2023年12月6日，我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程正式投入商业运行，成为全球首座第四代核电站，标志著我国在第四代核电技术研发和应用领域实现了世界领先，在中国乃至世界核电发展史上书写下关键篇章。自上世纪80年代至2023年，中国几代核电人勇攀高峰，制造出“最安全的核电站”，其具有“产、学、研、用为一体”的特点，实现多个中国首创、世界首创，为保障电力供应安全和推动降碳减排作出重要贡献。

文｜ 北京 李唯

全球首座球床模块式高温气冷堆项目

华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程位于山东省荣成市，是全球首座球床模块式高温气冷堆项目，装机容量200MW，由中国华能牵头，联合清华大学、中核集团等单位自主设计、建造、调试和运营。它的建成，是中国几代核电人向未知领域勇攀高峰的一段铸梦之旅。

上世纪80年代，在国家“863”高技术研究发展计划的支持下，以中国科学院院士王大中为代表的清华大学科研团队率先开展了10MW高温气冷实验堆的研究与开发工作。研究团队充分发挥自力更生、艰苦创业的工作作风，先后攻克高温气冷堆工业放大与工程实践验证技术、高性能燃料元件批量制备技术、氦气透平直接循环发电等技术难题。2000年12月，实验堆首次临界，2003年1月实现了满功率发电运行。至此，高温气冷堆技术转化成商业堆应用、实现技术产业化的条件基本成熟。

2003年，200MW高温气冷堆核电站示范工程被列为《国家中长期科学和技术发展规划（2006-2020）》中的十六个科技重大专项之一。

2004年，中国华能集团、中国核工业建设集团股份有限公司、清华大学签署了合作建设高温气冷堆核电站示范工程的框架协议，正式拉开了建设具有自主知识产权的电功率200MW的全球首座高温气冷堆核电站示范工程的帷幕，对促进我国核能利用技术进步、占领世界未来核电技术的制高点具有重要战略意义。

2006年，高温气冷堆示范工程与探月工程、北斗导航等一并被列入国家十六个科技重大专项，作为创新引领工程、重大战略工程和标志性工程备受瞩目。

2012年12月，高温气冷堆示范工程正式开工建设。

2021年12月20日，高温气冷堆示范工程完成发电机初始负荷运行试验评价，首次并网成功，发出第一度电，实现了从“实验室”到“工程应用”质的飞跃。

2023年12月6日，高温气冷堆示范工程圆满通过168小时连续运行考验，正式投入商业运行，对促进我国核电安全发展、助力高水平科技自立自强等具有重要意义和积极影响。

理想安全的第四代核电技术

核能利用是二十世纪人类最伟大的发现之一，上世纪50年代末人类揭开了核电开发利用的能源新篇章，核电随即成为大国争先抢占的战略制高点。核电也是迄今为止最为复杂的能源系统，安全是核电的生命线。60多年来，核电技术经历了从一代原型堆到二代商业化反应堆，再到三代先进大功率核反应堆的迭代升级。如今，人类正在向安全性更高、经济性更好、废物产生量更少的四代核电技术发起探索和实践。

高温气冷堆是国际公认的第四代核电技术先进堆型，是世界核电未来发展的重要方向。高温气冷堆顾名思义指的是具有高温特征、使用气体进行堆芯冷却的核反应堆，是一种近乎理想的安全的核反应堆，固有安全性是它的核心特征。

高温气冷堆的核燃料元件为耐高温全陶瓷包覆燃料球。以华能石岛湾高温气冷堆为例，其采用的燃料球直径6厘米，最外层是石墨层，里面是弥散在基体石墨粉中的大约12,000个四层全陶瓷材料包覆的、直径约0.9毫米的核燃料颗粒。由于堆芯结构材料不含金属，石墨的弹性模量很低，热膨胀系数和热中子吸引截面小，机械性能和稳定性很高。实验表明，这种燃料球能更好地约束燃料和裂变产物，即使在1,620℃的高温条件下仍能够保持完好，防止出现堆芯熔融和放射性大量释放的严重后果，所以高温气冷堆被称为“不会熔毁的反应堆”。

如若发生失冷失压事故，主传热系统失效，高温气冷堆的堆芯余热可借助热传导、热辐射、对流换热等自然机理导出，也就是说能够保证燃料元件的最高温度始终不超过1,620℃的安全限值。此外，高温气冷堆新燃料元件的补给和乏燃料的卸出是在一种不停堆的连续装卸方式下进行，形成了一个流动的球床堆芯，如此又大大提高了反应堆的安全性。

这意味著，即使在丧失所有冷却能力的情况下，不采取任何外界干预，高温气冷堆仅依靠材料本身的能力就能保持安全状态，不会出现堆芯熔毁和放射性物质外泄，如此最大可能地降低核能安全风险。因此高温气冷堆又被业界叫作“傻瓜堆”，高温气冷堆核电站也被誉为“最安全的核电站”。

高温气冷堆所具有的固有安全性、发电效率高、应用领域广等优良性能，使其在核能发电、热电冷联产及高温工艺热应用等领域商业化应用前景广阔，有助于优化能源结构、保障能源供给安全，是世界核电未来发展的重要方向。

