10兆瓦高溫氣冷實驗反應堆就是由清華大學核研院建設的國家863高技術發展計畫項目．高溫氣冷堆是在以天然鈾為燃料、石墨為慢化劑、二氧化碳為冷卻劑的氣冷堆的基礎上，於20世紀60年代開始發展起來的。它採用耐高溫的全陶瓷型燃料元件，以具有化學惰性和熱工性能良好的氦氣做冷卻劑，耐高溫的石墨材料為慢化劑和堆芯結構材料，是一種先進的反應堆。
基本介紹
- 中文名：10兆瓦高溫氣冷實驗反應堆
- 單位：清華大學
- 所屬：國家863高技術發展計畫項目
- 原料：天然鈾為燃料、石墨為慢化劑
首座10兆瓦高溫氣冷堆,可將衰變熱有效載出,項目操作靈活,編者按,
首座10兆瓦高溫氣冷堆
早在20世紀70年代，清華大學核研院的工程技術人員就已開始對高溫氣冷堆進行探索。1980年初德國科學家提出了新的模組式高溫氣冷堆的概念，使模組式高溫氣冷堆具有安全性好，效率高，多用途的特點。清華大學核研院敏銳地認識到，這種堆型代表著國際核能發展的方向，立即開展了前期的探索性研究工作。
1986年，高溫氣冷堆研究被列入國家863計畫。
1992年，國務院批准立項，決定2000年在清華大學核研院建成一座熱功率為1萬千瓦（10兆瓦）的高溫氣冷堆。
2000年12月，在科技部、教育部的領導和許多單位的大力支持下，清華大學核研院在建成了10兆瓦高溫氣冷實驗堆，首次達到臨界。
2003年1月，該氣冷堆實現了72小時滿功率併網發電運行。這是世界上第一座投入運行的模組化球床高溫氣冷堆。
10兆瓦高溫氣冷實驗堆由20多個系統、幾百個設備組成，涉及到十幾個學科，只有通過系統的集成，才能將這些單個的系統組建成一個完整的可運行的核反應堆系統，才能將各項創新的技術成果變成為一項有套用前景的工程技術。
可將衰變熱有效載出
在安全性方面，高溫氣冷堆採用包覆顆粒燃料，其限值溫度高達1600℃；堆芯燃料元件基體材料和四周的石墨反射層均為石墨材料，裝量大，熱容量很大，在事故工況下能吸收大量的熱量；特別是衰變熱非能動載出系統藉助於熱傳導、熱輻射和自然循環等自然機理，能將衰變熱有效的載出。因此在任何事故工況下保證燃料元件的最高溫度不超過1600℃的限值溫度，燃料元件不會熔化，從而避免裂變產物的大量釋放和對環境造成危害。
發電效率可達50%
在效率方面，高溫氣冷堆的氦氣冷卻劑可以達到很高的溫度。10兆瓦高溫氣冷堆已經運行在700℃氦氣出口溫度下，進一步還可以提高到950℃。反應堆的冷卻劑溫度越高，就可以獲得更高的發電效率。當採用蒸汽循環方式時，即由氦冷卻劑載出的核能經過蒸汽發生器加熱二次側的水，產生535℃的蒸汽，推動蒸汽輪機發電，發電效率可以達到40%左右，如果由反應堆出來的氦氣直接推動氦氣透平發電，其發電效率可以達到45%－50%。此外，採用球形燃料的高溫氣冷堆可以在不中斷運行情況下加裝核燃料，提高了電廠的可利用率。模組式球床高溫氣冷堆由於發電效率高，系統簡單，利用率高，採用模組化製造，可以在15－30萬千瓦的中小型機組規模下具有經濟競爭力，特別在乾旱缺水地區，可以採用空冷帶出衰變熱，具有特殊的優越性，因此可以作為我國壓水堆核電發展中的一個補充。
項目操作靈活
在用途方面，由於反應堆可以提供950℃的高溫熱，是良好的高溫熱源，因此除了高效發電外，還可以用來進行煤的氣化和液化，進行制氫、稠油熱采、煉鋼、化工合成等，可以說它有良好的套用前景。
在經濟性方面，高溫氣冷堆的發電效率高，反應堆可利用率高，冗餘設備少，這些都大大提高了其經濟性。而這種反應堆採用模組化設計和建造，可以根據市場需要建造一個20萬千瓦級的發電模組，也可以把若干模組串聯起來組成一個大型發電機組，這進一步提高了經濟性，減少了投資風險，在項目動作上具有靈活性。
引起國際核能界廣泛關注
高溫氣冷堆建成後，教育部組織了由十幾位院士、專家組成的鑑定委員會對項目進行了鑑定。鑑定意見認為：“10兆瓦高溫氣冷實驗堆的建造成功，標誌著我國在高溫氣冷堆技術領域已達到世界先進水平，是我國自主研究和開發先進核電技術取得的一項重大成果，為我國以及世界核能事業的發展做出了重要的貢獻。”
這項成果引起國際核能界的廣泛關注，國際上許多研究機構都希望與我國在高溫氣冷堆一些關鍵技術方面進行合作。美國核專家曾公開表示：這件事意味著“中國正處在新一輪核能技術發展的中心”。美國等10國集團在2002年底完成的第四代核能系統的技術路線報告中，把高溫氣冷堆列為優選的先進反應堆堆型之一，並在列舉技術基礎時多次提到中國的10兆瓦高溫氣冷堆。
編者按
後續能源是指技術上可行，經濟上合理，環境和社會可以接受，能確保供應和替代常規化石能源的可持續發展能源體系。後續能源包括核能、可再生能源、氫能、燃料電池等，覆蓋了除礦物能源以外的幾乎所有能源領域。
據有關專家預測，從二○一○年開始，這些能源可望逐步部分地替代石油、煤炭、天然氣等礦物能源。
“十五”期間，後續能源技術主題以核能、風能、太陽能、生物質能、氫能、燃料電池為主攻方向，集中力量突破關鍵技術，獲得一批具有自主智慧財產權的創新性研究成果，為後續能源中的若干重點項目實現產業化提供強大的技術支撐。同時，培養一批高水平的研究人才，建設一批高質量的研發基地，為我國能源結構的多元化打下堅實基礎。
