興化灣畔，岐尾山前。“華龍一號(hào)”國(guó)內(nèi)示范工程第二臺(tái)機(jī)組——中核集團(tuán)福清核電6號(hào)機(jī)組日前正式投入商業(yè)運(yùn)行。不久后，在卡拉奇，巴基斯坦最大的城市，“華龍一號(hào)”全球第四臺(tái)、海外第二臺(tái)機(jī)組也投入商業(yè)運(yùn)行。

捷報(bào)頻傳，標(biāo)志著我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電技術(shù)——“華龍一號(hào)”海內(nèi)外示范工程四臺(tái)機(jī)組全面建成。這是我國(guó)核電建設(shè)歷程中的又一重大里程碑。

從無(wú)到有，從小到大，從一根電纜、一顆螺絲釘都需要進(jìn)口，到形成高水平工業(yè)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，躋身世界第一方陣，再到走出國(guó)門(mén)、驚艷世界……數(shù)十年間，中國(guó)核電實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，“華龍一號(hào)”已經(jīng)成為名副其實(shí)的國(guó)家名片。

那么，如何將核能轉(zhuǎn)化為電能?“華龍一號(hào)”有何技術(shù)創(chuàng)新，又是如何確保核安全的?“華龍一號(hào)”批量化建設(shè)進(jìn)展如何?記者近日采訪了中核集團(tuán)中國(guó)核能電力股份有限公司及其下屬單位相關(guān)負(fù)責(zé)同志，讓我們一起來(lái)探究中國(guó)核電走向世界的智慧密碼。

700多項(xiàng)專(zhuān)利授權(quán)、120多個(gè)軟件著作權(quán)

一個(gè)機(jī)組可滿足一個(gè)中型城市的用電需求

5月25日晚，福建福州。雨中的上下杭河畔，斑斕燈光與古樹(shù)古橋古厝相伴，如同一幅夢(mèng)幻的山河畫(huà)卷。

這里的五彩斑斕，就有核電的功勞。

核電，作為一種清潔低碳能源，在世界能源供給中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

在距離上下杭河畔近百公里之外的福建福清，“華龍一號(hào)”全球首堆示范工程所在地——中核集團(tuán)中國(guó)核電旗下福清核電6臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組并排而立，總裝機(jī)容量達(dá)667.8萬(wàn)千瓦，年發(fā)電能力超500億千瓦時(shí)。

數(shù)據(jù)顯示，6臺(tái)機(jī)組目前累計(jì)安全發(fā)電2000億度，相當(dāng)于累計(jì)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤消耗6240萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放1.6億噸，減少二氧化硫排放50萬(wàn)噸，植樹(shù)造林約14億棵。

記者了解到，福清核電1至4號(hào)機(jī)組采用二代改進(jìn)型成熟核電技術(shù)，兩兩成組，在2014至2017年間先后投運(yùn)。5號(hào)、6號(hào)機(jī)組單堆布置，采用中國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電技術(shù)，構(gòu)成了“華龍一號(hào)”國(guó)內(nèi)示范工程。

“自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主運(yùn)行、自主管理。5號(hào)機(jī)組去年1月30日投入商運(yùn)，并于今年年初順利完成首次換料大修，6號(hào)機(jī)組如今也已順利投入商運(yùn)兩個(gè)月。”福清核電有限公司副總經(jīng)理徐金龍告訴記者，兩臺(tái)“華龍一號(hào)”機(jī)組年發(fā)電量近200億度，一個(gè)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后，就能夠滿足一個(gè)中型城市的用電需求。

龔智明，福清核電調(diào)試管理/生產(chǎn)準(zhǔn)備處處長(zhǎng)，見(jiàn)證了“華龍一號(hào)”國(guó)內(nèi)示范工程的每一次瞬態(tài)試驗(yàn)、每一次集中消缺、每一次汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)……“這是我一輩子最大的幸事。”談及此，龔智明難掩激動(dòng)。

他永遠(yuǎn)也忘不了七年前的那一天。2015年5月7日，“華龍一號(hào)”全球首堆——福清核電5號(hào)機(jī)組正式開(kāi)工建設(shè)。

