華龍一號全球首堆商運背后：安全之問(wèn)、創(chuàng )新之問(wèn)、未來(lái)之問(wèn)

2021年1月30日，福建福清。

在這里，全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組投入商業(yè)運行。

這一天，距離2015年5月7日“華龍一號”全球首堆正式開(kāi)工建設已經(jīng)過(guò)去了2000多個(gè)日夜。

6萬(wàn)多臺（套）設備、165公里管道、2200公里電纜，上千人的研發(fā)設計團隊、5300多家設備供貨廠(chǎng)家、近20萬(wàn)人先后參與項目建設……這是一座創(chuàng )造性的超級工程，更是一張閃光的國家名片。

1月30日拍攝的“華龍一號”核電機組福建福清核電5號機組。

安全之問(wèn)

“華龍一號”是我國具有完全自主知識產(chǎn)權的三代核電技術(shù)，是當前世界核電市場(chǎng)上接受度最高的三代核電機型之一。“華龍一號”設計壽命60年，反應堆采用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個(gè)月，創(chuàng )新采用“能動(dòng)和非能動(dòng)”相結合安全系統及雙層安全殼等技術(shù)，在安全性上滿(mǎn)足國際最高安全標準要求。

對核工業(yè)來(lái)說(shuō)，安全走到哪一步，科學(xué)才能走到哪一步。安不安全，是核電站建設運營(yíng)單位和公眾最為關(guān)注的問(wèn)題。“華龍一號”自然也不例外。

“‘華龍一號’嚴格執行了國家安全標準。”中核集團黨組書(shū)記、董事長(cháng)余劍鋒說(shuō)，我國現行安全標準是國際上最嚴、最高、最先進(jìn)的標準。

可抗震、抗大飛機撞擊的“華龍一號”，安全性靠什么實(shí)現？

中國工程院院士葉奇蓁在接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，三代核電技術(shù)相比二代核電技術(shù)更安全，從故障的概率上低了一個(gè)量級。“華龍一號”達到了國際上關(guān)于三代核電安全的指標。

葉奇蓁指出，“華龍一號”采用177堆芯設計，將堆芯燃料組件數量從157組增加到177組。這不僅僅只是單純的燃料組件數量的提高，在增加發(fā)電能力的同時(shí)又提高了運行的安全裕量。

“華龍一號”采取了“能動(dòng)+非能動(dòng)”的雙重安全系統。

所謂“能動(dòng)”，即靠電來(lái)驅動(dòng)安全系統，保障核電站運行。如果在極端情況下，核電站斷電了，這時(shí)“非能動(dòng)”就能派上用場(chǎng)。

他說(shuō)，“非能動(dòng)”就要靠自然力量來(lái)驅動(dòng)安全系統。比如發(fā)生火災時(shí)，樓上有一盆水在自然的重力作用下澆下來(lái)，就能在沒(méi)有能源的情況下起到安全保障。

“華龍一號”可以依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來(lái)驅動(dòng)安全系統，通過(guò)蒸發(fā)、冷凝、對流、自然循環(huán)等自然過(guò)程來(lái)帶走熱量。

能動(dòng)和非能動(dòng)兩者融合，既有“能動(dòng)”的成熟穩定，也有“非能動(dòng)”在喪失電源情況下的獨特優(yōu)勢。

此外，“華龍一號”還采用了雙層安全殼的設計，外層可抵御大飛機的撞擊，內層可做到即使堆芯出現問(wèn)題，放射性物質(zhì)也不會(huì )出來(lái)。

如果“華龍一號”遇到福島核事故那樣的極端情況，會(huì )怎么樣？

余劍鋒說(shuō)，“華龍一號”充分吸取了切爾諾貝利、日本福島核事故等的經(jīng)驗教訓，即使遇到福島核事故那樣的極端自然災害，地震和海嘯疊加發(fā)生，“華龍一號”機組也能保證安全，而且還能快速恢復運行，不會(huì )發(fā)生福島核事故那樣的情況。

創(chuàng )新之問(wèn)

國內專(zhuān)利716件、國際專(zhuān)利65件、海外商標200余件、軟件著(zhù)作權125項、核心科研報告1500余篇以及海量的科技創(chuàng )新論文……“華龍一號”形成了國內首個(gè)完整的核電自主知識產(chǎn)權體系。

同時(shí)，“華龍一號”首堆所有核心設備均已實(shí)現國產(chǎn)，所有設備國產(chǎn)化率達88%。

“我國核電發(fā)展的一個(gè)靈魂性思想，就是堅定不移走自主創(chuàng )新的道路。”余劍鋒說(shuō)，“對于關(guān)鍵核心技術(shù)，我們都一件件進(jìn)行了突破，沒(méi)有‘卡脖子’的問(wèn)題。”

