5月8日，東海之濱，“走進(jìn)新國企”中核集團“向新向綠向未來(lái)·華龍十年”融媒體開(kāi)放活動(dòng)在福建省福清市舉行。晨光中的海岸線(xiàn)上，六座銀灰色鋼鐵巨人巍然矗立，構成了一道獨特的工業(yè)風(fēng)景線(xiàn)。其中，5、6號機組——華龍一號全球首堆示范工程格外醒目：安全殼上方戴著(zhù)水泥“頭箍”，塊頭比其他機組大上一圈。這是外觀(guān)上的差異，更是我國自主三代核電技術(shù)的鮮明標志。
2015年5月7日，華龍一號全球首堆示范工程——福清核電5號機組正式開(kāi)工建設，標志著(zhù)我國具有完全自主知識產(chǎn)權的三代壓水堆核電技術(shù)實(shí)現了從0到1的突破。
十年磨一劍，目前華龍一號國內外在運在建機組總數達41臺，是全球在運在建機組總數最多的三代核電技術(shù)，成為中國核電走向世界的“國家名片”。
回首來(lái)時(shí)路，讓人不禁好奇：這條“核動(dòng)力巨龍”是如何誕生，并持續生長(cháng)壯大的？
仔細觀(guān)察這條“核動(dòng)力巨龍”，它身上的心臟、主動(dòng)脈、肺以及骨骼、血管、神經(jīng)都有著(zhù)濃濃的“四川印記”。其中，“心臟”堆芯尤為核心，由燃料組建、支撐結構等構成，負責通過(guò)核裂變反應產(chǎn)生熱能，提供源源不斷的能量。
“華龍一號獨創(chuàng )性地采用由我們自主研發(fā)設計的‘177堆芯布置’。”來(lái)自成都的中國核動(dòng)力研究設計院華龍一號副總設計師劉昌文說(shuō)。
何為“177堆芯布置”？這正是華龍一號的技術(shù)起源。
1996年，核動(dòng)力院老院長(cháng)張森如召集了10多位年輕的技術(shù)骨干從成都回到了中國第一代核潛艇研發(fā)基地——909基地，對中國自主的百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)開(kāi)展封閉式研討。
彼時(shí)，我國的秦山二期核電站功率僅為65萬(wàn)千瓦，放眼國際，百萬(wàn)千瓦核電機組將成為主流。百萬(wàn)千瓦級，意味著(zhù)從堆芯布置開(kāi)始就要“從頭來(lái)過(guò)”，難度可不小。
所謂堆芯布置，?是指在核反應堆中，將不同富集度的燃料元件、可燃毒物和控制棒布置在不同位置，從而優(yōu)化反應堆的安全性和經(jīng)濟性。比如，法國的百萬(wàn)千瓦核電機組就裝填了157組燃料組件，稱(chēng)為“157堆芯”。
“不想被淘汰，就得向這個(gè)目標發(fā)起挑戰。”劉昌文說(shuō)，這次討論決定了中國核電自主化的技術(shù)方向，為華龍一號埋下了希望的“種子”。
那么，堆芯布置到底應該放多少組燃料，177、193、還是241？
經(jīng)過(guò)一系列“頭腦風(fēng)暴”，討論、計算、驗證……核動(dòng)力院最終確定了“177堆芯”設計、更大尺寸的壓力容器等重要技術(shù)參數，形成了CNP1000技術(shù)方案，也就是華龍一號的雛形。
具體來(lái)說(shuō)，就是在國外通用的157根燃料組件的基礎上，每個(gè)象限增加5根燃料組件，形成“177堆芯”的創(chuàng )新設計。這一創(chuàng )新使得堆芯換料周期由通常的12個(gè)月延長(cháng)至18個(gè)月，將核電廠(chǎng)可利用率提高至90%以上，同時(shí)降低了單個(gè)組件的發(fā)熱功率，也就更安全。
1999年，中核集團組織召開(kāi)“100萬(wàn)千瓦級核電機組概念設計專(zhuān)家論證會(huì )”，正式把CNP1000方案推向全國。
華龍一號全球首堆示范工程。華龍一號全球首堆示范工程。
華龍一號示范工程開(kāi)建，全球首堆發(fā)出第一度電
2009年，距離“177堆芯”最早提出已有10多年時(shí)間，全球核電技術(shù)有了許多進(jìn)展，在吸收這些新技術(shù)的基礎上，CNP1000變更為CP1000。
然而，對自主核電的發(fā)展而言，CP1000的攻關(guān)極為迫切，團隊壓力很大。時(shí)任核動(dòng)力院副院長(cháng)吳琳與科研人員奮戰在一線(xiàn)，僅用一年就通過(guò)了國內42名核電領(lǐng)域頂級專(zhuān)家評審，國家核安全局同意給CP1000批準建設項目，并以福清核電5、6號機組為依托項目。
