高溫氣冷堆：中小型火電的接替者

火電機(jī)組即將迎來關(guān)停退役，接替者可謂眾多，這其中就包括核電最前沿的第四代反應(yīng)堆堆型——高溫氣冷堆。但是，面對政府態(tài)度、公眾接受度、外部事件等多個影響因素，這種替代必然需要一番精細(xì)的謀劃。

高溫氣冷堆具有固有安全、模塊化設(shè)計與建造和多用途等特性，被認(rèn)為是最有前途的第四代反應(yīng)堆堆型。技術(shù)上，高溫氣冷堆可以取消場外應(yīng)急，具備替代關(guān)停退役中小火電廠老舊機(jī)組能力。

高溫氣冷堆替代中小型火電，是一種解放思想、開拓思路的核能利用理念，是核能利用體系內(nèi)的重大創(chuàng)新， 對于緩解環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定之間的矛盾具有重要的意義。

緊跟能源產(chǎn)業(yè)政策，實現(xiàn)核能利用體系重大創(chuàng)新

化石能源在全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展中成為人類賴以生存和發(fā)展的能源基礎(chǔ)。但化石能源的終將枯竭和其帶來的環(huán)境污染，已經(jīng)上升為一個國家能否可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。大多數(shù)國家將合理利用和節(jié)約常規(guī)能源、研發(fā)清潔的新能源和切實保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為基本國策。國際能源利用進(jìn)一步向節(jié)能、高效、清潔、低碳、安全的方向發(fā)展。然而，我國目前仍然保持著以煤炭、石油為主的能源結(jié)構(gòu)，造成了嚴(yán)重的大氣污染。國家近年來積極采取減排措施，加大實施力度，為減少二氧化碳和污染氣體的排放做出了艱苦的努力。

核能是一種安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的新能源，已經(jīng)得到了全世界的廣泛認(rèn)可。世界各國在兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時，對核電安全性提出了更高的要求。核能也日漸成為我國能源發(fā)展的一個重要板塊。

在核安全要求日益提升的背景下，球床模塊式高溫氣冷堆的技術(shù)優(yōu)勢正逐步顯現(xiàn)，發(fā)展?jié)摿⒅饾u釋放。高溫氣冷堆憑借自身技術(shù)特性，與環(huán)境具有較好的相容性。在我國眾多中小火電廠關(guān)停、退役的背景下，運用高溫氣冷堆技術(shù)替代中小型火電的理念，可成為緩解環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定之間矛盾的重要手段。

高溫氣冷堆是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)核能技術(shù)，其技術(shù)得到了國家“863”計劃、核能開發(fā)項目和國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃重大專項的持續(xù)支持，歷經(jīng)基礎(chǔ)研究、實驗堆運行以及示范工程建設(shè)，現(xiàn)已進(jìn)入商業(yè)化推廣階段。

高溫氣冷堆技術(shù)的核心特征就是固有安全性，即在任何情況下都沒有發(fā)生堆芯融化的可能和大量放射性物質(zhì)的釋放，不會對公眾和環(huán)境造成重大影響;同時還具有出口溫度高、發(fā)電效率高和用途廣泛等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于高溫工藝供熱、核能海水淡化等非電領(lǐng)域，被國際公認(rèn)為是第四代先進(jìn)核能技術(shù)。因此，可以說以高溫氣冷堆為代表的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)主力堆型在安全可靠性(如大幅度降低堆芯損傷概率)、環(huán)境相容性(如消除場外應(yīng)急響應(yīng)需求)等方面具有較二代改進(jìn)型和三代壓水堆核電技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。

經(jīng)過國 家“863”計 劃中的清華大學(xué)10MW高溫氣冷實驗堆(HTR-10)的建設(shè)和運行，我國掌握了自主發(fā)展高溫氣冷堆的技術(shù)。以HTR-10 為基礎(chǔ)，我國山東省石島灣 20 萬千瓦級高溫氣冷堆核電站示范工程(HTR-PM)項目于 2006 年列入國家科技重大專項，2012 年 12月 9 日經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)正式施工，預(yù)計2020 年并網(wǎng)發(fā)電。

我國高溫氣冷堆技術(shù)歷經(jīng)跟蹤、跨越和自主創(chuàng)新三個階段，目前我國模塊式高溫氣冷堆核電站在商用規(guī)模上處于世界領(lǐng)先地位。在成功建設(shè)HTR-PM 的基礎(chǔ)上，清華大學(xué)積極發(fā)展了后續(xù)機(jī)型 HTR-PM600，以進(jìn)一步推動高溫氣冷堆的技術(shù)進(jìn)步和市場應(yīng)用。

