高温气冷堆商业示范核电站开启核能安全民用的未来

　　当国际原油价格不断攀升、气候问题不断困扰人类的时候，一项新的能源计划在我国山东荣城启动了。这里将建成我国第一座具有自主知识产权的20万千瓦级模块式球床高温气冷堆商业示范电站，为我国迎来核能源安全民用的“收获”之秋。

　　选择，走我们自己的路

　　核能是一种能大规模替代化石能源的清洁能源，使用时既不产生二氧化硫、粉尘等污染物，也不产生二氧化碳温室气体。它的安全应用不仅将节约大量能源，而且将为世界找寻到一种新的能源使用方式。

　　上世纪70年代，我国已经掌握了核弹和氢弹技术，但在核能安全民用领域仍是空白，如何走出核能应用的“冬天”是我国一直不断探索的课题。此时，部分西方国家提出了高温气冷堆的概念，但一直没有将这一概念很好地付诸实践。

　　1980年，清华大学核研院核能专家王大中走出国门，来到了位于西德的于利希核研究中心，开始了对模块式高温气冷堆的探索，也开启了这一技术在中国的发展、领先、超越之路。

　　“模块式高温气冷堆”用氦气做冷却剂，采用全陶瓷型的燃料元件，出现事故不会对公众造成伤害；发电效率高；反应堆中氦气高达700~950摄氏度的温度，是一种优质热源，可用于水热裂解制氢，为未来氢能时代提供清洁能源，并可进行煤的气化和液化等。这种反应堆是具有重大创新性的新一代先进反应堆。

　　在西德做访问学者期间，王大中提出了双区球床堆的新概念――环形堆芯模块式高温气冷堆，他的研究成果《一种在严重事故下具有安全自稳定性的球床核反应堆》，在被誉为“球床高温堆之父”的苏尔登教授的积极推荐下，获得德国发明专利，并同时获得美国和日本专利。西德报纸报道这项成果说：中国人实现了一个奇迹。

　　这个奇迹仍在继续。1982年10月，王大中回国，并将这一具有前瞻性的项目带回清华大学。

　　然而，美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利核事故使国际核能的发展停滞不前，甚至是在高温气冷堆的故乡德国。

　　对于清华大学核研院来说，国际核能的“冬天”意味着几乎所有工作都要自力更生，艰难地探索前行的路。就在他们最困难的时候，国家的支持让他们获得了努力的动力。

　　1986年3月，一份标题为“关于追踪世界战略性高技术发展的建议”的报告，送到了中共中央的驻地中南海。后来根据这个报告而形成的《关于高新技术研究发展计划的报告》被称为“863计划”。这个计划对中国未来经济和社会发展的重大影响逐渐显现出来。作为该计划的主题项目之一，高温气冷堆开始了“播种”之旅。

　　因为高温气冷堆没有完整、成熟的技术，所以在具体实施的过程中遇到了各种困难，方案的选择、设备的制造……在这个过程中，争论不可避免，但因为有远见和勇气，核研院做出了继续发展“模块式球床高温气冷堆”的决定。“在德国的研究过程中，我深切地感受到这种堆型是具有前瞻性的。所以，我们要坚持做下去。”回顾那段历史，王大中认为坚持自己的选择在那一刻显得如此重要。

　　事实也证明了这一选择的正确。在大家的共同努力下，以清华大学核研院工程技术人员为主的团队，完成了全部43项子课题的研究，其中15项达到国际水平、27项达到了国内先进水平。1992年3月，国务院批准在清华大学核研院建造一座热功率为10兆瓦的高温气冷实验反应堆。

　　虽然核研院有建设“屏蔽试验反应堆”和“低温核供热实验反应堆”的经验，但建设高温气冷实验反应堆依然存在着相当多需要攻克的技术难题。燃料“球”包覆颗粒的制作、如何在反应堆不停堆的条件下完成检修，一项项课题摆在大家面前。为了建设这座反应堆，核研院人付出了汗水、辛劳、假日，甚至是生命。

　　2000年12月，10兆瓦高温气冷实验堆建成；2003年1月，成功完成72小时满功率并网发电，其后完成了一系列运行试验和安全试验。该反应堆成为世界首座模块式球床高温气冷实验堆，同时引起了国际核能界的高度关注。

　　选择并坚持自己的路，让先进核能应用的嫩芽在清华大学核研院慢慢生根、发芽、抽条、展现出新绿。

　　坚持，我们不断在努力

　　高温气冷实验堆的成功运行并不是清华大学核研院人努力的尽头，因为温室永远培育不出参天大树。他们不只要建设一座试验堆，还要将它变成可以民用的、能为国家节约更多能源的商用堆。

