中核集团:首创第四代核能技术 推动中国核工业“向强而行”

2021-11-24 10:03    第四代核能技术  中核集团

发电、海水淡化、城市供热、提供高温蒸汽……在工业生产中核能应用广泛,是最有效的清洁能源。习近平总书记在核工业创建65周年时做出重要批示:“核工业是高科技战略产业,是国家安全的重要基石”。


发电、海水淡化、城市供热、提供高温蒸汽……在工业生产中核能应用广泛,是最有效的清洁能源。习近平总书记在核工业创建65周年时做出重要批示:“核工业是高科技战略产业,是国家安全的重要基石”。

从能源角度来说,如何利用核能代替传统的能源,实现能源结构转化以及低碳目标,是核工业发展中的一大研究重点。在这样的背景下,中国核工业集团有限公司作为国家核科技工业的主体,拥有完整的核科技工业体系,是国家战略核力量的核心和国家核能发展与核电建设的主力军,近年来着眼于核电、核燃料循环、核技术应用、核环保工程等领域的科研开发。

那么,能否利用核作为新能源,使其既能发电又能发热?中国核工业集团有限公司(以下简称中核集团)和清华大学强强联手成立的中核能源科技有限公司(以下简称中核能源)研发的球床模块式高温气冷堆实现了这一设想。作为一种先进第四代核电堆型技术,高温气冷堆具有安全性好、效率高、经济性好和用途广泛等优势,能够代替传统化石能源,实现经济和生态环境协调发展。

推动高温气冷堆产业化 助力“双碳”目标实现

“2030年碳达峰”“2060年碳中和”是我国重要战略目标,也是对世界做出的庄严承诺。高温气冷堆作为一种清洁安全高效的能源技术,为“双碳”目标达成提供了一条重要的技术选择。

高温气冷堆具有固有安全性、出口温度高、多用途灵活组合等特性,技术上可以取消场外应急,在环境相容性方面具有巨大的优势,不仅具备替代中小火电厂老旧机组的可能性,而且还具有热电联供等多功能综合利用的发展前景。

氢能将在我国能源结构变革中占有重要地位,尤其是绿氢将是未来氢能发展的主要方向,将迎来前所未有的战略机遇期。目前以化石燃料重整为主的制氢方法,难以满足后续氢气制备高效、大规模、无碳排放的需求。核能制氢将核反应堆与先进制氢工艺耦合,可实现大规模、持续、稳定制取“绿氢”,这与工业用氢需要十分匹配,是未来氢气大规模供应的重要解决方案。高温气冷堆高温高压的特点,与大规模制氢工艺十分匹配,是最适合发展核能制氢的堆型。

因此,中核能源制定了“翻版改进型高温堆”“超临界版高温堆”“制氢版超高温堆”的高温气冷堆型谱化技术发展路线。按照该路线,目前改进版60万千瓦高温气冷堆已完成标准设计,正在推进相关项目落地,超临界高温气冷堆发电技术研究正在进行中,高温气冷堆在高温工艺热应用、热电联供、内陆厂址、火电原址复用、核能制氢等领域的一体化综合利用等研究工作也在有序开展。

从样品到产品转化 世界首座高温气冷堆示范工程成功临界

球床模块式高温气冷堆是面向国家重大战略需求,由清华大学自主研发的、我国拥有完全知识产权的第四代先进核能技术,具有固有安全性及发电效率高、可多模块灵活组合、应用领域广等特点,是十六个国家科技重大专项之一。通过国家科技重大专项示范工程建设实施,我国实现了在核能领域从跟跑到并跑到领跑的重大跨越,使我国在核能行业已经处于世界先进行列。

