文 | 曾斌

作者系中國核能電力股份有限公司市場開發部副主任

李言瑞

作者系中核戰略規劃研究總院有限公司科技帶頭人

高溫氣冷堆核電站示范工程是國家重大科技專項之一，目前已經實現并網發電，正在進行提升功率試驗。我國60萬千瓦商用高溫氣冷堆已經啟動工程項目籌備和選址工作。高溫氣冷堆發電效率高，堆芯出口溫度高，適合發電和熱能的階梯利用，有助于實現我國碳達峰碳中和目標的實現。

高溫氣冷堆具有優良的特性

高溫氣冷堆使用石墨為慢化劑和碳化硅石墨包覆顆粒燃料，堆芯也是石墨結構，具有固有安全性高、發電效率高、出口溫度高、用途廣泛等優勢。

固有安全性高

高溫氣冷堆使用獨立的球形燃料元件，采用全陶瓷屏蔽材料包覆顆粒燃料元件核心，燃料包殼熔點高，即使在最高達1620℃的運行溫度下仍能保持完整性，燃料球破損率在10-6以下。高溫氣冷堆的堆芯結構材料由石墨和碳塊組成，石墨和碳塊的熔點都在3000℃以上，使得即使在最嚴重事故條件下，也不會發生堆芯熔毀事故。

良好的核能綜合利用前景

高溫氣冷堆一個突出的優勢是堆芯出口溫度高，目前高溫氣冷堆核電站示范工程出口溫度為750℃，后續商用核電機組出口溫度可以達到900℃甚至上千攝氏度。高溫氣冷堆的高溫特性使其能夠滿足絕大部分熱源需求，在制氫、石化產業園、稠油熱采、乙醇提純、海水淡化、區域供熱等溫度梯級利用方面具有先天優勢。在“雙碳”戰略目標實施環境下，高溫氣冷堆可以在高耗能、高排放產業當中發揮重要作用。

發電效率高

反應堆冷卻劑的出口溫度對核電機組的發電效率有著決定性影響。傳統壓水堆的冷卻劑熱端平均溫度約為320℃，發電效率約33%。高溫氣冷堆氦氣出口平均溫度可達到750℃，并具備提高至950℃以上的潛力，發電效率可以達到40%-47%。

我國已經具備開工建設商用高溫氣冷堆的基礎

我國高溫堆發展具有良好的政策優勢

我國高溫氣冷堆有良好的發展政策環境。黨中央、國家政府和高校企業自上而下都高度重視高溫氣冷堆發展。習近平總書記非常關心高溫氣冷堆的發展，多次在重要會議上提到高溫氣冷堆，對高溫氣冷堆發展也多次做出重要指示批示。

我國將高溫氣冷堆核電站示范工程作為國家科技重大專項予以重點推動。在國家“十四五”規劃、能源發展“十四五”規劃、《2030年前碳達峰行動方案》等政策規劃文件中也對推動高溫氣冷堆工程建設作出了重要部署。

國家“十四五”規劃提出，“建成華龍一號、國和一號、高溫氣冷堆示范工程，積極有序推動沿海三代核電建設。推動模塊式小型堆、60萬千瓦級商用高溫氣冷堆、海上浮動式核動力平臺等先進堆型示范。”《“十四五”現代能源體系規劃》指出，“開展核能綜合利用示范，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，推動核能在清潔供暖、工業供熱、海水淡化等領域的綜合利用”“建成山東石島灣高溫氣冷堆、‘國和一號’示范項目”“推動三代核電關鍵技術優化升級示范應用，模塊式小型堆、(超)高溫氣冷堆、低溫供熱堆、快堆、熔鹽堆、海上浮動式核動力平臺等技術攻關及示范應用。”國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》要求“積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，開展核能綜合利用示范。”

我國清華大學、中核集團、華能集團等校企也在積極推動高溫氣冷堆的建設，推動高溫氣冷堆示范工程并網發電、推進商用高溫氣冷堆落地，以及在石化產業園、核能制氫、溫度階梯利用等方面開展耦合研究。

我國高溫氣冷堆技術處于世界領先位置

我國高溫氣冷堆核電站示范工程已經實現并網發電，正在開展提升功率的各項試驗。高溫氣冷堆核電站示范工程是世界上首臺球床模塊化高溫氣冷堆核電站，也是目前世界上唯一實際運行的高溫氣冷堆，引領著全球高溫氣冷堆技術的發展方向。

