近日，2023年“上海產學研合作優秀項目獎”揭曉，由上海電氣核電集團與清華大學合作完成的“600MW高溫氣冷堆主設備研發及產業化項目”榮獲特等獎。兩家單位在國家科技重大專項“200MW高溫氣冷堆核電站示范工程項目”的基礎上，突破了壓力容器整體熱處理及變形控制、蒸汽發生器結構優化和內件組裝、螺旋盤管組件流致振動試驗等技術難關，并通過技措投入，形成了具有自主知識產權的600MW高溫氣冷堆主設備產業化和成套供貨能力，技術水平達到國際先進、國內領先。

前不久的2023年12月，上海電氣參建的華能石島灣高溫氣冷堆核電站完成168小時連續運行試驗，正式投入商業運行。石島灣高溫氣冷堆示范工程是我國具有完全自主知識產權的國家重大科技專項標志性成果，也是全球首座第四代核電站。上海電氣作為重要參建單位之一，提供了反應堆壓力容器、金屬堆內構件、控制棒驅動機構、吸收球停堆系統、汽輪機、主氦風機、氦氣壓縮機等主要設備，歷經十余年攻關，自主研發制造，先后攻克了多項關鍵技術，助力整個工程設備國產化率達到93.4%。

在“雙碳”目標的引領下，我國確定了到2025年在運、在建核電裝機量達1億千瓦的目標。國家“十四五”能源發展戰略規劃明確，核能領域實現600MW高溫氣冷堆的商業化應用，建成以高溫氣冷堆示范工程為平臺、以標準規范和專利為核心的完整自主知識產權體系，形成世界領先的高溫氣冷堆系列型譜產品。上海電氣核電集團和清華大學核能與新能源技術研究院通過多年聯合攻關，使我國成為世界上為數不多的掌握高溫氣冷堆技術的國家，并推動該技術進入了商用階段，助力我國從“核大國”向“核強國”邁進。

更安全、更高效的第四代核電技術先進堆型

縱觀核電發展歷程，用氣體作為冷卻劑的氣冷反應堆技術大致經歷了四個發展階段：早期氣冷堆、改進型氣冷堆、高溫氣冷堆和模塊式高溫氣冷堆。高溫氣冷堆作為第四代核能技術之一，是國際上公認的具有固有安全性、核熱轉換效率高和用途廣泛的先進核反應堆堆型。

上海電氣核電集團技術發展部部長盛旭婷介紹，與現有主流的壓水堆技術相比，高溫氣冷堆更安全，以氦氣為冷卻介質，采用TRISO包覆顆粒燃料構成的“全陶瓷型”球形燃料元件，它具有在不高于1620℃的高溫下阻留放射性裂變產物釋放的能力，堆芯設計保證在任何運行工況和事故情況下，燃料元件最高溫度不超過其安全限值1620℃。設置兩套獨立的停堆系統：控制棒系統和吸收球停堆系統，控制棒和吸收小球都依靠重力下落實現停堆功能，提高了停堆系統的可靠性，被稱為不會熔毀的反應堆，具有第四代先進核能系統的安全特征。在效率上，采用了高溫氣體作為冷卻劑，未來反應堆堆芯出口溫度可達750℃，甚至950℃以上，采用蒸汽透平發電技術發電效率可達42%以上，采用氦氣直接透平循環發電技術發電效率可達50%以上。此外，能夠模塊化設計和組建的高溫氣冷堆，可以根據不同的應用場景配套不同的核電站功率，使得電站建造更加的靈活。

在應用前景方面，盛旭婷認為，高溫氣冷堆產生的高品質工藝熱和高參數高溫蒸汽可廣泛應用于供熱、化工等領域。供熱方面，高溫氣冷堆因不僅可以滿足絕大多數領域的熱力需求，并且憑借固有安全性使其能夠貼近用戶建設，實現供熱安全性和經濟性的平衡，有良好的供熱應用潛力。化工方面，以高溫制氫為例，在我國制定的《氫能產業發展中長期規劃(2021~2035年)》中，明確推進核能高溫制氫等技術研發的產業布局要求。利用反應堆堆芯出口溫度進行碘—硫熱化學循環規模化制氫，是高溫氣冷堆未來的重點應用領域。

“高溫氣冷堆作為當前我國具有完全自主知識產權的四代堆技術，其示范工程已正式投入商運，產業化路徑明晰。在相關裝備領域，上海電氣核電集團歷經首臺樣機突破，核島關鍵設備工藝優化等，目前已經形成反應堆壓力容器、金屬堆內構件、控制棒驅動機構、吸收球停堆系統等核島關鍵部件批量化生產能力，是目前國內現在唯一一家具備高溫氣冷堆核島主設備成套供貨能力的裝備制造企業。”盛旭婷說。

