后備反應(yīng)性，有利于反應(yīng)堆的控制。球床堆技術(shù)由德國(guó)于利希研究中心教授發(fā)明，在德國(guó)開(kāi)展了大量的研究和發(fā)展工作，建設(shè)了15MWe的高溫氣冷堆（AVR）實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆和300MWe的高溫釷反應(yīng)（THTR）工業(yè)示范堆。我國(guó)在國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃的支持下于2000年在清華大學(xué)建成10MW高溫氣冷試驗(yàn)堆（HTR-10），是世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)“模塊式”肩并肩布置的球床高溫氣冷堆的實(shí)驗(yàn)堆。美國(guó)和日本主要發(fā)展了棱柱堆。美國(guó)建設(shè)了PeachBottom實(shí)驗(yàn)堆和FortSt.Vrain工業(yè)示范堆，日本建設(shè)了高溫實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（HTTR）。球床堆和棱柱堆的主要差別是燃料的幾何形狀不同。但是兩種高溫氣冷堆的核心技術(shù)，例如，全陶瓷包覆顆粒燃料、氦氣冷卻劑和石墨慢化劑都是相同的。二者在20世紀(jì)80年代以后不約而同地轉(zhuǎn)向了“模塊式”高溫氣冷堆的技術(shù)發(fā)展方向，應(yīng)用領(lǐng)域也是相同的。具有優(yōu)異的固有安全性是模塊式高溫氣冷堆的突出特征。國(guó)際上把高溫氣冷堆列為符合第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)要求的堆型之一。2003年發(fā)表的第四代核能系統(tǒng)路線圖報(bào)告把超高溫氣冷堆（VHTR）列為第四代核能系統(tǒng)6種候選技術(shù)之一。2010年后更新的路線圖報(bào)告則將VHTR更改為V/HTR（超高溫氣冷堆/高溫氣冷堆），并說(shuō)明它包括的溫度范圍是700~1000℃。圖1示意了HTR-PM球形燃料元件結(jié)構(gòu)。以二氧化鈾為核心，外面包覆熱解碳和碳化硅層，形成0.92mm直徑的包覆顆粒燃料。大約12000個(gè)包覆顆粒燃料與石墨一起被填充在1個(gè)直徑60mm的燃料球中。

圖1HTR-PM球形燃料元件結(jié)構(gòu)圖2為我國(guó)高溫氣冷堆核電站示范工程（HTR-PM）的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)的示意圖。反應(yīng)堆堆芯中大約有4.2×105