要經(jīng)歷什么樣的困難和挑戰，才能換回如此充滿(mǎn)底氣的答案？

說(shuō)起自主創(chuàng )新，中核集團“華龍一號”總設計師邢繼總有說(shuō)不完的話(huà)。

他仍然記得，1990年在大亞灣核電站現場(chǎng)工作時(shí)，核電建設所需要的原材料甚至混凝土都是從國外進(jìn)口的。

“研發(fā)完全具有自主知識產(chǎn)權的一個(gè)型號，是我們中國核電人的夢(mèng)想。”邢繼堅定地說(shuō)。

每一項核心技術(shù)都是一座需要攻克的山頭。

大的不說(shuō)，就連一個(gè)閥門(mén)都可能成為“攔路虎”。

閥門(mén)，是電站所有的核級設備里數量最多的，“華龍一號”用到的閥門(mén)高達1.8萬(wàn)臺。這些閥門(mén)，小到可以揣進(jìn)兜里，大到需要用卡車(chē)來(lái)拉。

閥門(mén)雖然看起來(lái)不起眼，但對實(shí)現核電站復雜的系統功能作用卻不小。以往核電站建設中，國外閥門(mén)有成熟的運用經(jīng)驗，重要閥門(mén)均為國外采購。

“華龍一號”全球首堆是“三新”工程，新技術(shù)、新設備、新材料，閥門(mén)設計要求上都發(fā)生了變化?，F有國外成熟的閥門(mén)無(wú)法滿(mǎn)足新系統工況，這要求在短時(shí)間內設計制造出能完全符合“華龍一號”性能要求的閥門(mén)。

一次次試驗、一項項對比……研發(fā)設計單位聯(lián)合國內閥門(mén)供貨商開(kāi)展了多項橫向科研，實(shí)現了所有關(guān)鍵閥門(mén)的樣機研發(fā)、鑒定和產(chǎn)品供貨，打破高端閥門(mén)國外供貨商長(cháng)期壟斷的局面。

從主泵、壓力容器到蒸汽發(fā)生器，從閥門(mén)、電纜到控制柜，從抗震性能提升到抗大飛機撞擊設計，這樣的創(chuàng )新故事在“華龍一號”身上從不欠缺。

如今，“華龍一號”已形成一套完整的、自主的型號標準體系，涵蓋核電廠(chǎng)設計、設備、建設、調試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號”批量化建設和“走出去”。

未來(lái)之問(wèn)

一直以來(lái)，世界核電行業(yè)有一種“首堆必拖”的“魔咒”，“華龍一號”打破了它。

不同于核電機組重復性建設，每一項核電技術(shù)的首堆建設要進(jìn)行很多創(chuàng )新性研究和試驗工作。因此，首堆建設工期一般都會(huì )很長(cháng)。

余劍鋒說(shuō)，在全球三代核電首堆建設中，“華龍一號”能夠按計劃工期高質(zhì)量完成，在全球核電發(fā)展史上是首次。

每一道核級焊縫都要做全面檢查，誰(shuí)焊的、采用工藝、焊接過(guò)程等都要記錄下來(lái)，還要做嚴格的標準評定。

“華龍一號”這座百萬(wàn)千瓦級核電站有多少道焊縫？每一個(gè)焊縫都要進(jìn)行這樣的檢查。

5年多時(shí)間，近20萬(wàn)人先后參與了“華龍一號”項目的建設……建設者用自己的智慧，創(chuàng )造了核電建設史的奇跡。

然而，總設計師邢繼卻說(shuō)：“從‘華龍一號’落地的那一天起，我們就要否定‘華龍’。”

從2015年5月落地福清到2019年10月漳州核電建設，其間開(kāi)工建設的每臺“華龍一號”機組圖紙都不一樣。

“我們在建設‘華龍一號’第一臺機組時(shí)就不斷將經(jīng)驗反饋到后續項目中，這樣越往后開(kāi)工的機組在安全性和經(jīng)濟性上就能不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，指標也更優(yōu)。”邢繼說(shuō)。

2020年9月，國家核準了采用“華龍一號”三代核電技術(shù)的海南昌江核電二期工程和浙江三澳核電一期工程。目前，“華龍一號”在我國已經(jīng)開(kāi)始批量化建設。

“華龍一號”每臺機組每年發(fā)電近100億度，能夠滿(mǎn)足中等發(fā)達國家100萬(wàn)人口的年度生產(chǎn)和生活用電需求，相當于每年減少標準煤消耗312萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放816萬(wàn)噸。

在葉奇蓁院士看來(lái)，我國提出要做好碳達峰、碳中和工作，能源轉型勢在必行。核電是低碳能源，應該跟風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等結合起來(lái)，為碳減排作出貢獻。

余劍鋒表示，核工業(yè)的發(fā)展不僅要解決能源問(wèn)題，未來(lái)也會(huì )為醫療、農業(yè)、制造業(yè)等帶來(lái)一些革命性的變化。核能，未來(lái)有更大可能！