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兴旺娱乐 -原子能院:环形燃料预计5到8年实现工程应用
文章来源:中国核工业报 日期:2018年11月30日

  良好的安全性与经济性是保障核电发展的重要基础。作为核电厂反应堆堆芯的“心脏”,燃料组件的性能是影响核电安全性和经济性的主要因素,也是核电科研领域的重要阵地。

  中国原子能科学研究院压水堆环形燃料于11月26日顺利开展了零功率物理实验。这在全球尚属首次,使我国成为这一研究领域的领跑者。为什么会选择压水堆环形燃料,当前取得了哪些进展和成果,后续将如何推动环形燃料落地呢?环型燃料元件与“华龙一号”的关系是什么?为此,记者采访了原子能院常务副院长李卓群。

  环形燃料可用于“华龙一号”

  记者(以下简称“记”):原子能院为什么会开展环形燃料研发,其出发点是什么?

  李卓群(以下简称“李”):世界核电技术创新发展,几乎都是将提升安全性和经济性作为最终目标。核电技术前沿主要聚焦两个发展方向:一是从堆本身的固有安全体系建设出发,比如三代核电采用的非能动技术,当前已经在安全领域广泛应用;另一个是从核燃料出发,主要是解决反应堆安全性、经济性、包容性的问题,促使三者实现更好地结合。环形燃料研发就属于这个方向,从芯块入手,其初衷是针对核电发展的主流堆型,通过技术创新实现燃料元件的变革,从而实现核电厂经济性与安全性的双丰收。

  环形燃料的适用性非常强,目前从结构和安全分析角度来看,环形燃料的标准化设计目标将完全适应“华龙一号”堆芯,几乎不需要对堆芯结构进行变更,就可以逐步过渡到环形燃料使用的阶段。当然,我们还需要做很多试验验证,获得相应的数据来支撑。

  燃料自主化实现从“我有”到“我优”

  记:环形燃料具有哪些优势和特点?

  李:与传统柱状燃料相比,环形燃料至少有两大优势比较明显。一是芯块固有安全性更高。由于芯块中空,可以实现燃料和包壳的峰值温度更低。芯块中心温度是燃料设计的限值,在结构上采取空心的设计,可以有效降低中心温度,确保堆芯燃料的安全。芯块安全,才不会影响包壳的安全,这是堆芯设计必须考虑的问题,也是保证核能安全的前提条件。

  二是大幅提高核电的经济性。在现有安全裕度下,环形结构的设计可以提升燃料利用率,能够使输出功率提升20%~50%。经济性与成本控制是核能发展最重要的问题之一。环形燃料的成功应用将大幅提升核电厂的经济效益,这是非常有价值的,与其他能源形式相比,在市场上将更具竞争力。

  记:同为我国自主化燃料研发,与CF系列相比,环形燃料有何不同?

  李:我国开展CF2、CF3核燃料元件研发,主要是解决自主化、国产化的问题。燃料元件自主化是我国三代核电“走出去”的瓶颈,CF系列核燃料元件的成功研制将有效破解这一难题。而环形燃料研发的作用与意义在于推动我国核燃料技术的创新优化及国际引领,简而言之就是从“我有”到“我优”的转变,其成功研制将使我国燃料研发达到一个新的高度。

  有足够信心实现工程应用

  记:环形燃料临界是其研发取得的里程碑成果,其作用和意义是什么?

  李:所谓临界,是新型燃料开发必经的环节,旨在使用直接的实验数据对现有的环形燃料堆芯物理分析程序及数据库进行校验,同时,完成“棒状燃料”堆芯和“棒状燃料/环形燃料”混合装载堆芯的物理参数对比,为环形燃料堆芯设计提供重要的数据支持。但是这只是万里长征的第一步。因为对于环形燃料这样一个新生儿,我们是从零开始摸索,还需要通过大量的试验研究分析逐步掌握其特性。只有足够的试验验证和分析,环形燃料在转向工业化的过程中才能走得更好。

  记:原子能院带领项目组后续还将开展哪些工作?

  李:未来我们将瞄准基于环形燃料组件的先进压水堆发展方向,开展新一代1000兆瓦大型压水堆核电站、100兆瓦和30兆瓦小型压水堆环形燃料堆芯的方案设计,为下一步环形燃料组件工程化应用研究奠定基础。后续在工程应用技术研究阶段将开展环形燃料先导组件在商用堆的辐照考验,持续优化环形燃料组件及相关组件性能,进一步提升环形燃料组件的整体性能,初步实现环形燃料在百万千瓦级压水堆核电厂或小型压水堆的工程应用。若持续深入地开展商用堆辐照考验及工程化研究,有望在未来的5到8年内,环形燃料将实现在我国压水堆的工程应用。(盛安陵)

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