2023年12月6日，全球能源史迎来里程碑事件——华能石岛湾高温气冷堆示范工程圆满完成168小时连续运行考验，正式投入商业运行，成为全球首座投入商业运行的第四代核电站。国信证券报告指出，高温气冷堆采用全陶瓷包覆颗粒燃料（TRISO）和石墨慢化剂，堆芯出口温度达750℃，实现了“固有安全”——突发故障或遭遇严重外部事件时，在不靠人为干预和应急冷却情况下，反应堆堆芯不会熔化、放射性不会大量外泄，真正做到了“永不熔毁”。江苏徐圩核能供热厂一期HTR-PM600高温气冷堆已获核准，高温气冷堆正从示范走向规模化应用。
全球首座商业四代堆：石岛湾高温气冷堆技术参数
石岛湾高温气冷堆示范工程位于山东荣成，由华能集团牵头建设，采用清华大学自主研发的HTR-PM技术。机组包括两个反应堆模块，每个模块额定热功率250MW，两个模块共用一套汽轮机，总电功率20万千瓦。
反应堆堆芯直径3m、高11m，堆芯周边反射层是耐高温石墨；冷却剂氦气从堆顶流过堆芯，进入蒸汽发生器，冷却后的氦气由氦气循环风机加压后流回反应堆。堆芯氦气出口温度750℃，蒸汽温度可达566℃。高温气冷堆顶部设加料口、底部设卸料口，可实现在线加料，换料无须停堆。
2024年8月19日，国常会核准江苏徐圩核能供热厂一期工程，一期包括两台华龙一号和一台HTR-PM600S高温气冷堆，供汽能力4082t/h，发电功率1652.9MW，首台华龙一号和高温气冷堆同时开工，建设周期计划60个月。
表3：石岛湾高温气冷堆示范工程主要参数| 参数 | 数值 |
|---|
| 反应堆模块数 | 2个 |
| 单模块热功率 | 250MW |
| 总电功率 | 200MW |
| 堆芯氦气出口温度 | 750℃ |
| 蒸汽温度 | 566℃ |
| 燃料球直径 | 6cm |
| 每球燃料颗粒数 | 约12000个 |
TRISO燃料：高温气冷堆“永不熔毁”的核心
高温气冷堆固有安全性的核心在于TRISO（三结构各向同性）燃料元件。燃料球直径6cm，最外层是石墨层，内部基体石墨粉中弥散约12000个直径0.9mm的核燃料颗粒，由四层全陶瓷材料包覆——疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层、外致密热解碳层。
复合包覆层形成微球型压力容器，在不高于1650℃的温度下阻止放射性裂变产物释放。高温气冷堆设计通过燃料的多普勒效应、慢化剂慢化作用随温度上升而下降、中子泄露几率增加等负反应性温度系数，保证堆芯温度不会超过1650℃。TRISO包覆层保证了1650℃以下燃料球不会破损——即使失去所有外部冷却，堆芯温度也不会达到燃料破损阈值，放射性物质不会泄露，实现“固有安全”。
高温气冷堆的应用场景：发电+供热+制氢
高温气冷堆的出口温度高达750-1000℃，远高于三代压水堆的330℃上限，这为其拓展应用场景提供了技术基础。
发电方面，高温气冷堆可通过布雷顿循环带动燃气轮机发电，或通过蒸汽循环带动汽轮机发电，能量转换效率和发电效率可达40%以上。供热供汽方面，田湾核电“和气一号”等项目已示范核能供汽，高温气冷堆的更高蒸汽参数可满足更多工业用热需求。制氢方面，高温气冷堆可进行高温蒸汽电解或与热化学硫磺循环耦合制氢——碘硫热解循环需要850℃以上高温，三代堆无法达到，而高温气冷堆可以满足。
高温气冷堆采用小型模块化设计（单模块电功率约10万千瓦），可根据需求灵活配置容量，占地面积相对较小，可与化工基地、工业园区等配套同步建设，在热电冷联产、核能制氢等领域应用前景广阔。
高温气冷堆的投资意义
高温气冷堆的商运标志着四代核电从技术验证进入工程应用阶段。江苏徐圩项目的核准意味着高温气冷堆正在从示范走向批量化建设。高温气冷堆的固有安全性为内陆核电选址提供了可能，模块化设计降低了厂址条件限制。建议关注高温气冷堆相关装备制造商（如蒸汽发生器、主氦风机、燃料元件等环节）及核电运营龙头中国核电（601985）。