這一天，也令我國(guó)幾代核電人刻骨銘心。福清核電5號(hào)機(jī)組是我國(guó)自主建造的第一座三代核電技術(shù)反應(yīng)堆，多項(xiàng)技術(shù)打破了國(guó)外壟斷。

“自主”兩個(gè)字，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，背后卻是幾代核電人的艱辛付出。

中國(guó)核電起步晚，當(dāng)時(shí)國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家的核電站建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始了近30年。1985年開(kāi)工、1991年建成投用的秦山核電站一期30萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組，改寫(xiě)了中國(guó)大陸無(wú)核電的歷史。20世紀(jì)90年代初，中國(guó)引進(jìn)法國(guó)技術(shù)在廣東大亞灣開(kāi)建第一個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站，那時(shí)候，連水泥、鋼筋等基礎(chǔ)材料都需要進(jìn)口……

關(guān)鍵核心技術(shù)買(mǎi)不來(lái)、換不來(lái)。在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，我國(guó)啟動(dòng)了百萬(wàn)千瓦級(jí)核電技術(shù)的自主研發(fā)工作。從基本概念形成，到一系列重大設(shè)計(jì)和核心技術(shù)的研發(fā)、試驗(yàn)、驗(yàn)證和攻克，再到工程方案的優(yōu)化和完善……“華龍一號(hào)”技術(shù)研發(fā)走過(guò)了近20年。可以說(shuō)，“華龍一號(hào)”承載著我國(guó)幾代核電人的自主創(chuàng)新理想，也折射出中國(guó)核電堅(jiān)持自主創(chuàng)新的發(fā)展歷程。

如今，“華龍一號(hào)”已經(jīng)成功建立了2044項(xiàng)國(guó)內(nèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組成的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，獲得了700多項(xiàng)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利、65項(xiàng)國(guó)際專(zhuān)利授權(quán)和120多個(gè)軟件著作權(quán)，覆蓋了設(shè)計(jì)技術(shù)、專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件、燃料技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)等諸多領(lǐng)域。

據(jù)中核集團(tuán)黨組書(shū)記、董事長(zhǎng)余劍鋒介紹，“華龍一號(hào)”共有設(shè)備7萬(wàn)余臺(tái)套，反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內(nèi)構(gòu)件、非能動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備等核心裝備已實(shí)現(xiàn)自主化、國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)首堆工程設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到88%。“華龍一號(hào)”成為中國(guó)創(chuàng)造走向世界的新名片。

177堆芯、雙層安全殼、能動(dòng)+非能動(dòng)系統(tǒng)

多重屏障守護(hù)核安全

“一回路正常”“二回路正常”“三回路正常”“當(dāng)前處于滿功率運(yùn)行”……5月20日23時(shí)30分，福清核電6號(hào)機(jī)組主控室內(nèi)，運(yùn)行三處一值交接上崗，值班人員對(duì)機(jī)組各設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了仔細(xì)檢查。

作為這一班的值長(zhǎng)，王瑋公布了當(dāng)班作業(yè)任務(wù)，并再次強(qiáng)調(diào)了作業(yè)安全。這已然成為他的職業(yè)習(xí)慣。

今年36歲的王瑋已經(jīng)入行14年，從操縱員到高級(jí)操縱員，再到值長(zhǎng)，“安全第一”的理念在他心中已經(jīng)根深蒂固。

“這是作為核電人最基本的職業(yè)操守。”王瑋告訴記者，主控室相當(dāng)于核電站的“大腦”，連接著廠房的各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)，機(jī)組運(yùn)行的各個(gè)操作指令都從這里發(fā)出，各項(xiàng)數(shù)據(jù)也在這里匯集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)的集中實(shí)時(shí)監(jiān)控。“任何人為操作失誤，都可能危及核電站的安全運(yùn)行，所以要慎之又慎，安全安全再安全。”

如其所言，安全是核電發(fā)展的生命線，稍有差池便是“一失萬(wàn)無(wú)”。而提高安全性也是中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師邢繼自研發(fā)伊始就定下的首要目標(biāo)。

專(zhuān)家介紹，“華龍一號(hào)”的運(yùn)行原理就像“燒熱水”：反應(yīng)堆設(shè)有三個(gè)回路，一回路利用核裂變產(chǎn)生熱量;經(jīng)過(guò)熱傳遞，在二回路中將水汽化為水蒸氣，水蒸氣帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電;三回路則是利用海水帶走運(yùn)行期間的熱量，起到冷卻的作用，最終排入海中。