高溫氣冷堆替代火電，緊跟國家的能源產(chǎn)業(yè)政策，是一種解放思想、開拓思路的核能利用理念，是核能利用體系內(nèi)的重大創(chuàng)新。高溫氣冷堆替代火電特別是在原址替代火電方面具有眾多優(yōu)勢：可利用原廠址一些共有設(shè)施，有利于火電廠址資源綜合利用、國有資產(chǎn)保值增值;還可以有效地拓展高溫氣冷堆的商業(yè)應(yīng)用市場，對于緩解環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定之間的矛盾具有重要的意義。

典型火電退役廠址的替代技術(shù)及政策研究迫在眉睫

2019 年 8 月8 日，中核集團(tuán)董事長余劍鋒到中核能源檢查指導(dǎo)工作時指出，要做好高溫氣冷反應(yīng)堆項目過程經(jīng)驗總結(jié)，抓住高溫氣冷反應(yīng)堆的火電替代等特定市場。

9 月 25 日，中核集團(tuán)與華能集團(tuán)簽署《中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司中國華能集團(tuán)有限公司全面深化戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，提出對即將退役的火電廠址轉(zhuǎn)為核電廠址進(jìn)行可行性研究。

對典型火電退役廠址進(jìn)行高溫氣冷反應(yīng)堆替代研究，首先，需要從電力產(chǎn)業(yè)與可持續(xù)發(fā)展理論、電力生產(chǎn)的外部性理論等方面出發(fā)，研究電力替代問題的基礎(chǔ)理論，為后續(xù)工程技術(shù)研究的開展提供理論支撐。隨后，從技術(shù)可行性方面、管理與監(jiān)管方面、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、技術(shù)安全角度的公眾可接受性四個方面研究替代火電技術(shù)需關(guān)注的問題，并從不同角度研究高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電的政策適用性。

高溫氣冷反應(yīng)堆核電廠址的選擇需按照核電行業(yè)的特點以及電力發(fā)展規(guī)劃、外部人為環(huán)境與事件、廠址自然條件和建設(shè)計劃等因素進(jìn)行綜合考慮。同時，開展高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址的適應(yīng)性研究，對影響高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址選擇的各項因素：廠址開發(fā)成熟度評價、地震、地質(zhì)及巖土工程條件、替代火電廠址選擇過程、替代火電廠址附近公眾可接受性等多個方面進(jìn)行詳細(xì)研究。

選取典型退役火電廠址進(jìn)行高溫氣冷反應(yīng)堆替代研究，首先需要開展火電廠址非居住區(qū)、規(guī)劃限制區(qū)、煙羽應(yīng)急計劃區(qū)的“三區(qū)”測算計算模擬研究，并針對替代廠址進(jìn)行簡化場外應(yīng)急計劃區(qū)的模擬計算分析，隨后進(jìn)行替代火電安全評審相關(guān)原則適用性研究，通過以上研究獲得對典型高溫氣冷反應(yīng)堆原址替代火電的初步設(shè)計方案。

整個研究中需要地方政府及火電廠在合作、互利、共贏基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮核電、火電各自的資源優(yōu)勢， 重點圍繞核能領(lǐng)域的戰(zhàn)略合作，努力構(gòu)建可行的高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電技術(shù)方案，從而推進(jìn)高溫氣冷堆替代火電示范項目。

高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址選擇的研究探索

在核電廠的整個工程建設(shè)中，廠址選擇是極其重要的一環(huán)。核電廠址的選擇需要根據(jù)核電行業(yè)的特點、電力發(fā)展規(guī)劃、外部人為環(huán)境與事件、廠址自然條件和建設(shè)計劃等因素綜合考慮，廠址選擇得當(dāng)與否，不但影響到核電廠的工程建設(shè)進(jìn)度和投資， 還會對今后的安全運行、經(jīng)濟(jì)效益、職工生活帶來長期的影響。此外，還會對交通運輸、環(huán)境保護(hù)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等產(chǎn)生一定的影響。綜上所述，核電廠址選擇是一項綜合性工作。

廠址選擇的優(yōu)劣對核電廠工程的建造成本、建設(shè)、運營以及后期管理有很大關(guān)系，對核電廠近區(qū)域的工業(yè)布局和經(jīng)濟(jì)發(fā)展亦有重大影響，甚至影響該區(qū)域居民的生活與居住安全。