2011年3月8日，吳琳從成都趕到福清為項目開(kāi)建做準備。然而三天后，日本福島事故發(fā)生，代表中國自主核電發(fā)展最高水平的CP1000項目，被打上了“不再開(kāi)工”的標簽。
經(jīng)過(guò)一年多的焦灼等待和辛苦奔走，中核集團啟動(dòng)核電技術(shù)重點(diǎn)科技專(zhuān)項，重新布局核電技術(shù)研發(fā)、開(kāi)展頂層設計。又經(jīng)過(guò)兩個(gè)月論證，核動(dòng)力院最終確定了以ACP1000作為新的型號。它在CP1000的基礎上，增加了最先進(jìn)、要求最嚴苛的多項安全措施，這就是今天的華龍一號。
為達到全球最高安全要求，核動(dòng)力院開(kāi)創(chuàng )性地提出了“能動(dòng)與非能動(dòng)相結合”的安全設計理念。
“也就是在正常供電情況下，是能動(dòng)的，設備會(huì )按照設置功能去執行相關(guān)操作。”核動(dòng)力院華龍一號項目副總師張曉華解釋?zhuān)斎珡S(chǎng)斷電的時(shí)候，系統就靠自然循環(huán)的力量來(lái)為堆芯降溫，這就是非能動(dòng)。
當時(shí)，國內關(guān)于非能動(dòng)系統的設計完全沒(méi)有參考，國外又嚴防死守，進(jìn)行技術(shù)封鎖。
張曉華說(shuō)，團隊在兩年時(shí)間內獨立摸索，成功研發(fā)出了以非能動(dòng)二次側余熱排除系統、非能動(dòng)安全殼熱量導出系統和能動(dòng)與非能動(dòng)相結合的堆腔注水冷卻系統為代表的非能動(dòng)安全系統。
2020年11月27日凌晨，華龍一號全球首堆發(fā)出第一度電，這是中國核電邁出“由大到強”的重要一步。從此，中國核電可以挺直腰桿“走出去”。
華龍一號批量化工程開(kāi)啟，今年首臺機組投入商運
今年1月1日0時(shí)17分，同樣在東海之畔，中核集團福建漳州核電項目1號機組正式投入商業(yè)運行。這一次，華龍一號有了全新的名字——華龍一號批量化工程。
據介紹，在華龍一號投入建設后，中核集團對其技術(shù)進(jìn)行了一次大融合、大升級。業(yè)內人士說(shuō)，這有利于中國核電技術(shù)更好地走出去。
“核電始終是一個(gè)以市場(chǎng)需求為導向的產(chǎn)品。”核動(dòng)力院華龍一號批量化項目總設計師崔懷明說(shuō)，更名并批量化建設，既保證了產(chǎn)品的頂層一致性，有利于攜手走出去，又能展開(kāi)良性競爭，促進(jìn)大家的積極性。“相較于華龍一號示范工程，批量化工程進(jìn)一步開(kāi)展了設計優(yōu)化和改進(jìn)，包括反應堆功率提升、燃料管理策略改進(jìn)等重要方面。”
2018年，核動(dòng)力院的華龍一號批量化設計方案全面完成，并于2019年開(kāi)工建設。“我們的對手，將來(lái)自全世界。”盡管世界范圍內的核電競爭愈發(fā)激烈，崔懷明對華龍一號批量化工程充滿(mǎn)信心，經(jīng)濟性、安全性的提升，都是“走出去”的絕對優(yōu)勢。
比如，批量化工程反應堆功率提升了4.4%。崔懷明說(shuō)，不要小看這個(gè)數字，一臺華龍一號機組每天的上網(wǎng)電價(jià)收入接近1000萬(wàn)元。“也就是說(shuō)，這個(gè)看似小小的提升，能讓每臺機組每天增加40余萬(wàn)元的收入。”
此外，華龍一號示范工程福清5、6號機組的首循環(huán)長(cháng)度（即首次換料周期）只有336天。為了提升經(jīng)濟性，華龍一號批量化工程首臺機組漳州1號將首循環(huán)長(cháng)度延長(cháng)到442天，運維成本降低，機組整體效率也得到提高。
當前，核動(dòng)力院正在加快研發(fā)華龍一號后續機型，接下來(lái)，華龍一號批量化團隊將在保證安全性的前提下，進(jìn)一步用創(chuàng )新技術(shù)提高發(fā)電的經(jīng)濟性。“預計到2030年核電發(fā)電量有望達到總發(fā)電量的10%，與光伏、風(fēng)能等清潔能源一起，構建起較為理想的能源結構。”崔懷明說(shuō)。
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