個(gè)燃料球，直徑為3m，高為11m。堆芯周邊的反射層是耐高溫的石墨。冷卻劑氦氣從反應(yīng)堆頂部流過(guò)堆芯，然后通過(guò)一個(gè)內(nèi)襯保溫材料的同軸雙層連接結(jié)構(gòu)，流到一個(gè)和反應(yīng)堆肩并肩布置的蒸汽發(fā)生器。冷卻后的氦氣由布置在蒸汽發(fā)生器殼頂部的氦氣循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后通過(guò)同軸連接結(jié)構(gòu)的外層流回反應(yīng)堆，形成一個(gè)封閉的反應(yīng)堆——回路循環(huán)。新燃料元件由頂部裝入堆芯，從底部卸料管卸出。卸出的燃料元件如果未達(dá)到預(yù)定的燃耗深度，則再送回堆內(nèi)使用。圖2模塊式高溫氣冷堆的一個(gè)反應(yīng)堆模塊一個(gè)反應(yīng)堆和一臺(tái)蒸汽發(fā)生器構(gòu)成了一個(gè)高溫氣冷堆反應(yīng)堆模塊。在中國(guó)的200MWe高溫氣冷堆核電站示范工程（即HTR-PM）中，每個(gè)反應(yīng)堆模塊熱功率為250MWt。HTR-PM設(shè)計(jì)有2個(gè)模塊，向1臺(tái)蒸汽輪機(jī)供應(yīng)蒸汽，發(fā)電功率為210MWe。模塊式高溫氣冷堆的發(fā)明者H.Routler與G.Lohnert在早期就曾經(jīng)指出，模塊的意思就是在一個(gè)核電機(jī)組中可以根據(jù)需要連接多個(gè)反應(yīng)堆模塊。當(dāng)該反應(yīng)堆要應(yīng)用于更高溫度的場(chǎng)合時(shí)，需要有一個(gè)耐更高溫度的中間熱交換器，以取代蒸汽發(fā)生器。而反應(yīng)堆本身從燃料、反射層、堆內(nèi)金屬構(gòu)件到連接管都可以保持原有的材料和設(shè)計(jì)。目前經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的包覆顆粒燃料元件技術(shù)（TRISO）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期輻照考驗(yàn)證明能夠在1250~1350℃下長(zhǎng)期運(yùn)行，考慮到堆芯出口溫度的不均勻性，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆出口氦氣平均溫度達(dá)到1000℃的要求。三、高溫氣冷堆發(fā)展現(xiàn)狀德國(guó)最初于1960—1990年在球床高溫氣冷堆方面開(kāi)展了大量的研究工作，美國(guó)在同期也發(fā)展了棱柱燃料的高溫氣冷堆。20世紀(jì)80年代早期，德國(guó)西門(mén)子公司提出了模塊式高溫氣冷堆的概念，之后高溫氣冷堆的發(fā)展進(jìn)入了模塊式高溫氣冷堆的發(fā)展階段。對(duì)于模塊式高溫氣冷堆，德國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯、南非和中國(guó)等國(guó)都曾經(jīng)開(kāi)展了大量的研究，研究和發(fā)展了一系列基本具備建設(shè)首個(gè)示范工程的工程設(shè)計(jì)。其中比較好的設(shè)計(jì)是德國(guó)西門(mén)子公司1980—1995年的200MWt球床模塊式高溫氣冷堆HTR-Modul和同期美國(guó)通用原子能公司發(fā)展的350MWt棱柱模塊式高溫氣冷堆MHTGR。中國(guó)建設(shè)了世界第一個(gè)模塊式高溫氣冷堆的實(shí)驗(yàn)堆，熱功率為10MWt的清華大學(xué)10MW高溫氣冷堆實(shí)驗(yàn)堆（HTR-10），以及第一個(gè)模塊式高溫氣冷堆的工業(yè)示范電站，即華能山東石島灣20萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆核電站示范工程（HTR-PM），含兩個(gè)熱功率為250MWt的反應(yīng)堆模塊。（一）國(guó)際最新研發(fā)現(xiàn)狀

