高温气冷堆技术的发展历史

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+AGRCO2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

模块式高温气冷堆MHTGR陶瓷包覆燃料元件氦气冷却剂 700-950个° C

1950年代

2台原型堆 1970年代

2台试验堆 1980年代1

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℃

6厘米直径的“煤球形”核燃料

模块式高温气冷堆的固有安全特性1,高温气冷堆停堆后的余热通过反应堆压力壳表面散出。不需要专设设施以防止堆芯熔化。排除堆芯熔化。 燃料元件耐1600℃高温 堆内石墨提供大热容 瘦长型堆芯有利于散热 限制反应堆功率剩余发热量(相当于满功率的份额)

0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 1.E-6

1.E-4

1.E-2 1.E+0时间(小时)

1.E+2

1.E+4

高温堆：对付1000kW余热(约1/200)

2,简化系统

Reactor System

2个实验堆：中国的HTR-10;日本的HTTR。 3个商业示范电站：南非的PBMR,热功率 400MW,球床；中国的HTR-PM,热功率 458MW,球床；美俄的GT-MHR,热功率 600MW,棱柱。

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

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。

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

10 MW高温气冷堆外景

反应堆系统

反应堆热功率,MW一回路压力, MPa

10 3

氦气入口温度,℃氦气出口温度,℃燃料球数目

250/300700/900 27000

反应堆

和蒸汽发生器舱室

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

堆芯横截面

直径 6厘米的燃料球17

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

燃料元件在俄罗斯的辐照燃耗已达 100000 MWd/t(U),受辐照的 4个燃料元件中的 3万多个包覆燃料颗粒没有一个因为辐照破损18

至2006年3月累计运行469天35

Days of operation Integrated power

250.0

30 200.0 25

20

150.0

15

100.0

10 50.0 5

0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39

0.0

Time(Month since January 2003)

Integrated power (MWD)19

Days of operation