中國高溫氣冷堆核電裝置容量十年內將成長十倍

一、高溫氣冷堆是第四代核反應堆的一種 

         台灣反核人士的核電知識還停留在第二代或第三代核反應堆，而中國大陸的核能發展早已進入第四代反應堆，如甘肅的釷基融鹽堆、山東的高溫氣冷堆及福建的快中子堆。第四代反應堆是更加先進和多樣化的設計，旨在通過採用新的核反應堆技術，以及新材料和新的製造技術，使核電站不僅成本更低，而且本質上更加安全，廢料更少。基本上，這些第四代反應堆的特點是其冷卻劑，可以是水、氦、液態金屬或熔鹽。它們還根據其在中子譜中的運行位置進行區分。也就是說，是在熱中子譜還是在快中子譜中。在後者中，導致裂變的中子是由核反應產生的，沒有被減緩，因此反應堆在非常高的中子能量下運行，而在前者中，反應堆使用慢化劑來減緩反應，這發生在較低的中子能量下。 

          依據中國核電網報導，中國高溫氣冷堆(HTGR)裝置容量可望在十年內達到10吉瓦。目前，中國運轉中的高溫氣冷堆僅有石島灣一號機組。該機組採用兩座反應器驅動一台汽輪機的獨特設計，裝置容量為200兆瓦。除發電功能外，該機組自2024年起也承擔區域供暖任務。HTR-PM600首堆工程前期工作已啟動，此型號與HTR-PM專案大致相似，但關鍵創新在於採用六台高溫氣冷堆共同驅動一台汽輪機，從而實現600兆瓦的裝置容量。首座HTR-PM600廠址選定於江蘇省，核電站命名為徐圩核電站。現場前期工程已展開，預計主體工程將於2026年啟動，2030年投入商運。該電站的顯著特色在於融合了高溫氣冷堆與兩台"華龍一號"壓水堆機組。這種混合配置使其既能提供基載電力，又能為鄰近石化工業基地供應高溫蒸氣。同時，中方團隊正在全國遴選後續HTR-PM計畫廠址，目前重點考察山東、廣東和遼寧三省。選址優先考慮靠近用熱需求旺盛的工業群聚和都會區。為實現HTR-PM600的規模化建設，核電業界需攻克石島灣示範工程運作中暴露的技術難題。據揭露，首座高溫氣冷堆在燃料連續裝卸系統運作方面曾面臨挑戰，需對控制模組進行專案調試。此外，氦冷卻劑淨化系統的運作狀況也引發專家關注，該系統雜質清除效果直接關係到整個機組的運作效率。 

二、全球首座第四代核電廠－高溫氣冷堆在山東榮成正式商轉 

         2023年12月6日，中國大陸具有完全智慧財產權的山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電廠商業示範工程正式投入商轉，標誌著中國在第四代核電技術達到世界領先水準。山東榮成石島灣高溫氣冷堆示範工程是中國科技重大專案的標誌性成果，於2012年12月正式動工，由中國華能、清華大學、中核集團共同興建。2021年12月，此示範工程首次併網發電。該工程集結設計研發、製造、營運等產業鏈上下游500餘家單位，先後攻克多項關鍵技術，設備國產化率達93.4%。中國掌握了高溫氣冷堆設計、製造、建設、調試、運維技術，中國華能和清華大學共同研發了高溫氣冷堆特有的調試運行六大關鍵核心技術，並建立起以專利、技術標準、軟體著作權為核心的自主智慧財產權體系。高溫氣冷器是國際公認的第四代核電技術，是世界核電未來發展的重要方向，具有“固有安全性”，即在喪失所有冷卻能力情況下，不採取任何干預措施，反應器都能保持安全狀態，不會出現核心熔毀和放射性物質外洩。高溫氣冷堆所具有的固有安全性、發電效率高、應用領域廣等優良性能，使其在發電、熱電冷聯產及高溫供熱應用等領域商業化應用前景廣闊。 

         依據POWER網站報導，位於山東省榮成石島灣基地的200兆瓦高溫模組化球床（HTR-PM）示範計畫的兩台機組中的首台機組在失冷試驗中成功實現了本質安全。高溫氣冷堆無需主動干預即可消除衰變熱的能力。衰變熱是核裂變反應堆爐心熔化的主要原因，可以通過熱傳導、輻射和自然對流自然消散到環境中，而無需採用應急堆芯冷卻系統。HTR-PM 由兩台驅動共用蒸汽渦輪機的 200 MWth 氦冷反應器組成。每個模組均包含一個球床反應器堆芯，該堆芯使用石墨作為慢化劑和結構材料，並多次穿過堆芯燃料燃耗，回收率為燃耗的15 倍。作為一項關鍵的安全功能，HTR-PM 的燃料元件在球形或棱柱形基質中嵌入了 12,000 個三結構各向同性 (TRISO)塗層顆粒，每個TRISO 顆粒都是透過在氧化鈾內塗上熱碳和碳化矽層而製成的。研究人員稱這些功能能夠防止裂變產物洩漏，而不會超過經過驗證的燃料溫度限制。HTR-PM 設計允許功率密度約為 3.2 MW/立方米，約為商用壓水器 (PWR) 的1/30，保證衰變熱可以通過熱傳輸有效去除。 

三、第四代反應器安全性高 

           高溫氣冷堆具有固有之安全性，比傳統使用的輕水反應器設計具有潛在安全優勢。高溫氣冷堆還能夠為從氫氣製造到化學製造等多種製程提供高溫熱量，這使得它們成為尋求脫碳和提高能源效率的行業的有吸引力的選擇。中國研究人員指出，HTR-PM 的發電成本比商業壓水堆發電廠高出約 20%。儘管如此，研究人員指出了設計的優勢，包括模組化、可擴展性和應用靈活性。他們指出，經濟可以「透過規劃熱電聯產以及進一步透過反應器模組的大規模生產來管理」。   高溫氣冷堆具有本質安全、模塊化設計建造和多用途等特性，中國發展高溫氣冷堆核電站的戰略意義包刮(1)爭取率先掌握四代核電技術，領先世界水平(2)加快核電設備國產化(3)奠定核能製氫技術，配合未來氫經濟時代的到來。(4)拓展國內外核電市場(5)建立產學研究與實用結合，(6)加強國家能源安全。在中國“863”國家計劃支持下，清華大學10兆瓦高溫氣冷實驗堆(HTR－10)於1995年6月14日正式動工，2000年12月順利建成並達到臨界，2003年1月7日並網發電，成為世界第一座投入運行的模塊式球床高溫氣冷實驗堆。通過高溫氣冷實驗堆(HTR－10)的設計、建造、臨界運行和並網發電，中國掌握了高溫氣冷堆燃料元件製造、燃料元件裝卸系統和數字化控制保護系統等核心技術，同時形成了這種新型反應堆研發、設計、加工、建造的技術集成系統，並累積了許多寶貴經驗。高溫氣冷堆有六大優點(1)讓中國擁有自主先進核電知識產權。(2)具有本質安全性和非能動安全性，即使喪失爐心冷卻系統也能安全停機。(3) 採用球形燃料元件，不用大修停機更換鈾燃料，機組可用率高。(4)系統簡單，發電效率可達40%以上。(5) 堆芯出口氦氣溫度可達700-950攝氏度，除發電，還可廣泛應用於製氫等領域。(6)模塊化設計，節省工期成本的優點。高溫氣冷堆採用包覆顆粒燃料（TRISO）構成的“全陶瓷型”球形燃料元件，它具有在不高於1620℃的高溫下阻留放射性裂變產物釋放的能力。