1.美國(guó)研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì)后，美國(guó)高溫氣冷堆相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和研究集中體現(xiàn)在下一代核電站計(jì)劃（NGNP）和X-energy公司對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究。美國(guó)也是第四代核能系統(tǒng)論壇的重要成員。美國(guó)能源部于2006年在愛(ài)達(dá)荷國(guó)家工程和環(huán)境實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了NGNP項(xiàng)目，其主要目的在于促進(jìn)高溫氣冷堆技術(shù)在發(fā)電、制氫和工藝熱應(yīng)用等方面的商業(yè)化。NGNP項(xiàng)目曾經(jīng)設(shè)定目標(biāo)在2021年建成首個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的模塊化高溫堆示范工程。但是在2010年左右由于政府與企業(yè)成本分擔(dān)問(wèn)題，示范工程的推進(jìn)工作停滯。目前NGNP基本上主要是科研性質(zhì)的工作，開(kāi)展了大量的全陶瓷型TRISO顆粒燃料、石墨以及Inconel617耐高溫材料的研究。但美國(guó)具備隨時(shí)啟動(dòng)建設(shè)工業(yè)示范電站的能力。X-energy公司成立于2009年。與美國(guó)傳統(tǒng)的棱柱高溫氣冷堆不同，該公司致力于研究球床高溫氣冷堆。它所致力研發(fā)的Xe-100反應(yīng)堆是球床模塊式高溫氣冷堆，熱功率為200MWt。X-energy的研發(fā)除了國(guó)家支持資金外，如2016年美國(guó)能源部5年共投資5300萬(wàn)美元，還拿到了私人資本投資（3850萬(wàn)美元）。除了Xe-100的設(shè)計(jì)，2018年X-energy預(yù)期要實(shí)現(xiàn)TRISO燃料的試驗(yàn)生產(chǎn)。2.日本研發(fā)現(xiàn)狀日本從20世紀(jì)90年代開(kāi)始建造小型高溫工程試驗(yàn)堆(HTTR)。HTTR的熱功率為30MW，氦氣出口溫度為950℃，進(jìn)口溫度為395℃。該項(xiàng)目于1998年11月建成并實(shí)現(xiàn)首次臨界，主要用于高溫工藝供熱、材料、燃料及安全性試驗(yàn)等研究。日本政府支持高溫氣冷堆技術(shù)發(fā)展的態(tài)度是比較堅(jiān)定的，一直把高溫氣冷堆列為日本長(zhǎng)期研究發(fā)展計(jì)劃。日本高溫氣冷堆計(jì)劃的組織由日本科學(xué)技術(shù)廳負(fù)責(zé)并提供大部分經(jīng)費(fèi)，由日本原子能研究所（JAEA）負(fù)責(zé)計(jì)劃的實(shí)施，并與相關(guān)企業(yè)鼎力合作。參加高溫氣冷堆計(jì)劃的企業(yè)有富士電機(jī)控股公司、三菱重工集團(tuán)、株式會(huì)社日立制作所、東芝公司等。3.第四代核能系統(tǒng)論壇2000年以來(lái),美國(guó)等提出第四代核能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，形成了美國(guó)、日本、法國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)等10國(guó)參加的第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇（GIF）。我國(guó)于2006年正式參加GIF，參與了大多數(shù)堆型的研究。高溫氣冷堆合作研究是GIF所有6個(gè)堆型中參與者最多的一個(gè)，共有9個(gè)正式成員，涉及中國(guó)、歐盟、法國(guó)、日本、韓國(guó)、瑞士、美國(guó)、澳大利亞和英國(guó)。從技術(shù)上看，中國(guó)目前已經(jīng)成為高溫氣冷堆技術(shù)的主要推動(dòng)者。VHTR下設(shè)多個(gè)合作研究組，包括制氫（HP）、燃料與燃料循環(huán)（FFC）、材料（MAT）、計(jì)算方法驗(yàn)證與基準(zhǔn)（CMVB）等。這些合作研究不僅對(duì)各國(guó)基礎(chǔ)科研的推進(jìn)提供了重要支持，在技術(shù)上推動(dòng)了高溫氣冷堆技術(shù)的成熟，同時(shí)也備受其他第四代核能系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)注。我國(guó)科技人員在其中扮演了重要的角色，擔(dān)任多個(gè)合作研究組的主席。（二）我國(guó)高溫氣冷堆技術(shù)研發(fā)進(jìn)展我國(guó)高溫氣冷堆技術(shù)的研發(fā)工作，始于20世紀(jì)70年代后期，是以清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院為主開(kāi)展的。研發(fā)大致分為3個(gè)階段。第一階段是1974—1990年，為早期探索階段，重點(diǎn)進(jìn)展是列入國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃核能領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究。第二階段是1990—2003年，是實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)階段，建設(shè)清華大學(xué)10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆HTR-10。第三階段是2003—2020年，在國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃的支持下開(kāi)展10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的運(yùn)行與安全試驗(yàn)，在國(guó)家核能開(kāi)發(fā)計(jì)劃的支持下開(kāi)展工業(yè)示范電站的前期和關(guān)鍵技術(shù)研究，在國(guó)家“2006—2020”科技重大專項(xiàng)的支持下建設(shè)山東石島灣20萬(wàn)千瓦級(jí)核電站示范工程（HTR-PM）。高溫氣冷堆核電站是國(guó)家科技重大專項(xiàng)第6個(gè)專項(xiàng)（簡(jiǎn)稱06專項(xiàng)）“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”的一個(gè)組成部分。它的目標(biāo)是以我國(guó)已經(jīng)建成運(yùn)行的10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆為基礎(chǔ)，通過(guò)攻克高溫氣冷堆工業(yè)放大與工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)、高性能燃料元件批量制備技術(shù)，建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的20萬(wàn)千瓦級(jí)模塊式高溫氣冷堆商業(yè)化示范電站，并開(kāi)展氦氣透平直接循環(huán)發(fā)電及高溫堆制氫等技術(shù)研究，為發(fā)展第四代核電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。1.示范工程建設(shè)HTR-PM工程于2012年12月9日正式開(kāi)工，核島澆筑第一罐混凝土。2015年現(xiàn)場(chǎng)土建工程全部完成，廠房封頂，設(shè)備開(kāi)始入場(chǎng)安裝和調(diào)試。2.球形燃料元件制造以持續(xù)30多年的科研成果為基礎(chǔ)，在清華大學(xué)建成了年產(chǎn)1×105

