中國核電“雙龍齊飛”

 

華龍一號福建福清核電機組外景。　　中核集團供圖

 

 

華龍一號福清核電6號機組裝料水池。　　新華社發

 

 

位於海南昌江的玲龍一號建設工地。　　中核集團供圖

 

 

秦山核電站外景。　　中核集團供圖

 

從1970年開展“728工程”算起，中國核電事業發展經歷了半個多世紀。從30萬千瓦級的秦山核電站，到百萬千瓦級的華龍一號，再到小堆玲龍一號，折射出中國核工業的滄桑巨變。

 

日前，記者來到福建福清和海南昌江，探訪中國核電自力更生、自主創新的發展歷程。

 

秦山核電站——

 

從無到有、從小到大

 

從地圖上看，位於浙江海鹽的秦山像一顆“龍頭”，中國第一座自行設計、自行建造的核電站——秦山核電站就坐落在秦山山麓。

 

探尋中國首座核電站的源頭，要追溯到1970年，當時上海的企業有“開三停四”的説法，即開工三天，停業四天，原因無他：缺電。如何解決上海缺電問題？靠增加煤炭供應或引入西南地區的水電，既不經濟也不現實。針對上海因缺電導致工廠減産情況，1970年2月8日，上海按照中央領導指示精神，開始研究部署核電站建設工作，“728工程”由此起步。

 

同年8月30日，距上海千里之外的西南山坳深處傳來一陣歡呼，中國第一座核潛艇陸上模式堆在中國核動力研究設計院九〇九基地滿功率試驗成功！研製核潛艇的關鍵是動力來源——核動力反應堆，陸上模式堆即在建造核潛艇前在陸地上建造的1：1工程試驗反應堆，以驗證核動力裝置設計的可靠性與安全性。老一輩核動力專家對陸上模式堆有一個比喻——核潛艇就像一隻鴨子，真鴨子下水前，要做個一模一樣的“旱鴨子”，在陸地上充分撲騰後，再依此定型。陸上模式堆和後來的秦山核電站同為壓水堆，為後續核電站的建設提供了借鑒。

 

改革開放後，中國核電事業的發展步伐加快了。1982年12月，在五屆全國人大五次會議上，中國鄭重宣佈在浙江海鹽建設秦山核電站的決定。1985年3月，秦山核電站澆築了第一罐混凝土。1991年，被譽為“國之光榮”的中國大陸第一座核電站——秦山核電站成功並網發電，中國核電自此實現“零的突破”。

 

如果説秦山一期核電站是“從無到有”，那麼1986年開工建設的秦山二期核電站便是“從小到大”。 作為中國自主設計、自主建造、自主運營、自主管理的第一座國産化商用核電站，秦山二期1號機組裝機容量為65萬千瓦，約為秦山一期的2倍，于2002年成功並網發電。

 

時至今日，秦山一期雖已過“而立之年”，卻“老當益壯”。“如今秦山核電站和剛建成時相比，能力因子和年發電量都有了較大提升。”中核集團秦山核電安全分析處PSA應用科科長曹勇對本報記者介紹，“提升能力因子主要依靠提升燃料的富集度、減少更換燃料的週期和時長來完成。”啥是燃料的富集度？曹勇打了個比方，就像爐子裏燒的蜂窩煤，提高燃料的富集度，相當於增加“蜂窩煤”裏煤炭的含量，延長燃燒的時間。

 

“秦山核電原本的設計壽命是30年。”曹勇説，“通過更換汽輪機、電氣貫穿件等部件，可以延長核電站的壽命。”2021年，秦山核電站正式獲批延長服役至2041年，能夠再安全發電20年。

 

華龍一號——

 

中國的一張名片

 

就在秦山二期核電站建設如火如荼時，全球核電技術也在飛速發展，“第三代核電技術”的概念被提出。三代和二代相比，一是發電功率達百萬千瓦級，二是安全性有了顯著提高。

 

在福建福清，記者走進中核集團中國核工業科技館，迎面而來的是一座浮雕墻，展現中國核工業從引進到自主設計再到技術出口的蛻變。在展廳短短1小時的參觀，好像走過了中國第三代核電技術的漫長髮展之路。

 

將時鐘撥回到1996年。核動力院10多位年輕的技術人員回到九〇九基地，開展了一場“頭腦風暴”，主題為“我們自己的百萬千瓦級反應堆應該採用什麼樣的堆芯方案”。

 

“堆芯就像一個汽車的發動機。”華龍一號反應堆及一回路總設計師劉昌文對本報記者説，“就壓水堆來説，堆芯佈置決定了一個機組的型號。”經過討論，技術人員決定採用“177堆芯”方案，與國際上流行的“157堆芯”相比，多了20組燃料組件，經濟性和安全性都有了提升。“還有一個重要原因是我們當時調研了國內相關廠商的製造能力，必須確保‘177堆芯’完全實現自主製造。”劉昌文説。

