核供热技术发展概况
前苏联(俄罗斯)原高尔基2源自500MW核供热站 沃日涅兹2×500MW核供热站
加拿大
2MW试验供热堆1987. 7投入运行
德国、法国、瑞士、瑞典等国
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我国核供热技术发展
(1) 1982-1984：方案论证 经过国内外调研和专家论证确定壳式核供热堆为主攻方向 (2) 1985-1990：实验堆建设 国家“七五”攻关，完成核供热堆关键技术攻关 成功建成5兆瓦供热堆，1989年投入运行 (3) 1991-1995：商用堆攻关 国家“八五”攻关计划，200兆瓦商用堆关键技术攻关 供热堆综合利用技术研究与开发 示范堆工程可行性研究，初步设计和工程前期准备 (4) 1996 ：示范堆建设和产业化 国家“九五”攻关计划，完成工程验证实验 建设商用示范堆和摩洛哥10兆瓦核能海水淡化示范厂
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核供热堆发展目标和技术特点
核供热堆是我国自主创新开发的先进型反应堆，具有如 下主要技术特点： 一体化技术和自稳压原理 全功率自然循环冷却 非能动安全系统 新型水力控制棒驱动 运行参数低，安全裕度大，运行可靠 系统简化，操作简便，无须操纵员干预，避免人因错误
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核供热堆输热系统
余热排出
接热网
中 间 回 路
I
I
1.E-4
1.E-2 1.E+0 时间（小时）
1.E+2
1.E+4
2，简化系统
Reactor System
6
2个实验堆：中国的HTR-10；日本的HTTR。 中国的HTR-10 日本的HTTR。 中国的HTR 日本的HTTR 3个商业示范电站：南非的PBMR 南非的PBMR 南非的PBMR，热功率 400MW，球床；中国的HTR-PM 中国的HTR 中国的HTR-PM，热功率 458MW，球床；美俄的GT-MHR 美俄的GT 美俄的GT-MHR，热功率 600MW，棱柱。
7
南非PBMR：热功率400MW，电功率165MW，氦气温度：500/900℃，直接氦气循环，主 设备已经订货
8
美国GA和俄罗斯OKBM的GT-MHR： 600MW热功率
9
美国2004年启动NGNP(Next Generation Nuclear Plant,下一代核电 站)项目，计划在美国爱达荷建设热功率400-600 MW超高温气冷堆， 50MW用于制氢，其余发电。西屋公司、AREVA公司和GA公司正在积 极准备竞标获得建造合同。 法国AREVA NP公司也在加快发展高温气冷堆，2004年已经投入超过 100人年，2600万美元的预算，2005年进一步增加人力。他们的反应堆 技术方案同GT-MHR类似，正在研究中间热交换器，以采用间接氦气轮 机循环发电。法国原子能委员会正在开展一系列有关高温气冷堆的研究。 日本在HTTR堆运行之后，已把高温气冷堆列入长期研发计划。韩国政府 计划发展高温气冷堆技术，韩国原子能研究院和清华大学于2004年成立 了中韩联合核能制氢研究中心。
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发展目标和成果
发展目标是：在我国已经建成的10MW高温气 冷实验堆的技术基础上，瞄准国际上新一代核 能技术的发展方向，借鉴国外高温气冷堆的经 验，通过自主研究与开发，力争2013年前后 建成电功率为20万千瓦级、具有自主知识产权 的高温气冷堆核电站示范工程。
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发展目标和成果(续)
通过本项目的实施，预期将获得如下成果： (1) 建成并运行1台电功率为20万千瓦级的模块式高温气冷堆示范电站； (2) 掌握和积累高温气冷堆核电站的设计、制造、建造和运行的经验； (3) 形成和拥有由中国品牌HTR-PM、相关专利与一批专有核心技术、以及 相关法规和标准组成的完整的自主知识产权及其保护体系； (4) 形成主要关键设备的国产化生产制造能力； (5) 形成年产28万个球形燃料元件的生产线及制造能力； (6) 建成商业化高温气冷堆研究发展实验平台和技术服务支撑平台； (7) 为进一步研究与开发氦气直接循环发电、超临界发电和高温堆制氢等前 沿技术提供基础。
INTERNAL CONTROL ROD DRIVE MECHANISMS
Perfect fit with integral reactors Eliminate rod ejection accident, operational problems (head penetrations seal cracking) Shorter, simpler vessel/containment Two options: Electromagnetical or hydraulic drive IRIS has chosen hydraulic drive Work progressing at POLIMI China is operating NHR-5 (Tsinghua University) and designing NHR-200 Possible cooperation?