对于科技型企业来说,除了攻克研发难题,另一个需要突破的便是成果转化,这是科技创新过程中两块最难啃的“硬骨头”之一,要经历样品、产品到商品三个主要阶段。

中核能源自2003年成立以来,充分发挥高温气冷堆重大专项的工程实施主体和高温气冷堆技术企业创新主体的作用和价值,联合清华大学核研院,有效整合从基础研发到工程设计、产品制造、建筑安装等全产业链各方力量,集聚全产业链创新要素优势,经过十七年的不懈努力,实现了高温气冷堆技术系统放大,攻克了示范工程首堆面对的大量工程难题和关键核心技术,示范工程15181台套核岛设备中有2201台是首台套设备,660台系全球首创,其中包括了世界最大最重的压力容器、全球首台螺旋管式蒸汽发生器和电磁轴承主氦风机等关键设备,示范工程总体国产化率达到93.4%。

2021年9月12日9时35分,世界首座模块式高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆达到临界状态,机组正式开启带核功率运行,这是示范工程继今年完成双堆冷试、双堆热试、首次装料后取得的又一重大进展,向着年内并网发电目标再度迈进。示范工程的建成标志着我国在第四代核能系统技术中已经处于世界领先地位。

高温气冷堆示范工程1号反应堆首次临界圆满成功

通过重大专项的实施和示范工程的建设,中核能源掌握了高温气冷堆的工程化及系统集成、产业配套、建造与运行领域的核心技术,培养了一批掌握高温气冷堆第一手技术、资料与数据的优秀人才队伍,建成了数据一体化三维设计平台、EPC数据集成高温堆工程项目管理平台、模块化设计与建造平台,公司还拥有高温气冷堆技术相关授权专利137项,其中发明专利106项,登记软件著作权33项,初步形成了高温气冷堆技术领域知识产权保护体系。

创建产学研新模式 树立校企合作典范

《国家科学和技术中长期发展规划纲要(2006-2020)》提出,我国要建设以市场为导向、以企业为主体、产学研结合的自主创新体系。高温气冷堆作为我国领跑世界的第四代核电技术,具有极强的代表性。中核能源也是我国在战略高科技领域以企业为主体、校企合作产学研结合的一个典型代表。

高温气冷堆示范工程第一台蒸汽发生器吊装

中核能源是中核集团与清华大学全面战略合作的重要纽带,是将高温气冷堆技术进行成果转化的平台,为处理好产学研合作各方关系,中核能源坚持“双轮驱动”,大胆探索科技创新和成果转化的体制机制创新,建立了一套在党的领导下创新链、产业链深度融合的产学研合作五大机制,即是以党的领导为核心的合作治理机制、以市场准则为核心的产权转移机制、以技术优势为导向的产业分工机制、以关键任务为抓手的联合攻关机制、以彼此尊重为前提的文化融合机制等五大协作机制,其成果是形成了以清华大学核研院为主进行基础性和原理性研究、以中核能源为主进行后续的工程化研究和应用推广的分工模式和技术转移合作模式,建立结合基础研究、应用研究、工程化研究到产业化推广的核能科技成果转化链。这一合作机制在高温气冷堆示范工程建设过程中推动技术创新和工程建设起到了巨大的作用。

11月11日凌晨1时12分,我国拥有自主知识产权的国家科技重大专项,世界首座高温气冷堆核电站示范工程2号反应堆完成空气气氛下首次临界。这是示范工程继今年完成双堆冷试、双堆热试、首次装料、1号反应堆于9月12日成功临界后取得的又一重大进展,标志着示范工程顺利完成双堆临界,向实现年内并网发电目标发起最后总攻!

作为高温气冷堆核电站示范工程建设的重要参与者、示范工程实施主体及核岛EPC总承包商,中核能源将持续发挥中核集团和清华大学校企合作的桥梁纽带作用,与各合作方并肩作战,坚决贯彻落实习近平总书记系列重要指示批示精神,立足“三新一高”发展要求,瞄准国家科技创新重大战略需求,为实现“双碳”目标提供高温气冷堆核能综合利用解决方案。



深圳核博会

图为技术


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