在有着“东方夏威夷”美誉的山东荣成石岛湾，矗立着一座全球独一无二的核电站——华能石岛湾高温气冷堆示范工程，这是我国具有完全自主知识产权的全球首座第四代核电站。

  在世界其他几个国家四代核电尚处于研发、在建阶段的时候，我国自主知识产权四代核电实现了从试验堆向商业堆的跨越：2021年12月完成首次并网发电、2023年12月6日正式投入商运并且良好运营至今，意味着我国在全球核电技术领域已经变“跟跑”为“领跑”。

  2011年，建设于上世纪70年代的第二代核电——日本福岛核电站因地震海啸冲击造成供电设施和备用电源双双失灵，堆芯热量无法排到最终热阱，导致堆芯过热熔毁。彼时，福岛核事故为全球核电行业敲响了警钟。此后发展的第三代核电具有预防和缓解严重事故的设施，例如增加非能动紧急干预系统等。

  而第四代核电更是从设计上消除了场外应急响应的需求，即反应堆不靠外部动力、冷却剂等，就能确保核反应不失控、反应堆不熔毁、放射性不泄漏，做到“天生”安全。

  “天生”安全是怎么实现的呢？“我们设了三道防线。”华能石岛湾核电公司运行值长仝礼允介绍，第一道防线是耐高温的球形燃料元件：核燃料被耐高温材料层层包裹，这套“盔甲”最高可承受1620摄氏度的高温，而反应堆在任何事故下，堆芯内部的最高温度都不会高于1620摄氏度，因此能保证包覆燃料颗粒的完整性不受影响，可有很大效果预防放射性物质外泄。

  第二道防线是反应堆的“自稳”特性。“简单来说，就是当温度上升达到设定阈值时，反应堆会进行负反馈，反应堆功率自己就会降下来。”仝礼允说，“即使在最极端的事故情况下，所有的控制手段都失效了，反应堆自己就可以‘刹车’。”

  “刹车”之后还要导出余热，非能动的余热排出系统就是第三道防线。“高温气冷堆设置了一套非能动的余热排出系统。就是不需要任何的外界动力，不需要水泵和风机，堆芯余热能够借助热传导、自然对流换热和热辐射等自然机制的非能动方式，将热量释放到大气中，避免堆芯过热发生熔毁。”仝礼允解释道。

  层层防线之下，华能石岛湾高温气冷堆核电站能做到“四不怕”——不怕没有电、不怕没有水、不怕没有气、不怕没有人，让我国在整个世界首次于商业规模核电站上实现“固有安全”。

  由于我国富煤、缺油、少气的资源禀赋，煤炭在相当长时间里依然是我国的主体能源。能源体系的低碳转型，需要遵循“先立后破”。高温气冷堆为推动煤电退役替代提供了更具可行性的技术方案。

  高温气冷堆采用小型模块化设计，电站容量可根据区域需求能力和地理条件灵活规划并建设，小则10万千瓦、20万千瓦，大则60万千瓦、100万千瓦。具体到煤电替代，“简单来说，把燃煤锅炉拉走，换成(容量合适的)反应堆，其它常规岛部分像汽轮机等都不用换，能节约一大笔投资。”仝礼允说。

  此外，高温气冷堆还有一个优势，就在名字里——高温。所谓“高温”，指的是堆内核燃料和其他材料均采用耐高温材料，这些条件使得高温气冷堆的工作时候的温度和冷却剂的堆芯出口温度能达到其它堆型难以企及的高度——900至1000摄氏度。

  “从居民供暖来说，北方地区对集中清洁供暖需求较大，高温气冷堆作为零碳清洁能源，居民供暖具有广阔应用前景。”仝礼允称。既能供电又能供暖，这为我国北方大量燃煤热电联产机组的减碳转型提供了可行之路。

  他介绍，目前华能石岛湾高温气冷堆示范工程在刚刚结束的这个供暖季，已实现对所在地宁津镇供热。对宁津街道区域供热项目，与燃煤锅炉集中供热相比，预计每年可节约标煤约3700吨，可减排的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等，预计将超6700吨。

  此外，高温气冷堆的应用场景还包括核能制氢、分布式电源、海水淡化、稠油热采等多个领域，可为工业园区、石化园区配套项目提供“电+热+汽+氢”综合能源服务。

  面对如此广泛的应用前景，高温气冷堆的批量生产能力如何？华能石岛湾核电公司总经理张延旭表示，高温气冷堆首堆示范工程的设备国产化率为93.4%，依托于示范工程，目前基本全部核心零部件都能实现国内制造，具备规模建设能力。