1,高溫氣冷堆技術(shù)的發(fā)展歷史,早期氣冷堆Magnox+AGRCO2冷卻劑36+14臺(tái)機(jī)組,高溫氣冷堆HTGR陶瓷包覆燃料元件氦氣冷卻劑700-950個(gè)C3臺(tái)試驗(yàn)堆2臺(tái)原型堆,模塊式高溫氣冷堆MHTGR陶瓷包覆燃料元件氦氣冷卻劑700-950個(gè)C2臺(tái)試驗(yàn)堆,1950年代,1970年代,1980年代,300MWe,1000MWe,100300MWe,電功率,固有安全,2,3,4,SIEMENSHTR-Module功率：200MW電功率：80MW堆芯平均功率密度：3MW/M3主回路氦氣壓力：6.0MPa堆芯出口熱氦氣溫度：700堆芯入口冷氦氣溫度：250,5,6厘米直徑的“煤球形”核燃料,6,ReactorSystem,1，高溫氣冷堆停堆后的余熱通過反應(yīng)堆壓力殼表面散出。不需要專設(shè)設(shè)施以防止堆芯熔化。排除堆芯熔化。燃料元件耐1600高溫堆內(nèi)石墨提供大熱容瘦長型堆芯有利于散熱限制反應(yīng)堆功率高溫堆：對(duì)付1000kW余熱（約1/200）2，簡化系統(tǒng),模塊式高溫氣冷堆的固有安全特性,7,2個(gè)實(shí)驗(yàn)堆：中國的HTR-10；日本的HTTR。3個(gè)商業(yè)示范電站：南非的PBMR，熱功率400MW，球床；中國的HTR-PM，熱功率458MW，球床；美俄的GT-MHR，熱功率600MW，棱柱。,8,南非PBMR：熱功率400MW，電功率165MW，氦氣溫度：500/900，直接氦氣循環(huán)，主設(shè)備已經(jīng)訂貨,9,美國GA和俄羅斯OKBM的GT-MHR：600MW熱功率,10,美國2004年啟動(dòng)NGNP(NextGenerationNuclearPlant,下一代核電站)項(xiàng)目，計(jì)劃在美國愛達(dá)荷建設(shè)熱功率400-600MW超高溫氣冷堆，50MW用于制氫，其余發(fā)電。西屋公司、AREVA公司和GA公司正在積極準(zhǔn)備競(jìng)標(biāo)獲得建造合同。法國AREVANP公司也在加快發(fā)展高溫氣冷堆，2004年已經(jīng)投入超過100人年，2600萬美元的預(yù)算，2005年進(jìn)一步增加人力。他們的反應(yīng)堆技術(shù)方案同GT-MHR類似，正在研究中間熱交換器，以采用間接氦氣輪機(jī)循環(huán)發(fā)電。法國原子能委員會(huì)正在開展一系列有關(guān)高溫氣冷堆的研究。日本在HTTR堆運(yùn)行之后，已把高溫氣冷堆列入長期研發(fā)計(jì)劃。韓國政府計(jì)劃發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)，韓國原子能研究院和清華大學(xué)于2004年成立了中韓聯(lián)合核能制氫研究中心。,11,中國“863”計(jì)劃高溫氣冷堆歷史回顧,19861990：單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究19901992：報(bào)國務(wù)院立項(xiàng)19921994：工程前期工作19952000：設(shè)計(jì)建造安裝調(diào)試2000年12月：建成并首次臨界2003年1月：滿功率發(fā)電,12,10MW高溫氣冷堆外景,13,反應(yīng)堆系統(tǒng),14,反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器艙室,15,10MW高溫氣冷堆實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行,2003年1月29日主控制室儀表顯示達(dá)到10MW滿功率,核裂變產(chǎn)生的熱量經(jīng)發(fā)電后通過冷凝器排出,16,堆芯橫截面,17,直徑6厘米的燃料球,18,包覆顆粒燃料元件主要性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平,制作了20000個(gè)燃料元件，每一批的34項(xiàng)性能均達(dá)到10MW高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)要求燃料元件的破損率達(dá)到世界最好水平,燃料元件在俄羅斯的輻照燃耗已達(dá)100000MWd/t(U)，受輻照的4個(gè)燃料元件中的3萬多個(gè)包覆燃料顆粒沒有一個(gè)因?yàn)檩椪掌茡p,19,至2006年3月累計(jì)運(yùn)行469天,20,按照核安全局批準(zhǔn)的程序，旁通反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng)。關(guān)閉風(fēng)機(jī)，關(guān)閉二回路隔離閥：喪失冷卻?？刂瓢舨幌侣?，反應(yīng)堆堆芯溫度緩慢上升由于堆芯燃料的負(fù)溫度系數(shù)（當(dāng)溫度升高，反應(yīng)堆功率下降），反應(yīng)堆功率自動(dòng)下降。最終堆芯剩余發(fā)熱和通過反應(yīng)堆壓力殼表面散發(fā)的熱量建立平衡，反應(yīng)堆溫度開始下降。