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高温气冷堆:中小型火电的接替者

北极星电力网新闻中心  来源:能源杂志  作者:侯艳丽  2020/1/31 8:49:41  我要投稿  
所属频道: 火力发电  核电   关键词: 高温气冷堆 火电机组 火电

北极星核电网讯:火电机组即将迎来关停退役,接替者可谓众多,这其中就包括核电最前沿的第四代反应堆堆型——高温气冷堆。但是,面对政府态度、公众接受度、外部事件等多个影响因素,这种替代必然需要一番精细的谋划。

(来源:微信公众号“能源杂志”ID:energymagazine  作者:侯艳丽)

高温气冷堆具有固有安全、模块化设计与建造和多用途等特性,被认为是最有前途的第四代反应堆堆型。技术上,高温气冷堆可以取消场外应急,具备替代关停退役中小火电厂老旧机组能力。

高温气冷堆替代中小型火电,是一种解放思想、开拓思路的核能利用理念,是核能利用体系内的重大创新,对于缓解环境保护、节能减排与经济发展、社会稳定之间的矛盾具有重要的意义。

紧跟能源产业政策,实现核能利用体系重大创新

化石能源在全球经济的飞速发展中成为人类赖以生存和发展的能源基础。但化石能源的终将枯竭和其带来的环境污染,已经上升为一个国家能否可持续发展的重大战略问题。大多数国家将合理利用和节约常规能源、研发清洁的新能源和切实保护生态环境作为基本国策。国际能源利用进一步向节能、高效、清洁、低碳、安全的方向发展。

然而,我国目前仍然保持着以煤炭、石油为主的能源结构,造成了严重的大气污染。国家近年来积极采取减排措施,加大实施力度,为减少二氧化碳和污染气体的排放做出了艰苦的努力。

核能是一种安全、清洁、经济的新能源,已经得到了全世界的广泛认可。世界各国在兼顾经济性的同时,对核电安全性提出了更高的要求。核能也日渐成为我国能源发展的一个重要板块。

在核安全要求日益提升的背景下,球床模块式高温气冷堆的技术优势正逐步显现,发展潜力将逐渐释放。高温气冷堆凭借自身技术特性,与环境具有较好的相容性。在我国众多中小火电厂关停、退役的背景下,运用高温气冷堆技术替代中小型火电的理念,可成为缓解环境保护、节能减排与经济发展、社会稳定之间矛盾的重要手段。

高温气冷堆是我国具有完全自主知识产权的先进核能技术,其技术得到了国家“863”计划、核能开发项目和国家中长期科技发展规划重大专项的持续支持,历经基础研究、实验堆运行以及示范工程建设,现已进入商业化推广阶段。

高温气冷堆技术的核心特征就是固有安全性,即在任何情况下都没有发生堆芯融化的可能和大量放射性物质的释放,不会对公众和环境造成重大影响;同时还具有出口温度高、发电效率高和用途广泛等优势,可广泛应用于高温工艺供热、核能海水淡化等非电领域,被国际公认为是第四代先进核能技术。

因此,可以说以高温气冷堆为代表的第四代先进核能系统主力堆型在安全可靠性(如大幅度降低堆芯损伤概率)、环境相容性(如消除场外应急响应需求)等方面具有较二代改进型和三代压水堆核电技术不可比拟的优势。

经过国家“863”计划中的清华大学10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的建设和运行,我国掌握了自主发展高温气冷堆的技术。

以HTR-10为基础,我国山东省石岛湾20万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)项目于2006年列入国家科技重大专项,2012年12月9日经国务院批准正式施工,预计2020年并网发电。

我国高温气冷堆技术历经跟踪、跨越和自主创新三个阶段,目前我国模块式高温气冷堆核电站在商用规模上处于世界领先地位。在成功建设HTR-PM的基础上,清华大学积极发展了后续机型HTR-PM600,以进一步推动高温气冷堆的技术进步和市场应用。

高温气冷堆替代火电,紧跟国家的能源产业政策,是一种解放思想、开拓思路的核能利用理念,是核能利用体系内的重大创新。

高温气冷堆替代火电特别是在原址替代火电方面具有众多优势:可利用原厂址一些共有设施,有利于火电厂址资源综合利用、国有资产保值增值;还可以有效地拓展高温气冷堆的商业应用市场,对于缓解环境保护、节能减排与经济发展、社会稳定之间的矛盾具有重要的意义。

典型火电退役厂址的替代技术及政策研究迫在眉睫

2019年8月8日,中核集团董事长余剑锋到中核能源检查指导工作时指出,要做好高温气冷反应堆项目过程经验总结,抓住高温气冷反应堆的火电替代等特定市场。

9月25日,中核集团与华能集团签署《中国核工业集团有限公司中国华能集团有限公司全面深化战略合作框架协议》,提出对即将退役的火电厂址转为核电厂址进行可行性研究。

对典型火电退役厂址进行高温气冷反应堆替代研究,首先,需要从电力产业与可持续发展理论、电力生产的外部性理论等方面出发,研究电力替代问题的基础理论,为后续工程技术研究的开展提供理论支撑。

随后,从技术可行性方面、管理与监管方面、技术经济分析、技术安全角度的公众可接受性四个方面研究替代火电技术需关注的问题,并从不同角度研究高温气冷反应堆替代火电的政策适用性。