实现多个中国首创与世界首创

作为具有第四代核电技术特征的全球首座商用电站，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在技术上以自主研发为主，具有“产、学、研、用为一体”的特点。

建设初期由于工程技术不成熟，无参考电站可学习，项目团队只能按照边设计、边研发、边施工的模式逐步推进，运用新原理、新技术、新方法、新工艺、新材料，攻坚克难、集智攻关。在高温气冷堆示范工程调试运行阶段，中国华能和清华大学共同研发并掌握了高温气冷堆特有的调试运行六大关键核心技术，即：大体积双模块化反应堆回路强度密封及升温技术、低功率密度特点反应堆的固有安全性能验证技术、反应堆持续装卸料多点联动控制技术、双堆一机联调联配启停堆运行技术、创建W功率平台运行模式、ALARA动态管控技术，为机组后续稳定运行和研发工作奠定了坚实基础。

在长达十余年的攻坚过程中，通过紧抓设计龙头、高效配置资源、多元主体联动等各项措施和手段，有力保证了一大批原创性、创新性技术得以实现工程转化和验证，带动全产业链转型升级，实现多个中国首创、世界首创，为抢占核电产业制高点、落实“双碳”目标提供了强有力的技术保障。

整个研制过程集聚了设计研发、工程建设、设备制造、生产运营等产业链上下游500余家单位，由数百位科学家参与，在大约5万张图纸、10万页文件中不断打破国外技术垄断，攻克了一批“卡脖子”关键技术。通过集中产业链上下游优势资源联合开展技术攻关，成功研制出2,200多套世界首台（套）设备，其中创新型设备600余台（套），包括蒸汽发生器、主氦风机等一系列重大装备制造和创新技术。其整体设备国产化率高达93.4%，申请国际专利近百件，其中已有50多项获得授权，申请国内发明专利达400多项。

依托该示范工程，我国系统掌握了高温气冷堆设计、制造、建设、调试、运维技术，培养了一批具备高温气冷堆建设和运维管理经验的高素质专业人才队伍，形成了一套可复制、可推广的标准化管理体系，并建立起以专利、技术标准、软件著作权为核心的自主知识产权体系，进一步提升了我国在高温气冷堆先进核电技术领域的国际话语权。

在建核电机组整体规模全球第一

科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。我国核电事业起步于上世纪70年代，直至1991年被誉为“国之光荣”的秦山核电站建成投入运行，我国内地核电才有了“零”的突破。尽管起步较晚，但大步快赶下，我国核电事业走过了从无到有、由弱到强，从学习引进、消化吸收到自主研发的历程，先后掌握30万、60万、100万千瓦级的型谱化核电技术，在研发设计、工程建设、装备制造、运行维护等各方面能力均有了大幅提升。从秦山核电站到全球首座第四代核电站，三十年光阴流转，我国在前沿核电技术研发和应用领域已达到世界领先水平。

据中国核能行业协会发布的《中国核能发展报告2023》蓝皮书指出，中国核电安全运行业绩持续保持国际先进水平。2022年，中国核电总装机容量占全国电力装机总量的2.2%，发电量为4,177.8亿度，同比增加2.5%，约占全国总发电量的4.7%，核能发电量达到世界第二。与燃煤发电相比，2022年，中国核电发电相当于减少燃烧标准煤近1.2亿吨，减少排放二氧化碳近3.1亿吨。中国核电发电量持续增长，为保障电力供应安全和推动降碳减排作出了重要贡献。

截至2023年4月，我国在建核电机组共24台，总装机容量2,681万千瓦，整体规模继续保持全球第一；中国大陆商运核电机组54台，总装机容量5,682万千瓦，位列全球第三。我国已形成每年10台/套左右的百万千瓦级压水堆主设备制造能力，自主三代核电综合国产化率达到90%以上，具备同时建造40余台核电机组的工程施工能力。

蓝皮书显示，预计2030年前，我国在运核电装机规模有望成为世界第一，在世界核电产业格局中占据更加重要的地位；预计到2035年，我国核能发电量在总发电量的占比将达到10%，支撑我国能源结构低碳转型发展。

作为全球能源的重要组成部分，核电在减少二氧化碳排放、实现能源多元化保障等方面发挥著重要作用。当前，全球能源格局加速重塑，低碳转型任务艰巨。国际原子能机构等权威组织再次上调了全球核电发展预期，多个国家调整核能政策，将发展核能纳入国家能源安全战略。

《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》均明确指出，积极安全有序发展核电。如今，华能石岛湾高温气冷堆示范工程成功商用投产，为我国核能产业发展开辟出了新赛道。其满功率运行后，将带来每年14亿度的发电量，可为200万居民提供生活用电，预计每年可减少二氧化碳排放90万吨，相当于每年减少燃煤25万吨。下一步，项目团队将深入开展经验总结以及高温气冷堆综合利用和商业化推广技术研究，继续攀登高温气冷堆商业化推广应用的高峰，为我国高温气冷堆核电技术产业化和实施“走出去”战略提供项目依托，为安全如期完成“双碳”目标、为保障国家能源安全持续蓄能。

（作者系国家部委研究员，本文发布于《紫荆》杂志2024年2月号）