今年全國多地出現嚴重的霧霾天氣，根本原因是區域范圍內污染排放總量大大超過了大氣自然的凈化能力。近十年來我國煤炭消耗大幅度增長，2000年還只有15.2億噸，可是2011年已經增長到34.8億噸。已接近世界其他所有國家消耗量的總和，也就是說，世界一半的煤炭污染物集中在我國人口密集地區，這正是造成環境災害的主要原因。立即減少污染源，削減大氣污染物才是解決霧霾的根本之道。

煤炭消費的大戶是發電，雖然我國人均消耗的電力水平不高，與發達國家相比還有很大差距，電力工業還處于旺盛的發展階段，但以煤為主的能源結構遇到了空前的挑戰。不僅如此，目前有些污染治理措施，還需要更多地依靠電力，譬如，北方冬季采暖能否“煤改電”，汽車能否增加“電驅動”，作為現代工業基礎的電力工業，向清潔能源轉變應該是科技攻關任務的重中之重。

在現有降低煤炭消費措施中又存在許多瓶頸，限制了發展速度。例如，采用燃氣蒸汽聯合循環是目前世界電力工業發展的一個趨勢，它能高效率的利用燃料，是一種清潔能源，有利于保護環境。不過我國天然氣資源有限，雖然可以進口，但燃料價格和發電成本很高，限制了它的大規模發展。核能是減少溫室氣體排放和治理環境污染的清潔能源，但由于發生事故的后果嚴重，新一代高安全性的反應堆研制進展緩慢，也不能有力地支持電力工業的發展。風電作為一種可再生能源，裝機容量發展很快，由于受到電網調峰能力的限制，有時還要“棄風”，不能充分發揮作用。

針對這些能源技術上的優勢以及存在的限制因素，本文在現有成熟技術基礎上，提出一種對清潔能源揚長避短的組合利用技術方案，簡稱“雙燃料清潔能源大型發電站”。

燃氣蒸汽聯合循環

大容量高效率的燃氣輪機及其聯合循環是世界電力工業發展的一個趨勢，它既能節省日趨緊張的能源資源，又有利于保護環境。燃氣輪機的優點是效率高、排污指標低、建設周期短、占地和用水量少、啟動靈活、自動化程度高等。

目前簡單循環燃氣輪機的功率已超過280MW，凈效率達到40%;聯合循環的單機功率超過390MW，凈效率達到60%，而較先進的超超臨界燃煤機組的熱效率僅僅為45%左右。因此，隨著天然氣資源的廣泛開發和應用，燃氣輪機及其聯合循環機組已成為世界上電力工業的主力機型。

我國主要因為天然氣資源條件和燃料價格偏高的限制，發展受到制約。過去一直把燃氣輪機定位為備用電源或調峰機組。近來隨著國家西氣東輸、東海油氣和進口液化天然氣等項目的進展，已經準備快速提升天然氣工業的開發速度。但是，面對數量龐大的燃煤機組的替換任務，燃氣蒸汽聯合循環發電的高成本也是難于逾越的障礙。

先進的核能技術：高溫氣冷堆

我國大型核電站建設已經取得重大進展，目前在役機組15臺，在建機組26臺。主要堆型是壓水堆，其中最先進的AP1000MW和EPR1700MW的第三代壓水堆，不久也將在我國建成投產。由于國際上發生核事故的影響，核電采取穩步有序和慎重的推進速度。而且國家核電發展規劃要求，新建核電機組必須符合三代安全標準，提高了準入門檻。

核電還是一項較新的工程技術，目前壓水堆向大型化高投資方向的發展空間已經受到限制，因此近來向小型化固有安全的方向提出了很多研究設計方案。國家規劃也要求，要用最先進的成熟技術，持續開展在役在建核電機組安全改造，不斷提升我國核電機組的安全性能。因此，如果能夠在自主研發和技術創新方面，獲得技術先進性和成熟性的實質性進展，我國就可能在核能利用上打開新局面。

高溫氣冷堆就是核電的先進技術，它的先進性表現在可以輸出800℃到1000℃的高溫熱能，模塊化設計獲得了第四代核電才具有的固有安全性，使它可以避免發生嚴重的堆芯熔化事故。但近來研究又發現一些影響安全運行的問題，這些問題必需排除，才能達到設計成熟水平。

高溫氣冷堆存在的問題高溫氣冷堆在幾十年研究中，一直存在兩種堆型，即柱狀燃料堆和球形燃料堆，兩種堆型各自存在本身特有的問題。簡單地說，柱狀燃料堆由于燃料塊體積大，加工制造和輻照考驗困難，在堆內的輻照變形出現間隙和振動問題也難以解決，目前還處于建造大型實驗堆的前期。不過它的模塊化設計性能，如單堆功率、輸出溫度和熱電轉換效率都好于球形燃料堆。

球形燃料堆近來的研究，發現了一些不容忽視的影響安全運行的問題。例如，在過去德國球床實驗堆AVR上，曾發現吸附裂變產物的石墨粉塵達50-60kg之多。如果當時發生氦氣泄漏事故，很可能造成放射性外泄，甚至發生高溫石墨粉遇到空氣爆燃或火災等事故。大量石墨粉不僅使反應堆退役遇到困難，而且現有安全殼設計也不能滿足安全要求。主要原因是運行過程中，所有燃料球都在不停的旋轉和移動，因此產生大量石墨粉。

另外，高溫下燃料球移動規律不可能在常溫實驗條件下獲得，高溫移動特性不十分清楚，很可能在某些邊角處有結晶化傾向，造成移動速度過慢，引發超燃耗限值，并產生不應有的放射性釋放。燃料球移動又導致軸向功率分布嚴重不均，使平均功率降低一倍以上。總之，吸取過去實驗堆教訓，不用燃料球不停滾動的設計，像大多數其它各類反應堆那樣定期換料，將不會出現球床堆的這些嚴重問題。

高溫氣冷堆的改進南非在大量資金支持下，在德國技術基礎上完成了球床高溫氣冷堆(PBMR)電功率165MW的工程設計，并與美國、法國等公司合作準備投入建造，可是在上述問題面前，于2年前停止了該項工程。但是，在挑戰面前存在機遇，上述球形燃料堆存在的問題在柱狀燃料堆上，并不存在。而柱狀堆的問題，在球床堆上也不存在。利用兩種實驗堆經驗，去劣存優就出現了一種基于兩類堆型而高于兩類堆型的高溫氣冷堆成熟技術，即規則床模塊式高溫氣冷堆。

規則床模塊式高溫氣冷堆的燃料是球形元件，堆積到堆芯就形成“結晶式”的固定結構，同柱狀堆一樣成為規則的堆芯外形，實現定期換料。運行中燃料球沒有移動，就排除了球