日前，中國能建重點研發(fā)項目“熱核聚變發(fā)電島概念設計研究”順利通過專家結(jié)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)的熱核聚變實驗堆基礎上，在工程應用領(lǐng)域展開的一次重要探索與嘗試具有開創(chuàng)性意義。

“人造太陽”影響最深遠的國際大科學工程。

熱核聚變是一種核反應的形式，即氫原子核(氘和氚)結(jié)合成較重的原子核(氦)時放出巨大能量的過程。如能使熱核反應約束在一定區(qū)域內(nèi)，根據(jù)人們的意圖有控制地產(chǎn)生和進行，即可實現(xiàn)受控熱核反應。

氘氚聚變示意圖

太陽產(chǎn)生能量的過程，其實就是熱核聚變的過程，因此，國際熱核聚變實驗堆項目又被形象地稱為“人造太陽”。該實驗堆項目一旦成功，人類將有望獲得最清潔且取之不盡的能源。

目前，中國以開發(fā)聚變能源為目標，采用超導托卡馬克技術(shù)路線。按照計劃，中國將于2035年建成中國聚變工程實驗堆——CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor)，調(diào)試運行并開展物理實驗，到2050年開始建設商業(yè)聚變示范電站。因此，現(xiàn)階段對熱核聚變發(fā)電開展前期技術(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題，以及熱核聚變不同設計參數(shù)下常規(guī)島發(fā)電技術(shù)方案的可行性。

發(fā)電機組需要持續(xù)穩(wěn)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，這是設計核聚變發(fā)電廠必須解決的難題。

儲能島概念圖

課題組通過深入開展一系列關(guān)鍵技術(shù)研究，提出了采用儲能緩沖系統(tǒng)(儲能島)來解決核聚變輸出與發(fā)電機組輸入之間的匹配問題，使熱核聚變一回路能量通過“削峰填谷”的方式實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。同時，課題組還結(jié)合儲能島特點，進一步研究了常規(guī)島發(fā)電機組選型、參數(shù)匹配和輔助系統(tǒng)配置等問題，形成了一套可行、安全、經(jīng)濟的熱核聚變發(fā)電常規(guī)島技術(shù)方案。

評審專家組對項目成果給予高度評價：“項目結(jié)合中國自主化聚變堆CFETR能量輸出特性和設計特點，提出通過儲能緩沖系統(tǒng)穩(wěn)定核聚變能量輸出的解決方案，為穩(wěn)定發(fā)電、供熱創(chuàng)造條件。同時，針對儲能形式、儲能介質(zhì)、運行模式、系統(tǒng)設計和設備選型等內(nèi)容進行研究探討和經(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(guī)島技術(shù)解決方案，為未來核聚變工程應用奠定基礎。”