世界核电厂运行实绩报告第3期：球床模块式高温气冷堆

本期以中国山东石湾核电站球床模式块高温气冷堆为例，介绍球床模块式高温气冷堆技术路线。

中国球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）示范核电站位于中国山东省石岛湾核电站，该示范核电站于2021年底投运，是《国家科学和技术中长期发展规划纲要（2006-2020年）》16个国家科技重大专项之一。

球床模块式高温气冷堆其实是一个处于试应用阶段的项目，于2012年12月开工建设，项目通过两座小型反应堆（每座反应堆的容量为250MWt），共同带动一台发电功率为210 MWe的蒸汽轮机。由于项目核岛系统和设备本身建设都具有试点性质，导致建设周期长、建设成本高，经过近10年的建设和调试，一座反应堆于2021年9月达到临界状态，另一座反应堆于11月达到临界状态，发电机组于2021年12月20日并网发电。

每座反应堆装载了245000多个球形燃料元件（“燃料球”），每个元件直径为60mm，含有7克浓缩至8.5%的燃料。球床模块式高温气冷堆采用氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂，氦气以250℃的温度从反应堆底部进入，从侧面反应堆通道向上流动至顶部反射层，然后向下流动进入球床，在活性反应堆堆芯中被加热，然后在出口处混合后，以约750℃的平均温度进入蒸汽发生器。

球床模式块高温气冷堆的最大优势是固有安全性能够保证，即在所有可能的事故情况下，即使没有专用应急系统，燃料元件的最高温度也始终不会超过设计极限温度。即使在所有主动冷却系统失效和冷却剂完全丧失的情况下，得益于较低的堆芯功率密度和几何形状，球床模块式高温气冷堆的堆芯也不会熔化。球床模块式高温气冷堆中的燃料温度永远不会超过1600℃，确保反应堆不会发生堆芯熔化、放射性裂变产物外泄等事故。

同时，山东石湾核电站采用模块化设计和模块化施工方法，该方法在未来能够有效地根据高温堆的固有安全性，优化系统和设备安全级别，提高核电站场地的适应性，缩短建设工期。

在所有现有的反应堆类型中，高温反应堆的工作温度最高，也是唯一能够提供高温工艺热的反应堆。随着进一步的研究和开发，高温气冷堆可以为其他行业尤其是需要限制碳排放的行业提供高质量的高温工艺热热源，例如城镇供热和化学工业，或是煤炭气化和液化、海水淡化、冶金，以及合成燃料、石化产品和氢气等能源的生产。

此外，高温气冷堆的模块化构造，在帮助世界各国实现难以减排领域的脱碳方面具有巨大潜力，尤其是其可用于中小型模块化核电机组，与“一带一路”沿线国家地区市场需求高度契合，特别适用于沙特阿拉伯等淡水资源稀缺的国家和地区，取代常规能源。通过多模块组合，使其能适应不同电网需求，建造装机容量在100到1000MWe左右的核电机组，适用于拥有中小型电网的国家和地区，或需要靠近负荷中心供电的地区。