습근평 총서기는 “핵공업은 첨단과학기술 전략산업으로서 국가안전의 중요한 기초이다. 원자력발전을 적극적이고 안전하며 질서 있게 추진하고 원자력발전소의 배치와 개발 순서를 합리적으로 확정해야 한다”라고 지적했다.
산동 영성 석도만에서 국가과학기술 중대전문프로젝트 대표적 성과인 화능 석도만 고온가스랭각형 원자력발전소 시범공정이 안정적으로 운영되고 있다. 이곳에서 지속적으로 공급되는 전기에너지와 열에너지는 에너지에 대한 다양한 수요를 충족시키고 있다.
2012년 12월 첫 콩크리트타설을 시작으로 2023년 12월 상업운영에 투입되기까지, 황량한 개펄에서 세계 최초로 상업운영을 시작한 4세대 원자력발전소가 된 화능 석도만 고온가스랭각형 원자력발전소의 건설과 운영은 우리 나라가 4세대 원자력발전 기술 연구개발 및 응용 분야에서 국제 선두 수준에 도달했음을 의미한다.
고온가스랭각형 원자로의 실험용 원자로에서 상업용 원자로로의 발전 추진
20세기 80년대, 중국과학원 원사 왕대중의 주도하에 청화대학 관련 과학연구소에서는 선진적인 핵에너지기술 연구개발을 진행했다. 1986년, 국가 863계획은 고온가스랭각형 원자로를 우리 나라에서 발전시킬 선진 원자로 류형중 하나로 선정했다. 국가 863계획의 지원하에 청화대학은 선후로 구형 연료 부품, 구형 연료층의 류동특성 등 여러가지 핵심기술을 돌파했으며 2000년에는 10메가와트급 고온가스랭각형 실험용 원자로를 건설했다.
2003년 1월 29일, 고온가스랭각형 실험용 원자로는 72시간 련속 완전부하 운영에 성공했다. 같은 해, 중국핵공업그룹유한회사는 청화대학과 공동으로 중핵에너지과학기술유한회사(이하 ‘중핵에너지’)를 설립하여 고온가스랭각형 원자로 기술의 실험실에서 시장으로의 진출을 추진했다. 2006년, 고온가스랭각형 원자로는 국가과학기술 중대전문프로젝트에 포함되였고 2008년, 고온가스랭각형 원자로의 전반적인 실행방안이 국무원의 비준을 받았으며 청화대학 핵에너지 및 신에너지 기술연구원(이하 ‘청화핵연구원’으로 략칭함) 원장 장작의가 전문기술 총괄 책임자를 맡았다.
실험용 원자로에서 상용 원자로로 발전하는 과정에 팀은 수많은 어려움에 직면했다. 중대기술 전환주기가 길고 효과가 느리며 인재대오의 안정성을 유지하기 어렵고 과학연구적 사고와 공정 사고가 자주 ‘충돌’했다… 이러한 도전에 직면하여 중국핵공업그룹과 청화대학은 긴밀히 협력하여 ‘울타리 벽’을 허물고 응용기초연구에서 산업화까지의 ‘고속도로’를 개척해 산업사슬간, 단위간, 산학연 일체화 프로젝트팀을 구성했다.
련합난관돌파과정에 장작의는 팀을 이끌고 여러가지 혁신적인 성과를 달성했다. 중핵에너지 등 단위의 공정기술일군들은 건축구조, 수력, 전력, 난방, 3차원 설계 등 다양한 분야에서 자신의 전문적인 우위를 발휘하고 ‘어려운 문제를 풀어나가는’ 정신으로 기술을 소화하고 흡수했다. 량측은 련합설계기구를 설립해 설계와 시공의 높은 협동성을 실현했으며 이를 통해 끊임없이 적응하고 발전을 다그치며 산학연융합의 심도 있는 발전을 지속적으로 추진했다.
고온가스랭각형 원자로 핵발전소의 자주적 설계, 제조, 건설 및 운영 능력 형성
2012년 12월, 화능 석도만 고온가스랭각형 원자력발전소 시범프로젝트가 정식으로 착공되였으며 중국핵공업그룹, 청화대학, 중국화능그룹이 공동으로 연구개발팀을 구성해 연구, 개발, 건설을 진행했다. 청화대학은 기술 연구개발의 주체로서 연구개발, 전반적인 기술방안, 핵섬 주요 시스템과 주요 설비의 설계를 책임지고 중국핵공업그룹은 시범프로젝트 건설의 실시주체와 연료 부품 생산단위를 맡았으며 화능그룹은 시범프로젝트의 건설과 운영 주체를 담당했다.
