石岛湾核电站(华能石岛湾高温气冷堆核电站)

石岛湾核电站（英文名：The Shidao Bay nuclear power plant），位于中国荣成市石岛湾的核电站。该核电站是全球首座将四代核电技术成功商业化的示范项目，也是中国“十二五”获批的第一个核电项目。

石岛湾高温气冷堆核电站示范工程采用球床型模块式高温气冷堆“两堆带一机”技术方案，总热功率为500MW，电功率为211MW，热效率达到40%以上，具有固有安全性、系统简单、发电效率高、不停堆换料、模块化建造、用途广泛等特点，是国际核能领域公认的第四代核能系统候选堆型之一。

2012年12月底，华能石岛湾核电站示范工程开工，装机容量20万千瓦。2020年7月27日，国家重大科技专项、中国华能石岛湾核电项目正式进入全面调试阶段。2021年12月20日，华能石岛湾高温气冷堆核电站1号反应堆成功并网发电，投入运行。2023年12月，全球首座第四代核电站—华能石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行。

历史沿革

建设背景

以化石能源为主的能源消费结构，是导致中国北方地区空气污染形势严峻的主要诱因，冬季燃煤供热带来的大气污染问题尤为突出。核能作为一种安全高效、经济、低碳清洁的能源，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘颗粒物，可以减少污染物的排放，减缓地球温室效应，改善大气环境。

因此石岛湾核电站被列入威海市新能源规划发展的重要内容，并列入即将调整的国家核电技术公司发展规划，将建成为集世界最先进核电技术于一体的国际领先水平的商业化示范核电基地。

早期规划

2002~2004年间，研究人员走遍了中国大约10个省份，寻找HTR-PM示范工程的合适站址。最终选择了中国东部的荣成市石岛湾，并将并网发电作为示范工程的主要用途。2004年，中国华能、中国核工业建设集团股份有限公司、清华大学签署了合作建设高温气冷堆核电站示范工程的框架协议，正式拉开了建设具有自主知识产权的电功率200MW的世界首座高温气冷堆核电站示范工程的帷幕。

2006年2月，石岛湾高温气冷堆核电站示范工程列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》十六个科技重大专项，为世界首台商业运行目标的模块式高温气冷堆核电站。2007年1月，由中国华能集团公司、中核集团建设集团公司、清华控股有限公司合力组建的华能山东石岛湾核电有限公司(简称“石岛湾核电”)注册成立，三方的持股占比分别为47.5%、32.5%和20%。2008年1月16日，华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程可行性研究报告通过了由国家电网规划设计总院、国防科工委、国家核安全局、山东省政府等单位组织的联合审查。2008年9月1日，石岛湾核电工程负挖开始；2008年10月，为其配套的文登变电站也破土动工，石岛湾核电公路、气象观测塔、水文观测站、地质勘探站等相关配套设施也相继修建完成。

2011年3月，3·11日本地震后福岛核电站发生泄漏事故，中国政府叫停了所有在建的核电项目。

建设历程

2012年12月4日，国家核安全局颁发了工程建造许可证，华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程开工，该示范工程核岛底板第一层浇筑自12月9日开始，分A、B、C三个区域顺序浇筑，共浇筑混凝土4006方。2015年6月30日，反应堆厂房土建工程正式封顶，所有里程碑节点均满足预定计划。2016年3月20日，首台反应堆压力容器吊装就位。2017年6月，示范工程220kV倒送电一次成功。2019年8月3日，示范工程核岛厂房封顶。2020年7月25日，示范工程全面进入调试攻坚阶段，11月3日，双堆冷态功能试验一次成功。

2020年07月，随着华能石岛湾核电站对中国首次核电站二回路化学清洗、隔膜压缩机缺陷处理等难题的逐一攻克，示范工程主要系统设备基本安装就位。中国华能石岛湾核电项目正式进入全面调试阶段。2020年9月，华能石岛湾核站首次用氦气对一回路冷却剂系统密封性检查工作取得圆满成功。2020年10月，华能石岛湾核电高温气冷堆示范工程首台反应堆冷态功能试验一次成功，标志着中国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项高温气冷堆核电站示范工程通过了针对反应堆性能的首次全面考验。

2021年1月16日，首批核燃料完成接收。2021年09月，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程一号反应堆，成功进入临界状态，机组正式开启带核功率运行。2021年12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，标志着中国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。

2023年，华能山东石岛湾核电厂扩建一期工程项目1、2号机组获得国家核准。

选址与布局

概括选址原因

核电站选址主要有两大方面考虑：

一是安全方面因素：包括可能影响厂址适宜性的特征，（1）要考虑会影响核电站对环境潜在放射性后果的特征，如厂址周围的人口分布、气象和水文条件等；（2）要充分论证厂址所在区域存在对核电站可能有严重影响的极端外部事件，如地质条件、地震、海啸、洪水、极端气象、飞机坠毁和化学品爆炸等。