廠址選擇的適宜，不僅有利于自然資源、人力資源和物質(zhì)資源的利用， 還會在加快區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，兼顧自然環(huán)境的保護(hù)，且能節(jié)約工程投資，方便經(jīng)營管理，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。核電廠的合理選址對人類社會和周遭環(huán)境狀況以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，因此，核電廠的選址是電廠未來生存和發(fā)展的首要問題。

在高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址的過程中，必須探索研究出高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址的政策流程， 同時吸取傳統(tǒng)核電廠選址方法的優(yōu)點，揚長補(bǔ)短，建立起高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址選擇的新方法，把核電廠廠址方案評價的理論和方法向前推進(jìn)，提高高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址選擇的科學(xué)性。

研究影響高溫氣冷反應(yīng)堆替代火電廠址選擇的各種因素：政府態(tài)度， 各級地方政府對廠址的態(tài)度、省內(nèi)址排序情況列入國家、地方政府規(guī)劃文件、公眾接受度;廠址潛在風(fēng)險，行政區(qū)劃、地震地質(zhì)、氣象水文、人口分布、交通應(yīng)急、外部事件;規(guī)劃相容性， 環(huán)境相容性、區(qū)域規(guī)劃相容性;電量電價，地區(qū)電價水平、電力消納，對相關(guān)廠址進(jìn)行綜合排序。

高溫氣冷堆替代火電廠址選擇的關(guān)鍵問題

從能源轉(zhuǎn)換角度，核電廠“燃燒” 的是鈾，火電廠燃燒的是化石燃料。核能作為高效、安全、清潔的低碳能源，已成為節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的有效途徑之一。

高溫氣冷堆替代火電廠址研究需具體到選址、設(shè)計、建造、運行、審批等各方面，核電廠與火電廠之間存在很多不同之處。因此，高溫氣冷堆替代火電項目，必須在火電廠已有條件下，充分考慮核能項目的特殊性和敏感性，緊密抓住兩者之間的切合點。因此，在高溫氣冷堆替代中小型火電的實施過程中需要重點關(guān)注以下幾個方面：

石島灣高溫氣冷堆項目現(xiàn)場

技術(shù)可行性：火電廠廠址必須具備建設(shè)核能項目的技術(shù)可行性，不能存在顛覆性因素?；痣姀S對于外部事件防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)低于核電廠，需要采取適當(dāng)措施提高防護(hù)外部事件影響的安全要求。

管理與監(jiān)管：火電廠址周邊人口相對密集，社會環(huán)境相對復(fù)雜，從技術(shù)角度必須優(yōu)化高溫氣冷堆的場外應(yīng)急，從管理與監(jiān)管角度必須推動國家相關(guān)部門盡快建立適合高溫氣冷堆的安全管理規(guī)范。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：除與核相關(guān)的敏感設(shè)施和崗位外，應(yīng)最大程度利用火電廠的原有空間場地、工藝系統(tǒng)、配套設(shè)施以及現(xiàn)有員工。同時需要因地制宜的考慮機(jī)組容量的大小和用途，充分體現(xiàn)高溫氣冷堆的技術(shù)特點，保證項目經(jīng)濟(jì)利益最大化，有效降低項目成本。

公眾可接受性：長期以來，核安全問題都是一個受到社會各界高度重視、老百姓極其關(guān)心的重要社會問題。核電作為重要的新能源，民眾在接受它高效、清潔的優(yōu)點的同時，由于對其安全防護(hù)措施不夠了解而產(chǎn)生種種疑慮。故而需從技術(shù)安全可靠性的角度，論證核電廠與火電廠替代問題的公眾可接受性。

高溫氣冷堆技術(shù)替代火電是一個比較復(fù)雜的問題，在開展的過程中要與各核電單位、專家開展交流與調(diào)研，詳細(xì)了解高溫氣冷堆的發(fā)展現(xiàn)狀及可持續(xù)性，了解高溫氣冷堆代替火電技術(shù)的可行性、高溫氣冷反應(yīng)堆廠址的適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)性;要與美、俄、法等先進(jìn)核電國家開展交流，借鑒核電同行的政策和經(jīng)驗，廣泛聽取核電行業(yè)專家的行業(yè)意見;要與公眾交流高溫氣冷堆的知識，并了解公眾對于高溫氣冷堆代替火電技術(shù)的接受程度;要調(diào)研國家相關(guān)政策并探索高溫氣冷反應(yīng)堆代替火電技術(shù)的政策。