高溫氣冷堆

      高溫氣冷堆除了具有快堆的特點外，還具有無與倫比的安全性。反應堆燃料元件采用包覆燃料顆粒構成的“全陶瓷型”球形燃料元件，具有在不高于的1600攝氏度的高溫下阻留放射性裂變產物釋放的能力，而且堆芯周圍全部由石墨和碳磚材料構成，芯結構部件能承受超高溫，加上反應堆具有較大的燃料和慢化劑負反應性溫度系數，能保證在任何情況下，燃料元件最高溫度不超過其安全限值。2014年9月，擁有完全自主知識產權的高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件生產線已完成安裝，由中核北方核燃料元件有限公司負責運營，可每年向石島灣核電站提供約30萬個球形燃料元件。

      高溫氣冷堆的核心裝備就是主氦風機。反應堆的堆芯和蒸汽發(fā)生器傳熱管組分別裝設在壓力容器和承壓殼內，并由熱氣導管殼體相連接，構成一回路壓力邊界，這時候就需要主氦風機提供的氦氣進行冷卻，使承壓殼不承受高溫。2014年8月，中國成功研制高溫氣冷堆核電站示范工程的核心裝備——主氦風機試驗樣機。在工作中，HTR-PM的主氦風機將氦氣加壓到70個大氣壓后作為冷卻劑，將反應堆堆芯產生的熱量帶走。目前，在國際上還沒有容量相當、結構相似的產品，性能世界領先。

      另外，高溫氣冷堆還具有不停堆換料，控制棒和吸收球都可依靠重力下落實現停堆等功能。一旦發(fā)生事故，堆芯余熱排出不需專設的能動余熱排出系統，余熱可以借助于導熱、輻射和對流等自然機理非能動地傳到反應堆壓力容器，再由堆艙冷卻器載出，大幅提升了反應堆的可靠性。

      中國高溫氣冷堆技術研發(fā)工作始于上世紀70年代。通過實施國家863計劃，清華大學在中核集團的支持下設計建造了10兆瓦實驗堆，2003年1月7日實現并網發(fā)電。2012年12月9日，由中核工業(yè)建承的山東石島灣高溫氣冷堆示范工程開工建設，按進度計劃將于2017年底建成發(fā)電。

      超臨界水冷堆

      超臨界水冷堆是一種高溫高壓水冷反應堆，它運行在水的熱力學臨界點（374°C，22.1MPa）之上。與常規(guī)水冷堆相比，超臨界水冷堆具有核燃料利用率高、機組熱效率高、系統更簡化、成本也更低等特點。

      中國是貧鈾國，要持續(xù)發(fā)展核電，必須選用燃料利用率高的堆型。而超臨界水冷堆突出特點是堆芯冷卻劑平均密度較低，冷卻劑慢化能力低，容易實現超熱中子譜或者快中子譜堆芯設計，獲得較高的燃料利用率。

      熱效率越高意味著越多的熱能可以轉換為電能，超臨界水冷堆核電機組與常規(guī)亞臨界輕水堆機組相比，熱效率明顯提高，可達到45%。

      更簡單的系統意味著更低的建設成本。由于采用簡單的直接循環(huán)系統，使得核蒸汽供應系統布置緊湊，從而使反應堆廠房小型化，使機組在經濟性方面具有比較優(yōu)勢，超臨界水冷堆核電機組的造價比高溫氣冷堆和壓水堆分別便宜70%和44%。

      此外，超臨界水冷堆還具有技術繼承性好的優(yōu)點——可充分采用現有壓水堆的技術基礎；可以充分利用壓水堆核電站設計、研發(fā)條件以及制造、建造、運行、維護和管理的經驗；能充分借鑒超臨界火電汽輪機的技術。

      目前，中國已經具備發(fā)展超臨界水冷堆反應堆的技術基礎。2014年，中國超臨界水冷堆技術研發(fā)第一階段（基礎技術研究）研發(fā)目標已經完成，提出了超臨界水冷堆總體技術路線。按照路線圖，除已完成的第一階段外，超臨界水冷堆技術路線圖中還有四個階段的發(fā)展：2014年—2017年實施技術研發(fā)第二階段；2017年—2021年進行工程技術研發(fā)；2019年—2023年進行工程實驗堆設計建造；2022年—2025年進行百萬千瓦級超臨界水冷堆標準設計研究。

      就中國正在研發(fā)、建設的高溫氣冷堆、鈉冷快堆、超臨界水冷堆而言，超臨界水冷堆具有最好的性價比，而且能繼承現有的壓水堆和超臨界火電汽輪機的技術；鈉冷快堆的冷卻效果好，能量轉換率較高，世界各國大多看好鈉冷快堆；高溫氣冷堆能夠提供其它堆型所無法提供的熱源，這使得該技術不僅可立足于核電的行列，而且還能夠拓寬其應用市場，為核能制氫、冶金、化工等領域提供大量的高溫工藝熱。目前，三種反應堆還在研發(fā)和建設過程中，斷言哪一種反應堆最有前途還為時尚早。