고온가스랭각형 원자로 핵발전소 시범프로젝트 건설과정에서 처음으로 직면한 문제들이 많았다. 청화핵연구원은 처음으로 시범발전소 설계도를 설계했고 중핵에너지는 처음으로 공정의 일괄 수주를 맡았으며 화능그룹은 처음으로 핵발전소 운영을 맡았다…이러한 도전에 직면해 관련 단체들은 긴밀히 협력하여 연구설계와 가공제조를 심도깊게 통합함으로써 일련의 기술난제를 돌파했다.
고온가스랭각형 원자로의 관건적 설비인 증기발생기는 세계에서 처음으로 고안해낸 설계로서 참고할 만한 제조와 조립 공법이 없다. 련합난관돌파팀은 제조업체와 함께 7개월간 설계공예을 보완하고 단련제조기술을 련마해 최종적으로 설계규범에 부합되는 1,330개의 수출련결관을 성공적으로 제조함으로써 증기발생기 제조의 관건적인 경로를 뚫었다.
련합난관돌파팀은 쌍기계 회전의 공예를 혁신해 업계에서 가장 크고 가장 무거운 원자로 압력용기의 조립을 완성했으며 세리믹원자로 내부 부재의 정확한 설치의 난제와 연료하역시스템의 복잡한 관로설치 등 기술을 공략해 시범프로젝트의 모듈화 건설시공을 고품질로 완수했다. 련합난관돌파팀은 고온가스랭각형 원자로 특유의 성능시험 및 운행 기술을 연구개발해 대형 이중 모듈화 원자로 회로강도 밀봉 및 가열 기술, 저출력 밀도 특징의 원자로 고유 안전성능검증기술 등 6대 관건적 핵심기술을 장악했다. “중대프로젝트 임무와 목표를 달성하기 위해 련합난관돌파팀은 총 89개의 중대전문과제를 맡아 수천개의 기술난관돌파를 완성했다.” 화능산동석도만 원자력유한회사 총경리 상중희가 말했다.
“시범프로젝트 건설을 통해 우리 나라는 고온가스랭각형 원자력발전소의 자주적인 설계, 제조, 건설 및 운영 능력을 구축했으며 세계 선진수준에 이르렀다.” 중국핵에너지 부총경리, 총공정사 석기가 말했다.
고온가스랭각형 원자로는 안전계수가 높고 로심온도가 높은 장점이 있어 여러 분야에서 넓은 응용전망을 가지고 있다
우리 나라의 완전한 자주적 지적재산권을 가진 선진원자력시스템으로서 고온가스랭각형 원자로는 안전계수가 높고 로심온도가 높은 장점이 있어 여러 분야에서 광범위한 응용전망을 가지고 있다.
고온가스랭각형 원자로는 고유의 안전성을 갖추고 있다. 청화대학 핵연구원 부원장 동옥걸의 소개에 따르면 고온가스랭각형 원자로는 고온에 강한 구형 연료부품을 사용하고 있으며 원자로는 자체 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라 여열이 자연적으로 발산되는 기제도 가지고 있다. 설계리념에 있어서 ‘블록을 쌓는’ 모듈식 설계를 채택했는데 각 소형 모듈의 열출력은 대형 가압수로형 원자력발전소의 10분의 1에 달한다.
“원자로가 정지된 후에 발생하는 여열이 상대적으로 낮은 수준에 있다는 것은 인위적으로 개입하지 않아도 원자로가 자동으로 정지되여 여열을 안전하게 발산함으로써 로심의 과열로 용융이 파괴되지 않도록 할 수 있다는 것을 의미한다.” 동옥걸이 말했다.
“고온가스랭각형 원자로는 발전효률이 높기 때문에 전통적인 증기순환방식을 사용하더라도 발전효률이 40% 이상에 달한다.” 석기는 다음과 같이 례를 들었다. 고온가스랭각형 원자로 일차 회로 랭각제 헬리움가스 출구온도는 섭씨 750도에 달해 섭씨 541도의 과열증기를 생산할 수 있기 때문에 석유화학업계의 주요증기수요를 충족시킬수 있다. 또한 고온가스랭각형 원자로는 석유정제와 석탄화학공업, 중유열채취 등 분야에서 요구되는 고품질증기를 산생할 수 있으며 대규모, 공업화로 록색수소를 제조하는 등에도 적용된다.
석도만 고온가스랭각형 원자력발전소 시범프로젝트가 준공되여 상업운영에 투입됨에 따라 우리 나라 고온가스랭각형 원자로 산업사슬이 초보적으로 형성되여 이 기술을 소량으로 보급하는 데 조건을 마련했다. 석기는 다음과 같이 소개했다. 시범프로젝트의 주요공예, 주요설비, 고유 안전설계, 공정 검증 및 실천 등 방면의 경험을 충분히 흡수하고 리용한 데 기초해 60만킬로와트의 고온가스랭각형 원자로 기술방안을 형성했고 초보적인 설계를 완성했으며 전면적으로 시공도설계단계로 넘어갔다.
