取得新突破!中国能建“人造太阳”


近日,由中国能建中电工程广东院牵头开展的中国能建重点研发项目热核聚变发电岛概念设计研究顺利通过专家结题评审。该研究项目是在中国自主设计研发的热核聚变实验堆基础上在工程应用领域展开的一次重要探索与尝试具有开创性意义。

“人造太阳”

影响最深远的国际大科学工程

热核聚变是一种核反应的形式,即氢原子核(氘和氚)结合成较重的原子核(氦)时放出巨大能量的过程。如能使热核反应约束在一定区域内,根据人们的意图有控制地产生和进行,即可实现受控热核反应。

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氘氚聚变示意图

太阳产生能量的过程,其实就是热核聚变的过程,因此,国际热核聚变实验堆项目又被形象地称为“人造太阳”。该实验堆项目一旦成功,人类将有望获得最清洁且取之不尽的能源。

目前,中国以开发聚变能源为目标,采用超导托卡马克技术路线。按照计划,中国将于2035年建成中国聚变工程实验堆——CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor),调试运行并开展物理实验,到2050年开始建设商业聚变示范电站。因此,现阶段对热核聚变发电开展前期技术探索,具有十分重要的前瞻性意义。

创新先行

探索热核聚变发电厂概念设计

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2021年底,中国能建热核聚变发电岛概念设计研究项目正式立项。该研究项目由中电工程所属广东院牵头,东北院、华东院和中国科学院等离子物理研究所共同参与,主要探索热核聚变输出与发电机组输入之间的匹配问题,以及热核聚变不同设计参数下常规岛发电技术方案的可行性。

发电机组需要持续稳定的能量输入,而CFETR聚变堆的能量输出具有周期性间断、热功率断崖式变化等特点,这是设计核聚变发电厂必须解决的难题。

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储能岛概念图

课题组通过深入开展一系列关键技术研究,提出了采用储能缓冲系统(储能岛)来解决核聚变输出与发电机组输入之间的匹配问题,使热核聚变一回路能量通过“削峰填谷”的方式实现稳定输出。同时,课题组还结合储能岛特点,进一步研究了常规岛发电机组选型、参数匹配和辅助系统配置等问题,形成了一套可行、安全、经济的热核聚变发电常规岛技术方案。

评审专家组对项目成果给予高度评价:“项目结合中国自主化聚变堆CFETR能量输出特性和设计特点,提出通过储能缓冲系统稳定核聚变能量输出的解决方案,为稳定发电、供热创造条件。同时,针对储能形式、储能介质、运行模式、系统设计和设备选型等内容进行研究探讨和经济性评估,提出了一套经济可行的热核聚变发电、供热常规岛技术解决方案,为未来核聚变工程应用奠定基础。”

广东院是中国核电领域起步最早的勘察设计企业之一,自1978年参与中国大陆首座大型商用核电站前期研究和勘察设计工作至今,先后承担了全国约50%核电工程建设,主编中国首部核电站工程测量、常规岛设计国家标准,具备各个容量等级、各类型反应堆核电机组工程的勘察、常规岛及其辅助厂房的设计、咨询能力。

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广东院参与勘察设计的世界上单机容量最大核电站

从2019年开始,广东院便组建了核聚变技术团队,开展热核聚变发电厂相关前期研究和技术储备工作。

2021年,中国能建首次以“揭榜挂帅”的方式设立重点科技研发项目,广东院成为了“热核聚变发电岛概念设计”“深远海海上风电关键技术”“CCUS碳捕捉封存利用新技术开发”“建筑与能源融合关键技术”等课题的揭榜单位,牵头负责相关技术研发创新工作。

来源:中国能建中电工程微信公众号