中国工业报记者 郭宇

最近，国内首套 10MWt 氦气轮机发电系统圆满完成热态全系统发电试验，由中科院上海高研院牵头，在中国核电工程有限公司全尺寸综合测试平台交出亮眼答卷，实现我国氦气轮机发电领域“零的突破”，标志第四代核能热功转换技术，正式从实验室走向工程应用的关键阶段。

很多人熟悉普通燃气轮机：吸进空气、燃烧油料，做完功废气直接排向外界，属于开式布雷顿循环。而这套氦气轮机玩的是完全不一样的玩法——闭式布雷顿循环。氦气作为循环工质，全程封闭在管道内部反复流转，不会排出去。整套流程简单理解就是：压气机把氦气加压，高温热源把氦气烧到高温，高温高压氦气冲击透平叶轮旋转发电；做完功后的氦气，经过回热器、冷却器降温，再回到压气机，周而复始循环。氦气化学性质稳定、导热强，这套装备集齐高效率、高安全、高功率密度多重优点，被公认为高温气冷堆的“黄金搭档”。

这项成果来之不易。十余年间，上海高研院依托中科院钍基熔盐堆先导专项、洁净能源先导专项持续攻关，啃下一堆硬核难题：氦气这种小分子气体，气动设计难度很大，还有高温换热、结构安全、整套系统控制、整机集成等一系列卡脖子问题。科研团队没有闭门造车，联合上海电气、中国核电工程有限公司搭建产学研协同体系，2021年共建四代反应堆先进热电转换装置联合实验室，联合攻坚共性技术。本次热态发电试验，正是联合实验室交出的重磅阶段性成果，验证整套设计工程可靠性，也为可移动小型核电装置铺平道路，助力我国清洁能源装备自主创新与核电技术迭代升级。

放眼全球，氦闭式布雷顿循环早已是各国紧盯的前沿赛道，但真正走完整机热态发电试验的并不多。美、欧、日很早就布局高温气冷堆配套氦气轮机，美国EM2气冷快堆、日本HTTR高温试验堆，都把氦气布雷顿循环作为目标方案，但大多停留在部件试验与方案设计，完整整机工程验证推进缓慢。

有意思的是，这套技术不止扎根地面核电站，还是深空航天的热门备选方案。我们熟知的航天器大多靠太阳能板供电，但飞到火星、木星轨道，阳光微弱，太阳能就力不从心；传统同位素温差电源功率很小，只够小型探测器使用。而闭式布雷顿循环，可以搭配空间核反应堆，实现百千瓦乃至兆瓦级大功率供电，是载人深空探测、月球火星基地的理想电源路线。

早在上世纪六七十年代，NASA就已经开展太空版布雷顿循环装置测试，后续的相关项目，专门瞄准深空核电推进，计划采用氦‑氙混合工质闭式布雷顿循环；俄罗斯也规划过兆瓦级核动力航天器，同样选用这套热功转换路线。太空版本会微调，不再用纯氦，而是氦氙混合气，优化叶轮机械尺寸重量，适配航天器轻量化要求，依靠辐射板向宇宙虚空散掉废热，不需要空气散热。

地面上给高温气冷堆发电的氦气轮机，和太空核电源，底层热力循环是同源技术。国内这次10MWt系统试验跑通，不光夯实第四代核电的基础，叶轮、回热器、系统控制这些工程经验，也会反哺未来空间核动力的技术储备。未来，不管是地面移动式核电，还是遥远深空，这套“闭环转圈”的氦气轮机，都拥有广阔想象空间。