反應(yīng)堆堆芯燃料最高溫度始終低于安全限制(1600)，放射性釋放沒有明顯增加。,喪失冷卻+不緊急停堆實(shí)驗(yàn),21,重要安全實(shí)驗(yàn)：功率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化過程,22,喪失熱阱ATWS安全驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM),反應(yīng)堆功率(kW),23,HTR-PM：戰(zhàn)略意義和必要性,（1）不失時(shí)機(jī)在國際上搶占模塊式高溫氣冷堆領(lǐng)域競(jìng)爭的制高點(diǎn)，掌握擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，建立自主品牌，提高我國先進(jìn)核能技術(shù)在國際上的競(jìng)爭力（2）發(fā)展先進(jìn)核能技術(shù)，為國家能源的可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)（3）以企業(yè)為創(chuàng)新主體，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，探索高科技成果產(chǎn)業(yè)化的新途徑和新機(jī)制,24,清華大學(xué)核研院在國家“863“計(jì)劃的支持下，經(jīng)過20年的拼搏，發(fā)展了高溫氣冷堆技術(shù)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是科研人員的理想，是對(duì)國家負(fù)有的責(zé)任。中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)作為國家兩大核工業(yè)集團(tuán)之一，希望通過核能技術(shù)的創(chuàng)新使企業(yè)獲得長遠(yuǎn)的發(fā)展動(dòng)力。中國華能集團(tuán)作為國內(nèi)最大的電力公司之一，以促進(jìn)國家技術(shù)創(chuàng)新為己任，支持新技術(shù)的采用。中國華能集團(tuán)公司和中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)、清華大學(xué)共同投資，組成示范電站的業(yè)主。中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)和清華大學(xué)合資成立了中核能源科技公司，作為示范電站的EPC承包商和核島設(shè)備的集成供貨商，成為高溫氣冷堆核電站技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)主體。,戰(zhàn)略意義和必要性,25,發(fā)展目標(biāo)和成果,發(fā)展目標(biāo)是：在我國已經(jīng)建成的10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)國際上新一代核能技術(shù)的發(fā)展方向，借鑒國外高溫氣冷堆的經(jīng)驗(yàn)，通過自主研究與開發(fā)，力爭2013年前后建成電功率為20萬千瓦級(jí)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫氣冷堆核電站示范工程。,26,通過本項(xiàng)目的實(shí)施，預(yù)期將獲得如下成果：(1)建成并運(yùn)行1臺(tái)電功率為20萬千瓦級(jí)的模塊式高溫氣冷堆示范電站；(2)掌握和積累高溫氣冷堆核電站的設(shè)計(jì)、制造、建造和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)；(3)形成和擁有由中國品牌HTR-PM、相關(guān)專利與一批專有核心技術(shù)、以及相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)組成的完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及其保護(hù)體系；(4)形成主要關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化生產(chǎn)制造能力；(5)形成年產(chǎn)28萬個(gè)球形燃料元件的生產(chǎn)線及制造能力；(6)建成商業(yè)化高溫氣冷堆研究發(fā)展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和技術(shù)服務(wù)支撐平臺(tái)；(7)為進(jìn)一步研究與開發(fā)氦氣直接循環(huán)發(fā)電、超臨界發(fā)電和高溫堆制氫等前沿技術(shù)提供基礎(chǔ)。