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石岛湾高温气冷堆示范工程外景。
中核能源科技有限公司供图

高温气冷堆团队部分成员在石岛湾高温气冷堆示范工程主控室合影。
清华大学核能与新能源技术研究院供图

中核能源科技有限公司主设备中心技术人员在检查设备。
中核能源科技有限公司供图

2023年12月6日，位于山东省威海市荣成石岛湾的高温气冷堆核电站示范工程投入商业运行。

这是全球首座投入商业运行的第四代核电站，也是国家科技重大专项标志性成果。从2012年12月开工建设，到2023年12月商运投产，高温气冷堆用11年的时间从蓝图变为现实。如果把时间的尺度再拉长，我国从上世纪80年代就开展了以固有安全为主要特征的先进核能技术研发。在无样板可依、无经验可循的情况下，几代科研工作者接续攻关，推动我国在第四代核电技术研发和应用领域达到国际领先水平。

建成10兆瓦球床模块式高温气冷实验堆，正式开启科技成果转化之路

2003年1月29日，我国自主研发建造的10兆瓦球床模块式高温气冷实验堆成功实现72小时连续满功率运行。

这是一项令人振奋的重大科技成果。上世纪80年代起，在中国科学院院士王大中带领下，清华大学开始先进核能技术研发。在国家“863计划”支持下，团队突破了球形燃料元件、球床流动特性等多项关键技术，于2000年建成10兆瓦高温气冷实验堆。

高温气冷实验堆是“863计划”中投入较大的实验工程项目，也是完成最好的项目之一。“一是要选准方向、锲而不舍，‘十年磨一剑’；二是要解放思想、实事求是，集中力量攻克关键技术；三是要集体攻关、大力协同，发扬团队精神。”王大中在总结项目经验时说，“我们下一步的任务是逐步实现这个成果的产业化，争取建造‘示范堆’，为我国能源发展作出贡献。”

高温气冷堆安全可靠性高、废物产生量小，具备经济性和多用途功能，因此也被视为极具潜力的新一代核电技术。本世纪初，一些国家在该领域积极布局并取得进展。

“当时，各国专家从100多种反应堆概念中，筛选出6种最具前景的第四代核电技术，高温气冷堆就是其中之一。”清华大学核能与新能源技术研究院（以下简称清华核研院）副院长董玉杰介绍，“当时按模块式概念建造的实验堆，中国有一座，日本也有一座，还有多个国家计划建设示范堆，大家都想在这一领域占得先机。”

在10兆瓦高温气冷实验堆满功率运行的同一年，中国核工业集团有限公司与清华大学共同组建了中核能源科技有限公司（以下简称中核能源），高温气冷堆团队也正式开启了科技成果转化之路。

清华核研院副总工程师、1998年就参加了10兆瓦高温气冷实验堆建设工作的李富说：“实验堆建成后，我们的工作重心马上转向商业示范堆设计，并很快拿出了基本设计方案。”

2006年，高温气冷堆被列入国家科技重大专项。2008年，高温气冷堆总体实施方案获国务院批准。董玉杰回忆：“重大专项定下了非常明确的目标，就是要以实验堆为基础，攻克工业放大和工程实验验证技术，最终建成商业规模的高温气冷堆示范电站。”

对于实验堆来说，能够短期运行并验证技术可行性即可，但是商业规模的高温气冷堆示范电站必须实现长期稳定可靠运行，同时要考虑维护检修、在役检查、经济性等因素。重大专项设置了89个科研课题。在清华核研院院长、高温气冷堆重大专项总设计师张作义带领下，一场漫长的技术攻坚战就此展开。

高温气冷堆核岛1.5万多台套设备中有2200台套为首台套，世界首创型设备超过660台，设备国产化率达到93.4%

项目开展之初，摆在团队面前的首先是技术路线问题。高温气冷堆团队谨慎地在创新与技术可行性之间作出平衡。“比如，为什么不直接用氦气来更高效地推动汽轮发电机发电？从热力学循环上来说是理想的，但我们觉得一定要考虑工业上的可行性。”李富说。

董玉杰回忆：“通过反复比较取舍，我们最终采取了单区圆柱状堆芯的两模块方案，原来的方案虽可实现更大的单堆功率，但研发周期长、不确定性高。现在回过头来看，该技术方案的选择非常关键，它可以通过标准化模块来建设更大的商业电站。”