（1）不失时机在国际上抢占模块式高温气冷堆领域 竞争的制高点，掌握拥有自主知识产权的核心技术， 建立自主品牌，提高我国先进核能技术在国际上的竞 争力 （2）发展先进核能技术，为国家能源的可持续发展 做贡献 （3）以企业为创新主体，产学研结合，探索高科技 成果产业化的新途径和新机制
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战略意义和必要性
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堆本体 示意图
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德国双模块机组高温气冷堆
Source：HTR Module Safety Analysis Report, Siemens
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南非PBMR和压水堆的比较
Source：HTR2004， 2004， Beijing
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高温气冷堆核电机组 和先进压水堆机组的比较
高温气冷堆核电机组
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重要安全实验：功率和风机转速的变化过程
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 15:20 15:50 16:20 16:50 17:20 17:50 18:20
功率(kw) 风机转速（rpm)
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丧失热阱ATWS安全验证实验
3500.0 3000.0 2500.0 rpm 2000.0 1500.0 1000.0 500.0 0.0 0 time(s)
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中国“ 863 ”计划高温气冷堆历史回顾
1986 － 1990 ：单项关键技术研究 1990 － 1992 ：报国务院立项 1992 － 1994 ：工程前期工作 1995 － 2000 ：设计建造安装调试 2000 年 12 月：建成并首次临界 2003 年 1 月：满功率发电
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10 MW 高温气冷堆外景
MHTGR 陶瓷包覆燃料 元件 氦气冷却剂 700-950个 ° C 2 台试验堆 1980 年代
1
1950 年代
2
3
SIEMENS HTR-Module 功率：200MW 电功率：80MW 堆芯平均功率密度：3 MW/M3 主回路氦气压力： 6.0MPa 堆芯出口热氦气温度：700 ℃ 堆芯入口冷氦气温度：250 ℃
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堆芯横截面
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直径 6 厘米的燃料球
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包覆颗粒燃料元件主要性能指标达到 国际先进水平
制作了 20000 个燃料元件，每一批的 34 项性能均达到 10 MW 高温气冷堆的设计要求 燃料元件的破损率达到世界最好水平 清华 1.4×10-5 日本 3.1×10-5 德国 3×10-5 计划指标 3×10-4
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反应堆系统
反应堆热功率,MW 一回路压力, MPa 氦气入口温度, ℃ 氦气出口温度,℃ 燃料球数目
10 3 250/300 700/900 27000
I
I
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反应堆和蒸汽发生器舱室
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10 MW 高温气冷堆实现满功率运行
2003 年 1 月 29 日主控制室仪表显示达到 10 MW 满功率 核裂变产生的热量经发电后通过 冷凝器排出
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高温气冷堆辅助系统少
轻水堆 系统数比较 电厂系统数 安全系统数 现场材料比较 钢筋 (吨/MWe) 混凝土(立方码/MWe) 结构钢 (吨/MWe) 38 324 13 16 100 2
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南非高温堆 68 9
142 47
Source: Regis Matzie, HTR 2004
四，一体化核供热堆的发展
按照核安全局批准的程序，旁通反应堆紧急停堆系统。 关闭风机，关闭二回路隔离阀：丧失冷却。 控制棒不下落，反应堆堆芯温度缓慢上升由于堆芯燃料的负 温度系数（当温度升高，反应堆功率下降），反应堆功率自 动下降。。 最终堆芯剩余发热和通过反应堆压力壳表面散发的热量建立 平衡，反应堆温度开始下降。 反应堆堆芯燃料最高温度始终低于安全限制 (1600 ℃) ，放 射性释放没有明显增加。
高温气冷堆技术的发展历史
电功率 300 MWe 1000 MWe 固有安全 100 － 300 MWe
早期气冷堆
Magnox+AGR CO2 冷却剂 36+14 台机组
高温气冷堆
HTGR 陶瓷包覆燃料 元件 氦气冷却剂 700-950个 ° C 3 台试验堆 2 台原型堆 1970 年代
模块式高温 气冷堆
清华大学核研院在国家“863“计划的支持下，经过20年的拼 搏，发展了高温气冷堆技术。实现产业化是科研人员的理想， 是对国家负有的责任。 中国核工业建设集团作为国家两大核工业集团之一，希望通过 核能技术的创新使企业获得长远的发展动力。 中国华能集团作为国内最大的电力公司之一，以促进国家技术 创新为己任，支持新技术的采用。 中国华能集团公司和中国核工业建设集团、清华大学共同投资， 组成示范电站的业主。 中国核工业建设集团和清华大学合资成立了中核能源科技公司， 作为示范电站的EPC 承包商和核岛设备的集成供货商，成为高 温气冷堆核电站技术创新的企业主体。