 

關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。不只是堆芯，其他重要設備也要實現國産化。以蒸汽發生器為例，在華龍一號早期的設計過程中，這一關鍵設備本打算向國外公司採購。然而對方在談判中堅持要求：如果將來使用這種蒸汽發生器的核電技術用於出口，必須經過其同意。“相當於給車買一個輪胎，結果輪胎商不允許這輛車出口。”劉昌文説，在場的中國專家聽了都十分氣憤，最終決定自主研發。僅僅27個月後，用於華龍一號的第三代核電ZH-65型蒸汽發生器成功問世。

 

站在觀景臺上眺望華龍一號首堆示範工程，中國核電工程有限公司福清項目部總工程師、華龍一號綜合系統總師魏峰對記者説：“華龍一號首堆工程國産化率達到88%以上，反應堆壓力容器、蒸汽發生器等關鍵核心設備實現100%國産化。非國産的部分不是沒有能力實現國産化，而是本著節約的原則，沒必要國産化，這部分不會制約我們的發展。”

 

如何確保“國之重器”華龍一號的運行萬無一失？帶著這個疑問，記者走進華龍一號首堆示範工程的主控室內，墻上大螢幕閃爍著各種數據，操縱員們正在有條不紊地操作著各類儀器。這裡是核電站的“大腦”，要想讓核電站安全平穩運行，操縱員們每一個操作都必須非常精準。

 

“操縱員又被稱為‘黃金人’，是因為培養一名操縱員的成本大約是和他們體重相當的黃金價格。”華龍一號模擬機教員曹宇華對記者介紹，每一名操縱員都經歷了千錘百煉，平均每人培訓時間在2-3年，要學習40多門課程，小到儀錶故障，大到自然災害，能夠熟練應對各種可能發生的危險，確保核電站運行安全。

 

今年3月25日，中核集團“華龍一號”示範工程全面建成投運，兩台機組年發電能力近200億度，每年減少標準煤消耗約624萬噸，減少二氧化碳排放1632萬噸，相當於植樹造林1.4億棵。“華龍一號已出口巴基斯坦，成為中國的一張名片，能夠滿足當地200萬人口的年度生産和生活用電需求。”中國核動力研究設計院副院長唐傳寶説。

 

玲龍一號——

 

“小塊頭”有“大作為”

 

研製出華龍一號後，中國核工業下一步該怎麼走？

 

一路南下，記者來到了位於海南島西岸的海南昌江，這裡或許能給出答案——全球首個陸上商用模組化小型反應堆玲龍一號正在這裡建設。

 

相較華龍一號，玲龍一號更加“小巧玲瓏”，佔地面積只有華龍一號的1/3。“除佔地面積小之外，玲龍一號的另一個特點是用途廣。”玲龍一號總設計師宋丹戎對記者介紹，除了發電，玲龍一號還能滿足多種需求，例如城市供熱、海水淡化、石油開採、工業蒸汽等，適用於園區、海島、礦區、高耗能企業自備能源等多種場景。

 

比起大堆，小堆的佈局距離居民區、工業園區更近，這對小堆的安全性提出了更高要求。宋丹戎説，為確保玲龍一號的安全性，在設計上採用一體化佈置，“大型堆不同設備之間需要用管道連接，一體化佈置能夠消除因管道破裂帶來的風險”。

 

另一方面，玲龍一號的冷卻系統全部為非能動。宋丹戎説，非能動的冷卻系統能夠在不依靠電力的情況下，使核反應爐溫度保持在正常範圍。即使處在反應堆失去供能的極端情況下，也能利用自然規律如重力來確保反應堆的安全。

 

除整體設計外，玲龍一號在實際建設中也堅持高標準。在建設現場，記者登上距地面30多米的玲龍一號最高處，能夠看到半個手掌寬的安全殼，外表似水泥，實際是國産特種鋼，能夠抵禦較強的外部衝擊。

 

唐傳寶介紹，2016年，玲龍一號成為全球首個通過國際原子能機構安全審查的小型堆，這意味著它未來可向海外出口，為全球能源貢獻中國力量。

 

站在玲龍一號最高處俯瞰，建設現場一片熱火朝天。塔吊、挖掘機等設備相互配合，建築工人在核島內外來回穿梭。正值海南30多℃的高溫，穿著厚重勞保服的工人們仍然幹勁十足。

 

“目前，玲龍一號小堆工程常規島擋土墻完成澆築，順利實現小堆工程一體化三級里程碑節點目標。”海南核電小堆工程管理科科長楊軍華對記者説，“各項施工已經全面鋪開，工程建設進展順利，預計如期完工。”