二是非安全方面因素：主要包括电网、运行条件、地形、供水以及其他的社会经济因素等。

核电站的厂址选择有着严格的要求。一般核电站的选址分为厂址查勘、厂址评价和运行前三个阶段。厂址查勘的任务是确定一个或若干个优先候选厂址，并对这些厂址进行系统的筛选和比较。厂址评价的任务是对一个或多个优先候选厂址进行调查与评价，并从安全的观点出发，证明厂址的可接受性。同时，要初步确定与厂址有关的设计基准。运行前阶段的任务是完成和完善厂址特征的评价，并对前阶段相关结果进行验证与核实。一个合适的的核电站厂址需要经过层层选拔，重重筛选，严格把关才能被最终确定。

2007年夏末，通过对山东石岛湾核电厂厂址地区的边界层探测资料进行统计分析，了解当地热内边界随内陆距离变化的经验关系。结果表明，当地热内边界层的变化趋势基本符合距离的1/2次方律，与前人的理论和实验结果一致，但高度偏大。Durand等的公式对当地观测结果有较好的代表性，可作为石岛湾核电站厂址地区的实用参考。

地理位置

2002一2004年间，研究人员走遍了中国大约10个省份，寻找HTR-PM示范工程的合适站址。最终选择了中国东部的荣成市石岛湾，并将并网发电作为示范工程的主要用途。石岛湾核电站的地址不在石岛湾，因为石岛湾人口密集不适合建设核电站，而在石岛湾以北的宁津湾，属荣成市宁津街道地域（原宁津镇）。

整体布局

中国核电站主要分布在沿海地区，华能石岛湾核电站也是在沿海地区。

中国华能石岛湾核电厂址拥有得天独厚的自然条件，是中国为数不多的、经过充分论证的、具备开发建设大型核电基地条件的优良滨海厂址。在这里，施工用水、电、路以及培训中心、生活区等配套设施已经建成，综合办公楼也已投入使用。大件运输码头、海水取排水工程、应急指挥中心等设施也进行了统筹规划。

核电设备

高温堆示范工程核岛及BOP设备共计15000余台套，其中2200余台套属于工程首次使用，660余台套属于创新型设备。核岛设备采用EPC总承包模式，其中，核岛主设备如反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件、热气导管、控制棒驱动机构、主氦风机、DCS等为业主与总承包单位联合采购、平行监造；常规岛设备由业主自行采购、委托监造。

高温气冷堆

高温气冷堆是国际核能界公认的目前安全性最高的新型核反应堆，热效率高，系统简单，用途广泛，是最有希望成为适应未来能源市场安全和经济需要的先进堆型之一。该堆型在失冷失压的严重事故状况下，无需借助应急冷却系统即可保持燃料元件的完整性，不会造成堆芯熔化、核放射性大量释放的严重后果，可达到第四代核能系统的核安全目标，无需采取厂外应急技术措施。

球床模块式高温气冷堆于2012年12月开工建设。经过近10年的建设和调试，该机组的双反应堆中，有一座反应堆于2021年9月达到临界状态，另一座反应堆于11月达到临界状态。该机组已于2021年12月20日并网发电。

球床模块式高温气冷堆有两座小型反应堆（每座反应堆的容量为250MWt），共同带动一台发电功率为210We的蒸汽轮机。球床模块式高温气冷堆采用氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂。每座反应堆装载了245000多个球形燃料元件（“燃料球”），每个元件直径为60mm，含有7克浓缩至8.5%的燃料。氦气以250℃的温度从反应堆底部进入，从侧面反应堆通道向上流动至顶部反射层，然后向下流动进入球床。旁通流被引入燃料排放管，以便冷却那里的燃料元件，并被引入控制棒通道。

氦气在活性反应堆堆芯中被加热，然后在出口处混合后，以约750℃的平均温度进入蒸汽发生器。由于-238的存在，具有较强的负反应性温度系数，由此保证在功率失常激增的情况下，堆芯温度始终不会超过安全限值。

球床模块式高温气冷堆的固有安全性能够保证，在所有可能的事故情况下，即使没有专用应急系统，燃料元件的最高温度也始终不会超过设计极限温度。即使在所有主动冷却系统失效和冷却剂完全丧失的情况下，得益于较低的堆芯功率密度和几何形状，球床模块式高温气冷堆的堆芯也不会熔化。球床模块式高温气冷堆中的燃料温度永远不会超过1600˚C，不会发生堆芯熔化、放射性裂变产物外泄等事故。

压水堆

石岛湾CAP1400核电示范工程段包含美国引进的4台百万千瓦级高温气冷堆机组、4台125万千瓦AP1000商用压水堆核电机组、一台140万千瓦及一台170万千瓦大型先进压水堆核电机组，总规划容量约900万千瓦。

