徐洪杰:钍基熔盐堆核能系统(TMSR)现状与展望

2022-09-27 15:26  来源:上海建工官微    徐洪杰  四代核电  钍基熔盐堆

未来先进核裂变能 — 钍基熔盐堆核能系统(TMSR)的英文名称是Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System,目标是用20年左右时间研发第四代的裂变反应堆核能系统以及钍铀循环技术, 达到工业应用。TMSR先导专项主要用于钍基熔盐堆核心技术能力发展和2MW液态堆实验堆的研发工作等。


导读:9月23日,上海建工集团邀请到了中国科学院上海应用物理研究所学术委员会主任徐洪杰,为集团两级党委理论学习中心组以及上海建工科协作“钍基熔盐堆核能系统(TMSR)现状与展望”专题报告。目前,上海建工正在参与甘肃武威2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆核能项目建设。钍基熔盐堆核能系统计划于2030年后在全球率先实现商业应用,这座新型核电装置将是世界上第一座商业化运营的钍基熔盐堆。

徐洪杰,1955年出生,是我国核科学技术与大科学装置领域的著名专家学者,1995年起致力于上海同步辐射光源的预制研究、工程建设和科学应用,2009年主持完成上海光源国家重大科学工程建设,各项技术指标均达到第三代同步辐射装置的国际领先水平,2010年起牵头开展第四代反应堆核能系统—钍基熔盐堆核能系统的研究和发展,实现了关键技术突破并正在推进实验堆工程建设。

他现任中国科学院上海应用物理研究所学术委员会主任、博导,中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能—钍基熔盐堆核能系统”专项负责人,上海联和日环能源科技有限公司董事长、总经理。他曾任中国科学院上海应用物理研究所所长、上海光源国家重大科学工程总经理、973项目首席科学家、上海市核学会理事长。曾获中科院杰出成就奖、上海市科技进步特等奖、国家科技进步一等奖。

徐洪杰介绍了核能系统的原理,新能源体系,国际上正在研发的第四代反应堆核能系统—钍基熔盐堆核能系统的项目概况、战略意义、国内外现状、发展趋势,以及上海应用物理研究所正在承担的钍基熔盐堆的研发和建设进展,并进行了前景展望。

未来先进核裂变能 — 钍基熔盐堆核能系统(TMSR)的英文名称是Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System,目标是用20年左右时间研发第四代的裂变反应堆核能系统以及钍铀循环技术, 达到工业应用。TMSR先导专项主要用于钍基熔盐堆核心技术能力发展和2MW液态堆实验堆的研发工作等。

第四代反应堆有更好的经济性、更好的安全性和更好的燃料利用效率,四代堆的输出≥500度的热,热电转换效率可达40%-60%,可以用来制氢、海水净化、供热,可建在无水地区。四代堆使用自然循环去除剩余热,具备失效安全特性、可防备恐怖袭击和自然灾害,其燃料利用率大于10%。

熔盐堆是人类唯一实验成功的液态燃料反应堆,溶解核燃料的高温熔盐(如:LiF-BeF2-ZrF4)既用作熔盐堆的核燃料,又是冷却剂。熔盐堆工作在常压,可以实现高温(>700℃)输出和全自然循环,具有出色的安全性能。

熔盐堆具有本征失效安全、无水冷却、常压运行和高温输出等特点,钍基核燃料除资源丰富外,还有高放废料少的特点,可以作为一种低成本洁净能源广泛使用,为实现碳中和目标发挥重要作用。反应堆小型模块化可以实现核能设施批量生产,灵活应用,为核能广泛使用提供技术保障。

当前,钍基熔盐堆核能系统还面临着一些新的挑战,如安全防护要求大幅提升、固态燃料熔盐堆的首个实验堆和新一代材料研发等。

中国核电从上海起步,1970—1972,根据周总理上海要发展核电的指示,启动728工程,目标是25MW钍基熔盐堆,1971年9月13日石墨-熔盐(冷态)零功率堆达到临界(核所)。1973—1979,经国家批准,728工程改为300MW压水堆。1981—1991,国家重新批准728工程立项,1982年命名为秦山核电厂,1991年12月15日,秦山核电厂首次并网发电成功。

2017年11月,中科院与甘肃省签订TMSR合作协议,2018年最终落户武威。2019年,建成了世界首台缩比熔盐仿真堆。

他还谈到要构建多能融合的新能源体系,推动能源变革。现阶段的煤、石油、天然气等化石能源能量密度高、便于运输、工业基础好,但资源有限,且容易造成环境污染,排放温室气体。正在发展中的太阳能、生物质、风能等可再生能源清洁、低碳、可持续,但也面临地域分布不均、随时间波动、能量密度低等问题。而核能凭借其能量密度高、清洁、无碳的特点,在未来长期更具优势,但也伴随着安全风险,且技术复杂。

热能是化石能源、可再生能源和核能的汇聚点,要提高热能品质和能源利用效率,解决能源存储、输运、转换与利用中的挑战。而与其他传储热介质相比,熔盐具有工作温度高、化学稳定性好、热物性优异、成本低、组分可以调变等众多优势。

上海建工党委书记、董事长徐征,监事会主席周平,党委副书记、总裁叶卫东,以及殷红霞、蔡国强、薛永申、徐建东、尹克定、周军、陆峰、王志刚等党政领导班子成员,各基层单位党委理论学习中心组成员等参加了报告会。总工程师陈晓明主持学习报告会。

上海建工积极服务国家战略,紧跟前沿科技步伐

钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是中国科学院于 2011 年 1 月启动实施的首批战略性先导科技专项之一,项目由中科院上海应用物理研究所负责实施,经过项目选址、可研、设计、评审等前期过程,项目于2019年正式进入建造阶段。

上海建工于2019年9月中标钍基熔盐堆核能系统实验平台项目,由旗下七建集团、安装集团、建工总院开展建设。上海建工针对甘肃武威的钍基熔盐堆项目的建设,专门成立了核能工程建设指挥部。

目前,钍基熔盐堆核能系统实验平台配套项目完成竣工,实验堆安装技术联合研发有序推进,攻克了核堆核心部件高洁净装配、高精度定位盲装等工艺、技术,完成熔盐实验堆本体离线组装及一体化吊装就位工作。

上海建工在核能项目管理、核质保体系及核能专项施工技术等方面积累的经验,对于进一步激发上海建工广大工程师的创新意识、提高上海建工科创能力,具有重要意义。



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