　　目前，我国有9~11座核电站投入运行，其中大多数采用的是第二代核技术，而且没有形成主力堆型。第三代主力堆型“压水堆”和第四代核技术基础的“高温气冷堆”的使用无疑会对国家先进核能技术的发展起到巨大的推动作用。

　　2006年初，国务院制定了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020年）》。《规划纲要》在重点领域中，围绕国家目标，突出重点，筛选出若干重大战略产品、关键共性技术或重大工程作为重大专项，力争取得突破，努力实现以科技发展的局部跃升带动生产力的跨越发展，并填补国家战略空白。“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”与大型飞机等项目名列其中。而清华大学核研院因为其实力成为“高温气冷堆核电站”的牵头负责单位。

　　“清华大学作为一所高校能够承担高温气冷堆核电站的任务并非偶然。”清华大学副校长康克军说，“它是清华大学的学科优势、光荣传统以及国家需求三者共同构成的。”

　　清华大学一直有关注国家战略性需求的优良传统，曾围绕国家的重大需求承担过多个项目。而国家中长期科学和技术发展重大专项是近年来清华大学承担的最大项目。

　　高温气冷堆核电站的建立与10兆瓦实验堆尽管在技术方案上是一致的，但从10兆瓦扩大到20万千瓦，数量级上的悬殊差别必将引起“质变”，在工程建设上差别很大。

　　而且，核电站的建设不只是简单的设计、加工和安装，也不再是原理性的验证。在建设中，每个设备都需要建设1：1的台架，安全运行后才能批量进行生产、安装，任何微小的差错都有可能影响整个工程。

　　清华大学核研院按照“尖端分解为一般，一般综合为尖端”、“通过多次分步实现，争取总体一次成功”的理念与方法，不断进行尝试。而对于这样一个大项目，要想获得成功不可能靠一个人进行“战斗”。在“863计划”高温气冷实验堆的长期科学研究中，清华大学核研院已经与很多学术单位、产业部门建立了良好的合作关系。因此，接到“十一五”重大专项任务后，核研院迅速组织起这些力量，在最短的时间内形成了优势互补的团队。目前，核电站的“五通一平”工作已经基本完成，设备采购工作、重大实验都已经开始。

　　在建设核电站的过程中，清华大学还与中国华能集团，中核科技能源有限公司开展合作，开辟了一条产学研结合之路。从2003年的固定资产一个亿到目前的7个亿，公司规模得到了快速发展。

　　2007年5月，中共中央政治局委员、国务院副总理曾培炎到清华大学考察10兆瓦高温气冷实验堆，提出要“深化产学研结合，加强科技攻关，加快发展新一代核电技术。”

　　“目前，最困难的时期已经走了一大段，但后面还要爬雪山、过草地。”清华大学核研院院长张作义说，“我们要动员更多的人加入我们的队伍。我们有信心也有力量，使核能的固有安全特性在我们手中为国家发展造福。”

　　收获，创造核能民用的未来

　　高温气冷堆核电站的总体目标是以我国已经建成运行的10兆瓦高温气冷实验堆为基础，攻克高温气冷堆工业放大与工程实验验证技术，高性能核燃料元件批量制备技术，力争在2013年前后建成具有自主产权的20万千瓦级模块式球床高温气冷堆商业示范电站，以及开展氦气透平直接循环发电及高温制氢等技术研究，为发展第四代核电技术奠定基础。

　　在张作义眼中，“安全”和“商用”是高温气冷堆核电站最重要的两个特性。安全是民用的基础，而商用才能够使高温气冷堆成为国家能源的重要支柱之一。目前，高温气冷实验堆已经证明了该项技术的固有安全性，接下来要通过大量的测试，使成本尽量降低，为国家节约每一分钱。

　　“对于清华大学来讲，我们从来没有想过在其中获得些什么。”康克军说，“也正因为我们从未想过从中获得些什么，才能一心一意将事业做好。当然，当我们回过头来看，我们锻炼了队伍、促进了学校各学科的建设、同时也培养了人才，扩大了清华大学的国际学术影响。”

　　而作为16个重大专项中唯一一个负责牵头的高校，在“高温气冷堆核电站”的建设过程中，清华大学也验证了高校在科技创新中的作用。“高温气冷堆项目非常复杂，世界上只有少数国家在进行研发，而清华处于国际领先行列。如果这个重大专项获得成功，就证明高校可以在科学技术的发展中起到非常重要的作用。作为高水平研究型大学，也希望出这种对国家有重大影响、对经济建设有重大意义的成果。”王大中说。“这对高校队伍建设有一定的借鉴意义，说明高校如果组织得当，在一些战略性课题上是可以有所作为的。”