在建成高溫氣冷堆核電站示范工程之前，我國建成了高溫氣冷試驗堆HTR-10，開展了多項高溫氣冷堆核能綜合利用專項研究工作，建造了多個試驗臺架，形成了完善的試驗驗證技術，有力支撐我國高溫堆技術的自主研發。

我國60萬千瓦的商用高溫氣冷堆技術已經完成初步設計，正在推動項目落地，并創造性地提出了高溫堆+壓水堆組合發展模式，以推動核能發電和供熱綜合利用，實現對石化等工業產業園的低碳、零碳能源替代。

我國具備規?；茝V高溫氣冷堆發展的產業鏈優勢

我國自主建造了高溫氣冷試驗堆HTR-10，為高溫氣冷堆核電站示范工程的設計、建造和運行奠定了良好技術攻關、設備研制、工程建設基礎。

通過建成高溫氣冷堆核電站示范工程國家重大科技專項，進一步加強了我國高溫氣冷堆設備制造、軟件開發、材料開發、燃料研制等產業鏈供應能力，使得高溫氣冷堆設備國產化率達到了93.4%以上，有效促進了我國高溫堆產業鏈的發展，對我國主導第四代先進核電技術、占領世界核電技術制高點具有重大意義。

經過試驗堆和示范工程的幾十年的發展歷程，我國核電設備產業鏈具備了支撐高溫堆發展的可靠保障能力。從2004年籌備到2021年并網的建設歷程中，我國高溫氣冷堆作為國家重大科技專項，攻克了核燃料元件、壓力容器、主氦風機等多項關鍵技術，成功研制出2200多套世界首臺設備。我國設備制造商、材料供應商、施工方也合力為高溫氣冷堆產業發展探索出了一條行之有效、有力保障的產業供應鏈。在后續建設商用高溫氣冷堆時，我國核電產業鏈足以保障工程項目的順利完成。

高溫氣冷堆核電站示范工程的建成對我國高溫堆產業發展起到了承上啟下的作用

高溫氣冷堆核電站示范工程是我國乃至世界核能發展的里程碑工程，是高溫氣冷堆產業的重要技術積累和有效驗證，有效推動了高溫氣冷堆在技術、產業、設備的發展，也提高了人們對第四代核電高溫氣冷堆的認知和信心。

中核集團、華能集團和清華大學的聯合團隊共同保障高溫氣冷堆核電站示范工程的安全穩定運行，進一步研究示范工程為當地的工業區進行供電和供熱，后續還將進行核能制氫相關技術試驗，推動我國高溫氣冷堆綜合供能的優勢作用。

我國具有規?；ㄔ旄邷貧饫涠押穗娬镜慕ㄔ炷芰?/p>

我國核電產業經過近40年的發展，以高溫氣冷堆、華龍一號為代表的核電機型已實現“四個自主”，即自主設計、自主建設、自主運營、自主管理。尤其是我國工程建造能力舉世矚目，具備復雜大型的核電項目工程建設能力是其重要標志之一。

我國核電建造能力經歷了從無到有、由弱到強的發展歷程，目前核電建造能力已經排名全球首位，具備了10萬、20萬、30萬、60萬、百萬千瓦級、超大堆等系列化項目的建設能力，在示范工程到商用項目，從二代堆、三代堆到四代堆，從壓水堆、重水堆、鈉冷堆到高溫堆，從引進消化吸收到自主研發再創新，從傳統施工技術到數字化信息化施工技術等多個維度，都取得了世界一流的建造成果，具備了世界一流的建造能力。

我國核電工程的卓越建造能力、豐富的建造經驗、強大的供應鏈保障體系、大力協同的合作意識、迎難而上的無畏精神、統一領導的集體主義精神和社會主義集中力量辦大事的制度優勢，都是后續高溫堆項目的建造優勢和保障。

高溫氣冷堆建造成本還有一定的下降空間

我國高溫氣冷堆自2012年開工建設，到目前已經整整10年。按照通常的核電建設計劃，核電首堆示范項目一般在6年內完成，相對成熟的壓水堆而言，高溫氣冷堆示范工程拖期嚴重，造成了工程成本上升。另外，示范工程在廠房和部分設備設計時留有較大的裕度，具備進一步壓縮建造成本的可能。