球的中試生產(chǎn)線，完成了生產(chǎn)設(shè)備和工藝定型。在此基礎(chǔ)上，商業(yè)規(guī)模年產(chǎn)3×105

球的球形燃料元件商業(yè)化生產(chǎn)廠在內(nèi)蒙古包頭市中核北方核燃料元件有限公司進(jìn)行建設(shè)，2013年3月開(kāi)工，2016年8月開(kāi)始正式生產(chǎn)。截至2018年年底，該生產(chǎn)線已完成了約6.3×105個(gè)合格燃料球的生產(chǎn)。為驗(yàn)證球形燃料元件的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，從上述按照工業(yè)化生產(chǎn)工藝設(shè)備及質(zhì)保要求批量生產(chǎn)的燃料球中，隨機(jī)抽取了5個(gè)燃料球，送至荷蘭佩滕（Petten）高通量堆開(kāi)展了輻照試驗(yàn)。輻照考驗(yàn)從2012年9月開(kāi)始，2014年12月底結(jié)束?？简?yàn)結(jié)果表明：5個(gè)球形元件中約6萬(wàn)個(gè)包覆燃料顆粒沒(méi)有一個(gè)破損，質(zhì)量達(dá)到了目前世界最好水平。圖3為輻照試驗(yàn)結(jié)果之一，以惰性氣體氪作為裂變產(chǎn)物釋放的標(biāo)志。圖3