,發(fā)展目標(biāo)和成果(續(xù)),27,堆本體示意圖,28,德國雙模塊機(jī)組高溫氣冷堆,Source：HTRModuleSafetyAnalysisReport,Siemens,29,30,南非PBMR和壓水堆的比較,Source：HTR2004，2004，Beijing,31,高溫氣冷堆核電機(jī)組和先進(jìn)壓水堆機(jī)組的比較,高溫氣冷堆核電機(jī)組,先進(jìn)壓水堆核電機(jī)組,32,壓水堆核電機(jī)組的基本比例關(guān)系,工程其它投資,核島設(shè)備投資占工程總投資23%反應(yīng)堆壓力邊界和堆內(nèi)構(gòu)件占核島設(shè)備13%,核島設(shè)備,33,高溫氣冷堆輔助系統(tǒng)少,Source:RegisMatzie,HTR2004,四，一體化核供熱堆的發(fā)展,35,核供熱技術(shù)發(fā)展概況,前蘇聯(lián)(俄羅斯)原高爾基2500MW核供熱站沃日涅茲2500MW核供熱站加拿大2MW試驗(yàn)供熱堆1987.7投入運(yùn)行德國、法國、瑞士、瑞典等國,36,我國核供熱技術(shù)發(fā)展,(1)1982-1984：方案論證經(jīng)過國內(nèi)外調(diào)研和專家論證確定殼式核供熱堆為主攻方向(2)1985-1990：實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)國家“七五”攻關(guān)，完成核供熱堆關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成功建成5兆瓦供熱堆，1989年投入運(yùn)行(3)1991-1995：商用堆攻關(guān)國家“八五”攻關(guān)計(jì)劃，200兆瓦商用堆關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)供熱堆綜合利用技術(shù)研究與開發(fā)示范堆工程可行性研究，初步設(shè)計(jì)和工程前期準(zhǔn)備(4)1996-：示范堆建設(shè)和產(chǎn)業(yè)化國家“九五”攻關(guān)計(jì)劃，完成工程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)建設(shè)商用示范堆和摩洛哥10兆瓦核能海水淡化示范廠,37,核供熱堆發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)特點(diǎn),核供熱堆是我國自主創(chuàng)新開發(fā)的先進(jìn)型反應(yīng)堆，具有如下主要技術(shù)特點(diǎn)：一體化技術(shù)和自穩(wěn)壓原理全功率自然循環(huán)冷卻非能動(dòng)安全系統(tǒng)新型水力控制棒驅(qū)動(dòng)運(yùn)行參數(shù)低，安全裕度大，運(yùn)行可靠系統(tǒng)簡化，操作簡便，無須操縱員干預(yù)，避免人因錯(cuò)誤,38,核供熱堆輸熱系統(tǒng),接熱網(wǎng),中間回路,余熱排出,供熱反應(yīng)堆,39,核供熱堆堆體結(jié)構(gòu),40,41,5MW低溫核供熱試驗(yàn)堆,42,5MW低溫核供熱試驗(yàn)堆,李嵐清副總理于2000年2月2日參觀清華大學(xué)5MW低溫核供熱試驗(yàn)堆的二回路(下圖)和控制室(右圖),43,核供熱堆推廣應(yīng)用前景,應(yīng)用領(lǐng)域,區(qū)域供熱,海水淡化,熱電聯(lián)供,大面積空調(diào),工業(yè)供氣及其它應(yīng)用,IAEA將我國核供熱堆列為核能海水淡化優(yōu)選堆型國內(nèi)外市場(chǎng)前景良好,44,45,AdvancedWaterCooledNuclearEnergySystems:IRIS&(MASLWR),46,47,48,49,IRIS(INTERNATIONALREACTORINNOVATIVEANDSECURE)ModularLWR,withEmphasisonProliferationResistance,EnhancedSafetyandEconomics,51,INTERNALCONTROLRODDRIVEMECHANISMS,PerfectfitwithintegralreactorsEliminaterodejectionaccident,operationalproblems(headpenetrationssealcracking)Shorter,simplervessel/containmentTwooptions:ElectromagneticalorhydraulicdriveIRIShaschosenhydraulicdriveWorkprogressingatPOLIMIChinaisoperatingNHR-5(TsinghuaUniversity)anddesigningNHR-200Possiblecooperation?,52,壓水堆核電站,池式堆,100,200,300,反應(yīng)堆熱功率(MW),溫度(),一體化核供熱堆的戰(zhàn)略定位,200,500,3000,一體化供熱堆,多用途一體化供熱堆（自然循環(huán)小型IRIS),發(fā)電,熱電蒸汽淡化,供熱淡化,53,核能海水淡化經(jīng)濟(jì)性比較（200MWth）,54,發(fā)展小型多用途核供熱堆：市場(chǎng)有需求：500MWt,30bar蒸汽保持原有安全特征：不