各個(gè)回路獨(dú)立運(yùn)行，放射性物質(zhì)被有效地控制在一回路中，三回路則輔助有幾千米長(zhǎng)的排水管道，在與周?chē)h(huán)境進(jìn)行充分熱交換后才會(huì)排入海中，不會(huì)對(duì)海洋生物造成明顯影響。

除了回路設(shè)計(jì)之外，堆芯技術(shù)、安全殼建造以及“能動(dòng)+非能動(dòng)”的設(shè)計(jì)理念等，無(wú)不體現(xiàn)著我國(guó)核電人出于安全考量的匠心獨(dú)運(yùn)。

堆芯，被視為核電站的心臟。與國(guó)際傳統(tǒng)的157堆芯不同，“華龍一號(hào)”擁有獨(dú)特的177堆芯。雖然數(shù)字只相差20，但177堆芯不僅可以使核電機(jī)組的發(fā)電功率提升5%至10%，同時(shí)也增強(qiáng)了核電站的安全性。

“我們自主設(shè)計(jì)的177堆芯比157堆芯的體積更大，就像一個(gè)電熱水壺一樣，底盤(pán)加熱面積增大了，燒同樣的一壺水，電熱絲的溫度就可以更低一些，這進(jìn)一步增加了堆芯的可控性。”中國(guó)核電有關(guān)專(zhuān)家介紹。

在此基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還增加了雙層安全殼、能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合等安全措施。

在連線時(shí)，徐金龍給記者展示了“華龍一號(hào)”機(jī)組的全貌。整個(gè)機(jī)組由核島和常規(guī)島構(gòu)成，核島包括反應(yīng)堆廠房、核燃料廠房等;常規(guī)島則包括汽輪發(fā)電機(jī)廠房和海水泵房等。其中，反應(yīng)堆廠房就像是一個(gè)大彈殼，采用了雙層安全殼技術(shù)。

“安全殼的用料和結(jié)構(gòu)都是現(xiàn)有核電技術(shù)里的最高級(jí)別，僅外層安全殼就設(shè)置了4層鋼筋防護(hù)層。”據(jù)有關(guān)研發(fā)人員介紹，這種雙層設(shè)計(jì)使得核島應(yīng)對(duì)外部沖擊的能力得到大幅提升，“可以抵御大型飛機(jī)的撞擊，還可以抵御17級(jí)臺(tái)風(fēng)、9度地震烈度。”

而“能動(dòng)+非能動(dòng)”安全系統(tǒng)則是“華龍一號(hào)”的招牌技術(shù)。據(jù)介紹，除常規(guī)主電源外，“華龍一號(hào)”還配有被稱(chēng)為核電站“速效救心丸”的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。當(dāng)主電源出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組將及時(shí)啟動(dòng)。假設(shè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)也發(fā)生故障不能發(fā)電，“華龍一號(hào)”還有一套不需要電力的非能動(dòng)安全系統(tǒng)作為備選方案。“一旦發(fā)生事故，72小時(shí)內(nèi)不需要外部干預(yù)，依靠自然循環(huán)、重力、化學(xué)反應(yīng)等非能動(dòng)手段便可將堆芯的熱量導(dǎo)出，保證機(jī)組安全，徹底杜絕福島核事故重演的可能性”。

多重安全屏障保護(hù)下，使得“華龍一號(hào)”在安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了國(guó)際三代核電用戶需求，被視為是目前“最安全的核電站”。

不斷突破、不斷創(chuàng)新、不斷完善

“華龍一號(hào)”技術(shù)在國(guó)內(nèi)外廣泛播種開(kāi)花

5月23日至27日，結(jié)束了一個(gè)多月大輪班的王瑋進(jìn)入固定的“充電”時(shí)間。

據(jù)了解，在這里，作為核電站的“安全衛(wèi)士”，每一位操縱員上崗都要經(jīng)過(guò)歷時(shí)超過(guò)兩年極其嚴(yán)苛的培訓(xùn)、考核與選拔，他們要對(duì)核電站的每一個(gè)系統(tǒng)，甚至是零部件都了然于胸。不僅如此，在一個(gè)大輪班之后，他們還要接受短期培訓(xùn)，進(jìn)一步鞏固提高專(zhuān)業(yè)技能，時(shí)刻保持與時(shí)俱進(jìn)。

