日前，中國能建重點(diǎn)研發(fā)項目“熱核聚變發(fā)電島概念設計研究”順利通過(guò)專(zhuān)家結題評審，該研究項目由中國能建廣東院牽頭、中國能建東北院、華東院和中國科學(xué)院等離子物理研究所共同參與，是在中國自主設計研發(fā)的熱核聚變實(shí)驗堆基礎上，在工程應用領(lǐng)域展開(kāi)的一次重要探索與嘗試具有開(kāi)創(chuàng )性意義。
“人造太陽(yáng)”影響最深遠的國際大科學(xué)工程。
熱核聚變是一種核反應的形式，即氫原子核(氘和氚)結合成較重的原子核(氦)時(shí)放出巨大能量的過(guò)程。如能使熱核反應約束在一定區域內，根據人們的意圖有控制地產(chǎn)生和進(jìn)行，即可實(shí)現受控熱核反應。
氘氚聚變示意圖
太陽(yáng)產(chǎn)生能量的過(guò)程，其實(shí)就是熱核聚變的過(guò)程，因此，國際熱核聚變實(shí)驗堆項目又被形象地稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。該實(shí)驗堆項目一旦成功，人類(lèi)將有望獲得最清潔且取之不盡的能源。
目前，中國以開(kāi)發(fā)聚變能源為目標，采用超導托卡馬克技術(shù)路線(xiàn)。按照計劃，中國將于2035年建成中國聚變工程實(shí)驗堆——CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor)，調試運行并開(kāi)展物理實(shí)驗，到2050年開(kāi)始建設商業(yè)聚變示范電站。因此，現階段對熱核聚變發(fā)電開(kāi)展前期技術(shù)探索，具有十分重要的前瞻性意義。
創(chuàng )新先行 探索熱核聚變發(fā)電廠(chǎng)概念設計
2021年底，中國能建熱核聚變發(fā)電島概念設計研究項目正式立項，主要探索熱核聚變輸出與發(fā)電機組輸入之間的匹配問(wèn)題，以及熱核聚變不同設計參數下常規島發(fā)電技術(shù)方案的可行性。
發(fā)電機組需要持續穩定的能量輸入，而CFETR聚變堆的能量輸出具有周期性間斷、熱功率斷崖式變化等特點(diǎn)，這是設計核聚變發(fā)電廠(chǎng)必須解決的難題。
儲能島概念圖
課題組通過(guò)深入開(kāi)展一系列關(guān)鍵技術(shù)研究，提出了采用儲能緩沖系統(儲能島)來(lái)解決核聚變輸出與發(fā)電機組輸入之間的匹配問(wèn)題，使熱核聚變一回路能量通過(guò)“削峰填谷”的方式實(shí)現穩定輸出。同時(shí)，課題組還結合儲能島特點(diǎn)，進(jìn)一步研究了常規島發(fā)電機組選型、參數匹配和輔助系統配置等問(wèn)題，形成了一套可行、安全、經(jīng)濟的熱核聚變發(fā)電常規島技術(shù)方案。
評審專(zhuān)家組對項目成果給予高度評價(jià)：“項目結合中國自主化聚變堆CFETR能量輸出特性和設計特點(diǎn)，提出通過(guò)儲能緩沖系統穩定核聚變能量輸出的解決方案，為穩定發(fā)電、供熱創(chuàng )造條件。同時(shí)，針對儲能形式、儲能介質(zhì)、運行模式、系統設計和設備選型等內容進(jìn)行研究探討和經(jīng)濟性評估，提出了一套經(jīng)濟可行的熱核聚變發(fā)電、供熱常規島技術(shù)解決方案，為未來(lái)核聚變工程應用奠定基礎。”