目前來看，高溫氣冷堆的固定資產單位投資大約在2萬元/千瓦上下，建設周期5年。當高溫氣冷堆單純用于發電時，發電成本約0.355元/千瓦時，當高溫氣冷堆只用于供汽時，供汽成本約143.72元/噸，作為示范工程項目經濟性可接受。雖然當前高溫氣冷堆單位投資成本相對較高，但是隨著不斷設計優化、批量化建設和熱電聯供的實現，其經濟性還有一定提升空間。

高溫氣冷堆為助力雙碳戰略目標實現發揮了重要作用

包括高溫氣冷堆在內的核電對碳達峰、碳中和目標的實現發揮不可或缺的作用

我國黨中央高瞻遠矚提出了“雙碳”戰略目標，實現碳達峰碳中和的過程就是貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的具體行動落實。在實現“雙碳”戰略目標過程中包括高溫氣冷堆在內核電產業迎來了重要發展機遇期。

與其它能源品類相比較，核能是全壽期碳排放量最小的能源形式，也是發電和供能最穩定的、可為電網和當地提供大量電源的能源形式，應該在電力系統中起到基荷作用。根據我國能源發展規劃、新型電力系統建設計劃、可再生能源和儲能發展計劃，為保障我國能源安全和穩定供應，需積極有序推進核電發展。

為實現雙碳目標，煤電在電力結構中的比重逐步下降，亟需另一種穩定的低碳能源進行補充，這也為核電發展提供了一定的空間。特別是高溫氣冷堆的固有安全特性，可以利用現有退役的火力鍋爐廠址資源，為用戶提供熱電聯供。因此，國內外雙碳目標下的能源轉型和安全保供，離不開包括高溫氣冷堆在內的核電技術的發展。

歐洲能源危機和全球能源價格上漲需要我國推動核能發展

國際上，受可再生能源出力不穩定、間歇性運行的影響，電力系統中新能源電力占比較大的國家時常面臨電力危機，如英國和其他歐洲國家都出現過大面積斷電和市場電價飆升等情況。受俄烏沖突等影響，全球能源也出現供應短缺和價格上漲的現象，對全球經濟產生了較大影響。新冠肺炎疫情全球大流行也對全球能源供應產生一定的影響。

我國是能源進口大國，有必要從戰略層面加強頂層設計，將能源安全的飯碗牢牢掌握在自己的手里，實現能源安全和自由。因此，有必要加快核電發展，盡快推動商用高溫氣冷堆核電機組落地開工建設，研究論證高溫氣冷地+華龍一號匹配發展模式，加快推動燕龍低溫供熱堆、破冰船、浮動堆等示范項目落地。

高溫氣冷堆在制氫領域將大有可為

氫能具備來源廣泛、清潔低碳等特性，正逐步成為全球低碳發展的重要能源載體之一。世界主要大國都發布了氫能產業發展規劃，并投入巨額資金積極推動先進氫能技術研發和產業化，搶占國際氫能產業的技術制高點。一旦清潔能源制氫的技術發展成熟，氫能在全球能源市場的占比將達到15%。目前，全球氫能市場規模約為1250億美元，預計到2050年，氫能市場的總規模將超過1萬億美元。

今年，國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》，明確了氫能生產、儲存、應用關鍵技術研發、示范和規?；瘧玫姆较蚝吐窂?。隨著商用高溫氣冷堆的落地建設，承受高溫材料和設備的研制，以及制氫催化反應工藝的發展，高溫氣冷堆高溫制氫將會是高效、穩定、經濟、低碳的制氫方式。因此，核能制氫將會發展成為高溫氣冷堆產業的重要產品之一。

高溫氣冷堆在國際市場具有廣泛的發展優勢，尤其是在中東和非洲等石油豐富的地區

據國際原子能機構發布的2021年版全球核電發展規模預測，在高值情景中，全球核電裝機容量將從2020年3.93億千瓦增至2030年4.7億千瓦、2040年6.29億千瓦和2050年7.92億千瓦。在低值情景中，全球核電裝機容量2030年將降至3.66億千瓦，然后在2040年和2050年分別回升至3.78億千瓦和3.94億千瓦?？傮w而言，核電中遠期的發展趨勢是上升的。高溫氣冷堆在固有安全性和高溫熱階梯利用方面具有獨特優勢，并且具有煉油化工等產業需要的高品質蒸汽，因此高溫氣冷堆在中東、非洲等石油豐富的國家具有較大的市場空間。