蒸汽发生器

蒸汽发生器设备是示范工程的核心主设备之一，其主要功能是将堆芯产生的热量由一回路传给二回路，产生蒸汽推动汽轮发电机组产生电能。蒸汽发生器总高约25米，最大外径约4.5米，总重约500吨，与主氦风机一起安装在蒸汽发生器壳体中，与反应堆压力容器形成肩并肩式布置，采用直流式螺旋盘管换热设备。该设计换热效率更高、结构布置更紧凑，在核电领域属创新型设计。蒸汽发生器也是示范工程设计和制造难度最大的核岛主设备。该设备由清华大学核能与新能源技术研究院设计，哈电集团（秦皇岛市）重型机械有限公司生产制造。

因其设计复杂、制造难度大、无成熟经验借鉴，蒸汽发生器项目推进长期处于高温气冷堆示范工程建设的关键路径上。从2008年合同签订到2018年完成首台设备制造，历时10年，发布技术规格书、技术要求83份，涉及11万余个零部件，产生设计变更、设备材料变更等约800份。

主氦风机

作为“心脏”设备的主氦风机，在世界上均没有成熟的模型可借鉴。历时十年，佳电在设计、材料、工艺各个环节都实现了完全的自主创新，打破了部分国家的技术垄断，攻破了多项关键技术难题。佳电研制的全球首台套高温气冷堆核电站用主氦风机，填补了中国大功率（4500kW）、立式，高速（4000rpm）矢量变频控制电机、风机领域的空白，引领了电磁轴承、核级承压电气贯穿件工程应用，突破了直接置入核反应堆一回路243℃，7MPa氦气介质中电机、风机的技术瓶颈。

燃料装卸系统

燃料装卸系统是球床式高温气冷堆核电站特有的专用设施，主要用来进行初始堆芯装料及过渡循环、正常运行装卸料以及特殊情况下的堆芯排空及重新装料，是实现反应堆“不停堆换料”的核心系统，在维持堆芯剩余反应性、平衡堆芯内燃料表面温度场分布等方面发挥着重要作用，其运行可靠性是反应堆可利用率的重要保证。它由装卸料装置、定向转换装置、检调定位装置、过球检测系统等11类60余种近千台/件设备组成，是个名副其实的“大系统”。

运营情况

石岛湾核电站1号机组于2021年8月21日首次装料，截止2022年9月底暂未商运，机组能力因子暂不适用统计。

华能石岛湾高温气冷堆核电站1号反应堆完成发电机初始负荷运行试验，2021年12月20日成功并网并发出第一度电。机组各项指标运行正常，反应堆、汽轮发电机及相关系统设备运行稳定。1号反应堆正稳步向单堆满功率推进，2号反应堆并网发电前各项试验有序开展。

2023年12月，全球首座第四代核电站—华能石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行，标志着中国在第四代核电技术领域达到世界领先水平，此核电站位于荣成市，由中国华能、清华大学、中核集团共同建设。

特色与价值

亮点

华能石岛湾高温气冷堆核电站主要优势如下：

优势

石岛湾核电站是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，被称为世界首座商业规模“不会熔毁的核反应堆”。

第四代核能系统被认为相对安全，因为它不需要水冷却，而且机组的熔点超过了反应堆温度范围的上限。在没有安全壳的情况下工作也意味着高温气冷堆的建造成本可以更便宜。

核电站要实现核能安全，必须确保三大要素：核裂变反应的有效控制；及时导出停堆以后堆芯的废热；牢牢地把放射性物质包容起来。中原地区高温气冷堆所具有的三大核心创新技术，很好地满足了上述三个要素的实现：

作用

石岛湾核电站建后，将从根本上改变山东省‘西电东送’的局面。对缓解山东省电煤运输、能源紧张的压力，改善能源结构、满足山东省经济社会可持续发展的需要将起到重要作用。并且有效拉动地方经济，带动相关产业发展，给本地带来更多的就业机会。核电站工程将为威海带来经济效益和社会效益的双赢。最不可估量的是核电工程建成后，“能源高地”的城市品牌对威海整个城市影响力的提升。

发展展望

石岛湾核电站力争并网运行后实现商运的目标，为带来每年14亿度的发电量，支撑200万居民的日常生活用电，减少二氧化碳排放90万吨。助力国家2030年碳排放达峰、2060年实现碳中和的宏伟目标。

高温气冷堆具备固有安全性、环境友好性、模块化设计、高参数等优势，在优化高温气冷堆技术、确保安全性和提高经济性的基础上，具有广阔的商业化推广应用前景。中国华能核电站已经将目光放在了高温气冷堆技术的推广应用上，以华能核能研究院为核心的研发团队已着手开展高温气冷堆替代煤电、内陆推广、高温工艺热利用、核能制氢、海水淡化等项目研发工作，将对国家能源结构调整、减少碳排放、实现能源高效清洁利用和双碳目标做出更大的贡献。