千亿产业！高温堆潜能巨大

12月20日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。这座我国具有完全自主知识产权、世界首座具有第四代先进核能系统特征的球床模块式高温气冷堆，进入发电的实质阶段。高温气冷堆技术或将开启千亿级产业。

▲ 石岛湾高温气冷堆项目全景图

高温堆为何引人关注？

11月3日，我国高温气冷堆技术的开创者王大中院士获得2020年度国家最高科学技术奖，标志着国家对该项技术的高度认可。与此同时，在10月份召开的中国核学会年会上，首个以堆型命名的分会——高温堆分会也正式挂牌成立。

高温气冷堆之所以如此引人关注，主要得益于它“过硬”的本领，即固有安全性高、高温多用途、模块化。

1.固有安全性高

▲ 高温气冷堆燃料元件生产线现场

高温气冷堆被称为“不会熔毁的反应堆”。它的核燃料元件是耐高温全陶瓷包覆颗粒球形核燃料元件，也可以叫做燃料球。在石岛湾高温气冷堆示范电站，燃料球直径6厘米，最外层是石墨层，里面是弥散在基体石墨粉中的大约12000个四层全陶瓷材料包覆的、直径约0.9毫米的核燃料颗粒。实验表明，这种燃料球在1620℃高温条件下，仍能够保持完好并有效地阻挡放射性的泄漏。而且，由于良好的温度负反馈性，即便遇到极限事故，反应堆的堆内温度也不可能达到1620℃的高温限值。

2.高温多用途

相较于压水堆主蒸汽温度284℃、压力6.8MPa，高温气冷堆主蒸汽品质更高，其温度为571℃，压力为14.1MPa。经过蒸汽转换设备可以提供该温度压力以下各种参数的工艺蒸汽，因此除了常规发电外，高温气冷堆还可应用于石油精炼、稠油热采、页岩油提炼、合成氨及化肥生产、乙烯和甲醇合成、海水淡化、煤化工以及制氢等诸多领域中，市场前景广阔。

3.模块化

高温气冷堆采用模块化设计，示范工程采用两堆带一机，发电功率20万千瓦。在后续推广中，通过多模块灵活组合的方式，可建设20万、40万、60万、80万、100万等系列装机容量的核电机组以适应不同地区用户的需求。

高温堆的产业发展可能性

1.与石化耦合

高温气冷堆一回路冷却剂氦气出口温度高达750℃，可用于提供300℃～700℃的工业蒸汽。且其规划限制区半径仅为1000米，可贴近厂区建设，从而减小蒸汽输送过程中的热损失。

此外，基于高温气冷堆的高温多用途，可同时满足工业园区对电力、海水淡化、绿氢的需求，成为石化园区的综合动力岛。

举例来说，一个大型石化基地建设1～5台60万千瓦的高温气冷堆供汽机组能够满足石化基地大部分现状和规划的大型项目蒸汽需求，以及部分电力需求，具有比较好的市场竞争力。

2.稠油热采

稠油也被称之为高粘度原油。我国油气资源当中，稠油资源是重要组成部分，国内有着丰富的稠油储量，但开采面临着很大的困难。

高温堆的主蒸汽可满足稠油热采蒸汽不同压力和温度蒸汽需求，并且可根据用户需要进行参数调节。

在碳减排背景下，高温气冷堆可以逐步改变原来以石化燃料供热为主的状态。随着原油供应日渐短缺和国际油价的上涨，连续稳定开采稠油将日趋紧迫，这将为高温气冷堆助力稠油热采提供广阔市场机遇。

3.火电原址复用

高温堆的蒸汽参数与常规火电超高压机组参数基本相当，其汽轮发电机组的规格和系列与火电厂非常接近，可以很好地利用现有火电厂汽轮机组。

▲ 60万千瓦级高温气冷堆示意图

据初步估算，按年利用7000小时计算，2台60万千瓦高温气冷堆机组替代超洁净排放煤电机组，每年可减少燃煤使用（标煤）约280万吨，减少烟尘约132吨，二氧化硫约960吨，氮氧化物约1320吨，可明显改善环境质量，促进节能环保，实现可持续发展。

4.核能制氢

高温气冷堆技术可实现大规模、工业化制取绿氢。高温气冷堆具有堆芯出口温度高的优势，其高温高压的特点与适合大规模制氢的热化学循环分解水制氢工艺十分匹配。

目前高温气冷堆制氢分为两步走方案：高温气冷堆耦合生物质制氢、热化学循环分解水制氢。热化学循环分解水制氢是高温气冷堆制氢的最终解决方案，其以高温气冷堆为热源，以水为原料，可完全消除制氢过程的碳排放。