HTR-PM球形燃料元件輻照試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)歷了輻照考驗(yàn)的上述燃料元件，2016年被送到德國(guó)卡爾斯魯厄（Karlsruhe）的歐洲聯(lián)合研究中心超鈾研究所進(jìn)行模擬事故極限溫度考驗(yàn)。三個(gè)輻照后的燃料球在1620℃下進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)150h的事故模擬加熱試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)1號(hào)球進(jìn)行了1620℃加長(zhǎng)時(shí)間（總共450h）的加熱試驗(yàn)，對(duì)4號(hào)球進(jìn)行了1650℃150h和1700℃150h的加熱試驗(yàn)，對(duì)2號(hào)球進(jìn)行了1700℃150h的加熱試驗(yàn)和1800℃150h的加熱試驗(yàn)。在上述事故模擬加熱試驗(yàn)中，均沒(méi)有包覆燃料顆粒破損?？简?yàn)結(jié)果表明：在95%的置信度下，考驗(yàn)結(jié)果比HTR-PM安全分析實(shí)際所采用的閾值要好一個(gè)量級(jí)，為高溫氣冷堆的進(jìn)一步發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。3.高溫氣冷堆關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及工程驗(yàn)證為支持高溫氣冷堆示范工程的研發(fā)和建設(shè)，清華大學(xué)在國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持下，專門(mén)建設(shè)了高溫氣冷堆工程實(shí)驗(yàn)室，對(duì)反應(yīng)堆主設(shè)備、主系統(tǒng)進(jìn)行了全面驗(yàn)證。樣機(jī)系統(tǒng)都是按照1∶1進(jìn)行研制和試驗(yàn)驗(yàn)證，包括主氦風(fēng)機(jī)、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、吸收球停堆裝置、燃料裝卸系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器完整組件、數(shù)字化主控制室等。2014年科學(xué)技術(shù)部組織對(duì)重大專項(xiàng)的中期檢查，其中關(guān)于高溫氣冷堆專項(xiàng)的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)為：攻克了迄今為止可預(yù)見(jiàn)的主要技術(shù)及設(shè)備制造難關(guān)，能夠支撐示范工程建設(shè)，技術(shù)性能滿足總體實(shí)施方案要求。圖4給出2017年年底技術(shù)成熟度狀態(tài)的評(píng)價(jià)，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已接近最終狀態(tài)。圖4?HTR-PM關(guān)鍵技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)4.主設(shè)備研制HTR-PM的核心設(shè)備及系統(tǒng)可歸納為九大設(shè)備和系統(tǒng)：反應(yīng)堆壓力容器、主氦風(fēng)機(jī)、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)金屬構(gòu)件、控制棒、吸收球、燃料裝卸、氦凈化和乏燃料儲(chǔ)存。其中大多數(shù)為世界首臺(tái)（套），對(duì)制造提出了很大的挑戰(zhàn)。在研發(fā)團(tuán)隊(duì)等各方面的努力下，截至2018年年底，HTR-PM的主設(shè)備研制和生產(chǎn)已基本完成。2016年3月和9月，兩臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器分別制造完成并在石島灣現(xiàn)場(chǎng)安裝就位；2018年5月，首臺(tái)燃料裝卸系統(tǒng)安裝完成；2018年10月，2套堆內(nèi)構(gòu)件安裝完成；2018年12月，2臺(tái)蒸汽發(fā)生器完成制造和出廠打壓實(shí)驗(yàn)，2臺(tái)主氦風(fēng)機(jī)完成出廠實(shí)驗(yàn)。5.協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制高溫氣冷堆重大專項(xiàng)實(shí)施的一個(gè)重要收獲是初步形成了可持續(xù)創(chuàng)新、多學(xué)科深度交叉、設(shè)計(jì)研發(fā)與裝備制造融合的協(xié)同創(chuàng)新局面。由中國(guó)華能集團(tuán)公司、中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司（原中國(guó)核建）、清華大學(xué)聯(lián)合組成華能山東石島灣核電有限公司作為示范工程的業(yè)主，負(fù)責(zé)示范工程的建設(shè)。由中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司、清華大學(xué)、中國(guó)廣核集團(tuán)公司聯(lián)合組建中核能源有限公司負(fù)責(zé)示范工程的核島總承包工作。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院負(fù)責(zé)示范工程的總體技術(shù)方案、重大專項(xiàng)研發(fā)工作以及核島主系統(tǒng)和主設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。上海電氣集團(tuán)股份有限公司、哈爾濱電氣集團(tuán)有限公司、中核北方核燃料元件有限公司、江蘇銀環(huán)集團(tuán)有限公司等企業(yè)負(fù)責(zé)設(shè)備供貨、核燃料制造及原材料供貨等工作。6.高溫氣冷堆國(guó)際化推廣由于高溫氣冷堆核電站具有固有安全性好、廠址條件適應(yīng)性強(qiáng)、發(fā)電效率高、單堆功率小、多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊可組成大容量電站、可用于核能制氫和多種高溫工藝熱應(yīng)用、乏燃料適宜于直接最終處置、防止核擴(kuò)散等諸多特點(diǎn)，可以適應(yīng)不同國(guó)家的需求，尤其是能適應(yīng)內(nèi)陸能源匱乏的發(fā)展中國(guó)家的需求。這些特點(diǎn)決定了高溫氣冷堆在國(guó)際核電市場(chǎng)上有一定的競(jìng)爭(zhēng)力和吸引力。由于示范工程的建設(shè)進(jìn)度處于國(guó)際領(lǐng)先，我國(guó)在世界高溫氣冷堆市場(chǎng)上有突出的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中印尼高溫氣冷堆聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”項(xiàng)目列入了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)。