產學研深度融合助力我國核電技術領跑世界

600MW高溫氣冷堆主設備研發及產業化的實現，離不開產學研深度融合這把“成功之鑰”。盛旭婷介紹，上海電氣集團與清華大學關于高溫氣冷堆技術的合作可以追溯到1995年。彼時雙方主要依托國家“863計劃”，圍繞10WM高溫氣冷實驗堆展開合作，上海電氣核能領域相關企業為實驗堆供應制造相關主設備。

2006年，高溫氣冷堆被列入國家科技重大專項。而后的2008年，《高溫氣冷堆核電示范工程國家科技重大專項總體實施方案》獲國務院批準。至此，上海電氣與清華大學之間的合作進入了嶄新階段，雙方圍繞國家科技重大專項以及石島灣高溫氣冷堆示范工程展開多層次多渠道合作。2013年，上海電氣集團與清華大學簽訂推進高溫氣冷堆設備產業化戰略合作框架協議，共同促進高溫氣冷堆示范工程的設備供貨及關鍵設備技術研究。2018年，雙方在國家科技重大專項的基礎上，開啟600MW高溫氣冷堆主設備研發和批量化制造的攻關新篇章。

據了解，針對600MW高溫氣冷堆的主設備項目，上海電氣核電集團與清華大學核能與新能源技術研究院建立了“規劃目標明確，責權利明晰，組織機制嚴謹，運作緊密高效”的產學研合作模式。雙方明確責任分工，聯合組建了研發工作組，下設1個設計及驗證分課題組和4個主設備研發分課題組，由上海電氣核電集團技術發展部負責產學研合作管理、科研項目定期跟蹤和協調推動；邀請核電領域的院士和專家組成專家委員會，對研發工作進行指導；建立定期協調機制，確保研究課題的有序推進。

盛旭婷表示，上海電氣核電集團堅持將科技創新作為發展道路上的重要抓手，牢牢把握科技引領創新驅動的思路。在核電集團內部，以我國“熱堆-快堆-聚變堆”核能“三步走”發展戰略為指引，立足裝備制造主責主業，聯合上游設計院開展多元科研合作模式，推動新一代核能技術與能源裝備的創新工作。通過夯實自己的核心技術能力和做好內外部制造研發資源的整合、配置，支撐好每個先進核能技術路線研發和重大工程產品研制，將先進的技術轉化成穩定高效的制造能力一直是上海電氣核電集團努力的方向。

致力于續寫新時代“中國核電”的新篇章

碳中和背景下，核能將成為未來能源結構關鍵一極。近年來，我國核電領域發展進入加速期，《“十四五”現代能源體系規劃》中提到積極安全有序發展核電，要求到2025年核電運行裝機容量達到7000萬千瓦左右，相比2022年末的5563萬千瓦增長25.8%。

作為國內最早從事核電設備制造的企業集團，上海電氣核電產業集群的發展軌跡幾乎與中國核電產業同步，核電集團的歷史最早可以追溯到20世紀70年代，創造了中國與世界核電領域的多個“第一”。上海電氣核電集團有限公司致力于打造國內領先、受行業尊敬的具備核島集成供貨和綜合服務能力核電裝備制造集團和核安全文化示范基地。面對行業機遇，上海電氣核電集團明確“1+3+X”的戰略目標，秉承“改進過去，攻關當下，研發未來”的科技研發總方針。改進過去方面，核電集團將相對成熟、已批量化產品中的部分技術進行改進，作為不斷螺旋上升，持續優化，進而提高質量，提高效率，降低成本的抓手。

攻關當下方面，圍繞國家先進核能的重大工程任務和市場需求，攻關技術難題，力爭向用戶提供高質量的首臺產品。研發未來方面，核電集團對未來五至十年可能出現的產業機遇也在提前布局。

除高溫氣冷堆主設備之外，十四五期間，上海電氣核電集團還有多項技術成果突破。三代壓水堆領域，上海電氣核電集團深度參與并推進“華龍一號”和“國和一號”主設備產業化和標準化，特別在核級主泵國產化進程取得階段性成果。先進核能系統領域，積極參與2MWt液態燃料釷基熔鹽實驗堆項目和福建霞浦600MW核電站工程的關鍵核心設備研制和供貨。聚變領域，2023年上海電氣核電集團交付緊湊型聚變裝置EXL-50U真空室和全高溫超導托卡馬克HH70主設備裝置。此外，上海電氣核電集團全力推進國家重大科技基礎設施項目大科學裝置CRAFT TF線圈盒的首臺研制，并積極參與到國際ITER項目中。

“通過多年深耕，上海電氣核電集團堅持技術探索和制造攻關，不僅在硬實力上有顯著成果，軟實力也得到了極大豐富，積累了豐富的關鍵制造技術、管理經驗及核安全文化。未來，上海電氣核電集團將繼續全面聚焦國家核能戰略和重大工程的研發任務，推動‘雙碳’目標的實現和中國核工業高質量發展。”盛旭婷說。(環球網)