業(yè)內(nèi)人士表示，“核電產(chǎn)業(yè)就像早晨七八點(diǎn)鐘的太陽(yáng)，還是旭日初升的樣子，技術(shù)也在不斷發(fā)展”。因此，無(wú)論是技術(shù)研發(fā)，還是項(xiàng)目建造，我國(guó)核電人仍在不斷突破、不斷創(chuàng)新、不斷完善。

福清南下300多公里，福建云霄刺仔尾濱海區(qū)域，“華龍一號(hào)”批量化建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)一派繁忙景象。根據(jù)規(guī)劃，這里將要建設(shè)8臺(tái)華龍技術(shù)機(jī)組。漳州核電1、2號(hào)機(jī)組分別于2019年、2020年開(kāi)工建設(shè)。

5月20日，隨著最后一道焊口焊接完成，漳州核電1號(hào)機(jī)組主管道的焊接工作順利完成，并經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)100%一次合格，較一級(jí)里程碑節(jié)點(diǎn)提前133天高質(zhì)量完成目標(biāo)。

高效施工背后的秘訣，就是不斷創(chuàng)新。據(jù)中核國(guó)電漳州能源有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)陳國(guó)才介紹，在總結(jié)“華龍一號(hào)”海內(nèi)外示范工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，他們持續(xù)創(chuàng)新優(yōu)化，推動(dòng)機(jī)組批量化、模塊化、智慧化建設(shè)。目前已改進(jìn)重大設(shè)計(jì)39項(xiàng)、優(yōu)化運(yùn)行106項(xiàng)。

實(shí)行模塊化建造。以不銹鋼水池模塊化先貼建造為例。作為核電站核島土建的關(guān)鍵部位，其進(jìn)展快慢對(duì)后續(xù)設(shè)備能否如期安裝、建造等影響很大。“‘華龍一號(hào)’核島不銹鋼水池覆面施工存在兩個(gè)難題，一是增加了非能動(dòng)堆腔注水箱、內(nèi)置換料水箱等，工程量大;二是以往施工通常是采取先建造混凝土結(jié)構(gòu)、再覆面施工的模式，建造周期長(zhǎng)。”中核國(guó)電漳州能源有限公司黨委副書(shū)記、總經(jīng)理宋豐偉告訴記者。

采用模塊化施工是將不銹鋼水池覆面在車(chē)間預(yù)制成單片子模塊，然后再在現(xiàn)場(chǎng)將子模塊拼裝成整體模塊后一次性吊裝就位。“對(duì)比傳統(tǒng)工藝，90%以上工序可在標(biāo)準(zhǔn)化車(chē)間、拼裝場(chǎng)地等完成，可與主體結(jié)構(gòu)施工同步開(kāi)展，同時(shí)引入系列配套自動(dòng)化裝備，不僅可以提高施工質(zhì)量，還大大縮短了建造周期。”宋豐偉說(shuō)。

不僅如此，漳州核電還實(shí)行主設(shè)備先行引入工法等，使得主管道、主泵泵殼、蒸汽發(fā)生器及壓力容器等主設(shè)備比常規(guī)計(jì)劃提前8個(gè)月開(kāi)始安裝。以“智慧華龍”大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)智慧工地系統(tǒng)、工程管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)等應(yīng)用，賦能華龍工程建設(shè)和電站運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程，助力華龍機(jī)組批量化建設(shè)和數(shù)字化運(yùn)營(yíng)。

如今，“華龍一號(hào)”技術(shù)在國(guó)內(nèi)外廣泛播種開(kāi)花。海南、廣東、浙江等地，多臺(tái)“華龍一號(hào)”機(jī)組已在建設(shè)中。積極響應(yīng)“一帶一路”倡議，中核集團(tuán)已與沿線20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立核電項(xiàng)目合作關(guān)系，推動(dòng)海外“華龍一號(hào)”項(xiàng)目落地。

就像“華龍一號(hào)”的名字一樣，“中華復(fù)興、巨龍騰飛”，我們期待中國(guó)核電實(shí)現(xiàn)更大跨越。