中沙雙方將在前期合作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步制定沙特高溫氣冷堆項(xiàng)目投資建設(shè)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)合作、產(chǎn)業(yè)鏈本地化的系統(tǒng)解決方案，為沙特政府啟動(dòng)高溫堆項(xiàng)目提供決策支持，為推動(dòng)“一帶一路”建設(shè)、實(shí)現(xiàn)高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)鏈“走出去”奠定基礎(chǔ)。目前，沙特高溫氣冷堆項(xiàng)目聯(lián)合可研工作已經(jīng)啟動(dòng)。2018年，高溫氣冷堆約旦項(xiàng)目完成了多輪洽談和廠址實(shí)勘。6月29日，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)王壽君與約旦原子能委員會(huì)主席圖甘簽署了高溫氣冷堆項(xiàng)目合作框架協(xié)議，協(xié)議中明確中約雙方針對(duì)約旦具體廠址，開(kāi)展高溫氣冷堆的可行性研究工作，并計(jì)劃于2020年年底前完成。2018年，英國(guó)DBD公司與清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院作為共同體，成功通過(guò)國(guó)際招標(biāo)入圍英國(guó)商務(wù)部組織的先進(jìn)模塊堆AMR項(xiàng)目第一階段。英國(guó)在2018年年底正式加入了GIF，這也是高溫氣冷堆將在英國(guó)有重要發(fā)展的一個(gè)里程碑。（三）我國(guó)高溫氣冷堆后續(xù)發(fā)展部署我國(guó)高溫氣冷堆技術(shù)歷經(jīng)跟蹤、跨越和自主創(chuàng)新，目前在商業(yè)規(guī)模模塊式高溫氣冷堆核電站技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)正在啟動(dòng)部署后續(xù)60萬(wàn)千瓦級(jí)模塊式高溫氣冷堆核電機(jī)組的研發(fā)和配套關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)工作，以進(jìn)一步推動(dòng)高溫氣冷堆技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，保持我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。60萬(wàn)千瓦級(jí)模塊式高溫氣冷堆核電機(jī)組的總體技術(shù)目標(biāo)是：在安全上達(dá)到國(guó)際第四代核電標(biāo)準(zhǔn)；熱電聯(lián)產(chǎn)，面向國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)；具備經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力；采用經(jīng)示范工程驗(yàn)證的技術(shù)。機(jī)組總體技術(shù)方案采用與HTR-PM相同的球床反應(yīng)堆模塊，6個(gè)模塊配1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，功率規(guī)模為650MWe；汽輪機(jī)設(shè)置抽汽接口，可抽取不同溫度和壓力的蒸汽用于工藝熱應(yīng)用。在建成并運(yùn)行20萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆核電站的基礎(chǔ)上，完成60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆技術(shù)方案設(shè)計(jì)分析及相應(yīng)技術(shù)攻關(guān)，在“十三五”末具備首臺(tái)（套）工程開(kāi)工條件；在2025年前，建成首臺(tái)（套）60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆，形成60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆標(biāo)準(zhǔn)化核電技術(shù)品牌，滿足第四代先進(jìn)核能技術(shù)的安全性要求，繼續(xù)保持高溫氣冷堆領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。四、我國(guó)高溫氣冷堆的市場(chǎng)前景（一）高效發(fā)電60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆核電機(jī)組不會(huì)發(fā)生堆芯熔毀，滿足國(guó)際現(xiàn)在及未來(lái)最嚴(yán)格的核安全標(biāo)準(zhǔn)，滿足事故條件下對(duì)廠址周邊最嚴(yán)格的放射性劑量限制標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上不需要廠外應(yīng)急。因此，為滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，可以在一部分面臨退役的火電廠址上建設(shè)高溫氣冷堆核電機(jī)組，充分利用原有火電汽輪機(jī)和冷卻塔等基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備。（二）熱電聯(lián)產(chǎn)我國(guó)大中城市大量依靠燃煤熱電廠，在發(fā)電的同時(shí)為居民供熱。在一些環(huán)境要求高的大城市，目前采用的是大型天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)進(jìn)行大面積供熱。在一個(gè)距離城市邊界30~50km的廠址上建設(shè)4~6臺(tái)60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，可以形成大容量區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)中心，抽氣供熱1×108

m2

，產(chǎn)生的電能可以支撐另外1×108

m2的散戶電采暖，在其他季節(jié)發(fā)電上網(wǎng)，可以比燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和環(huán)境效益。（三）核能制氫核能制氫技術(shù)的成熟將帶來(lái)能源領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。以制氫煉鐵煉鋼為例，1臺(tái)60萬(wàn)千瓦級(jí)高溫氣冷堆機(jī)組匹配年產(chǎn)1.8×10

6

t鋼產(chǎn)量。我國(guó)交通用能占一次能源消耗的比例早已超過(guò)20%，交通的氫能需求將帶來(lái)更大量的高溫氣冷堆建設(shè)空間。五