高温气冷反应堆核电厂址的选择需按照核电行业的特点以及电力发展规划、外部人为环境与事件、厂址自然条件和建设计划等因素进行综合考虑。

同时,开展高温气冷反应堆替代火电厂址的适应性研究,对影响高温气冷反应堆替代火电厂址选择的各项因素:厂址开发成熟度评价、地震、地质及岩土工程条件、替代火电厂址选择过程、替代火电厂址附近公众可接受性等多个方面进行详细研究。

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选取典型退役火电厂址进行高温气冷反应堆替代研究,首先需要开展火电厂址非居住区、规划限制区、烟羽应急计划区的“三区”测算计算模拟研究,并针对替代厂址进行简化场外应急计划区的模拟计算分析,随后进行替代火电安全评审相关原则适用性研究,通过以上研究获得对典型高温气冷反应堆原址替代火电的初步设计方案。

整个研究中需要地方政府及火电厂在合作、互利、共赢基础上,充分发挥核电、火电各自的资源优势,重点围绕核能领域的战略合作,努力构建可行的高温气冷反应堆替代火电技术方案,从而推进高温气冷堆替代火电示范项目。

高温气冷反应堆替代火电厂址选择的研究探索

在核电厂的整个工程建设中,厂址选择是极其重要的一环。核电厂址的选择需要根据核电行业的特点、电力发展规划、外部人为环境与事件、厂址自然条件和建设计划等因素综合考虑,厂址选择得当与否,不但影响到核电厂的工程建设进度和投资,还会对今后的安全运行、经济效益、职工生活带来长期的影响。此外,还会对交通运输、环境保护和地区经济发展等产生一定的影响。综上所述,核电厂址选择是一项综合性工作。

厂址选择的优劣对核电厂工程的建造成本、建设、运营以及后期管理有很大关系,对核电厂近区域的工业布局和经济发展亦有重大影响,甚至影响该区域居民的生活与居住安全。

厂址选择的适宜,不仅有利于自然资源、人力资源和物质资源的利用,还会在加快区域经济发展的同时,兼顾自然环境的保护,且能节约工程投资,方便经营管理,取得良好的经济效益。

核电厂的合理选址对人类社会和周遭环境状况以及经济的可持续发展具有重要意义,因此,核电厂的选址是电厂未来生存和发展的首要问题。

在高温气冷反应堆替代火电厂址的过程中,必须探索研究出高温气冷反应堆替代火电厂址的政策流程,同时吸取传统核电厂选址方法的优点,扬长补短,建立起高温气冷反应堆替代火电厂址选择的新方法,把核电厂厂址方案评价的理论和方法向前推进,提高高温气冷反应堆替代火电厂址选择的科学性。

研究影响高温气冷反应堆替代火电厂址选择的各种因素:政府态度,各级地方政府对厂址的态度、省内址排序情况列入国家、地方政府规划文件、公众接受度;厂址潜在风险,行政区划、地震地质、气象水文、人口分布、交通应急、外部事件;规划相容性,环境相容性、区域规划相容性;电量电价,地区电价水平、电力消纳,对相关厂址进行综合排序。

高温气冷堆替代火电厂址选择的关键问题

从能源转换角度,核电厂“燃烧”的是铀,火电厂燃烧的是化石燃料。核能作为高效、安全、清洁的低碳能源,已成为节能减排、保护环境的有效途径之一。

高温气冷堆替代火电厂址研究需具体到选址、设计、建造、运行、审批等各方面,核电厂与火电厂之间存在很多不同之处。因此,高温气冷堆替代火电项目,必须在火电厂已有条件下,充分考虑核能项目的特殊性和敏感性,紧密抓住两者之间的切合点。因此,在高温气冷堆替代中小型火电的实施过程中需要重点关注以下几个方面:

技术可行性:火电厂厂址必须具备建设核能项目的技术可行性,不能存在颠覆性因素。火电厂对于外部事件防护的标准低于核电厂,需要采取适当措施提高防护外部事件影响的安全要求。

管理与监管:火电厂址周边人口相对密集,社会环境相对复杂,从技术角度必须优化高温气冷堆的场外应急,从管理与监管角度必须推动国家相关部门尽快建立适合高温气冷堆的安全管理规范。

技术经济性:除与核相关的敏感设施和岗位外,应最大程度利用火电厂的原有空间场地、工艺系统、配套设施以及现有员工。同时需要因地制宜的考虑机组容量的大小和用途,充分体现高温气冷堆的技术特点,保证项目经济利益最大化,有效降低项目成本。

公众可接受性:长期以来,核安全问题都是一个受到社会各界高度重视、老百姓极其关心的重要社会问题。核电作为重要的新能源,民众在接受它高效、清洁的优点的同时,由于对其安全防护措施不够了解而产生种种疑虑。故而需从技术安全可靠性的角度,论证核电厂与火电厂替代问题的公众可接受性。

高温气冷堆技术替代火电是一个比较复杂的问题,在开展的过程中要与各核电单位、专家开展交流与调研,详细了解高温气冷堆的发展现状及可持续性,了解高温气冷堆代替火电技术的可行性、高温气冷反应堆厂址的适应性及经济性;要与美、俄、法等先进核电国家开展交流,借鉴核电同行的政策和经验,广泛听取核电行业专家的行业意见;要与公众交流高温气冷堆的知识,并了解公众对于高温气冷堆代替火电技术的接受程度;要调研国家相关政策并探索高温气冷反应堆代替火电技术的政策。

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