三代核電突圍記

中國(guó)在三代核電建設(shè)領(lǐng)域打了一場(chǎng)漂亮的翻身仗——2021年第一個(gè)月，在中國(guó)利用核動(dòng)力發(fā)出第一度電的50多年后，我國(guó)自主三代核電“華龍一號(hào)”全球首堆投入商業(yè)運(yùn)行。這意味著我國(guó)核電技術(shù)水平和綜合實(shí)力躋身世界第一方陣。

作為中國(guó)核電的“國(guó)家名片”，“華龍一號(hào)”的特點(diǎn)在于，它是我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代百萬(wàn)千瓦級(jí)核電技術(shù)，其全球首堆建設(shè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不低于88%。

從跟跑到并跑再到領(lǐng)先，中國(guó)核電走過了半個(gè)多世紀(jì)。1966年，在四川某片山區(qū)中，一個(gè)試驗(yàn)堆發(fā)出了中國(guó)第一度核電。

如今，面對(duì)中國(guó)核電技術(shù)的不斷突破，曾參與建造該試驗(yàn)堆的黃士鑒說：“我們干了一件事，當(dāng)年就是這么默默無聞，現(xiàn)在回過頭來又覺得它驚天動(dòng)地，走過來了，而已。”

碰壁

說起三代核電技術(shù)，“華龍一號(hào)”走了一條不尋常的路線。

1997年的一個(gè)午后，距離成都百余公里的山坳中，一棟兩層辦公樓里回蕩著激烈爭(zhēng)論的聲音，二十幾名科研人員在此討論著中國(guó)自主百萬(wàn)千瓦級(jí)核電方案的主要技術(shù)參數(shù)。彼時(shí)，我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行管理的第一座30萬(wàn)千瓦壓水堆核電站——秦山核電站才投入運(yùn)營(yíng)沒多久。

“動(dòng)力院人的先見和憂患意識(shí)。”中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”副總設(shè)計(jì)師劉昌文回憶那次討論時(shí)表示。不過，就連他也沒想到，從播下“種子”到“華龍一號(hào)”開花結(jié)果，中間歷時(shí)二十余年。

在那次討論的方案中，中國(guó)核電人創(chuàng)造性地提出了“177堆芯”方案，而當(dāng)時(shí)國(guó)際上的核電站普遍采用的是“157堆芯”。

“華龍一號(hào)”技術(shù)的靈魂就在于“177堆芯”，這不僅提高了發(fā)電功率，還提升了安全性。就像電熱水壺加熱一壺水，發(fā)熱絲增多的話，發(fā)熱絲所需要的溫度就可以更低一些，從而提高可控性。

核反應(yīng)堆牽一發(fā)而動(dòng)全身，從“157堆芯”到“177堆芯”，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則很復(fù)雜，增加或者減少堆芯，不是隨意增減幾盒燃料那么簡(jiǎn)單，而是整個(gè)反應(yīng)堆的堆芯系統(tǒng)都要重新設(shè)計(jì)。

后來，中核集團(tuán)科研團(tuán)隊(duì)不斷汲取國(guó)際上第三代核電站設(shè)計(jì)理念，重新定位了自主百萬(wàn)千瓦級(jí)技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)，形成了一個(gè)具有三代特征的自主核電技術(shù)，這就是“華龍一號(hào)”的前身——CP1000機(jī)型。

CP1000計(jì)劃于2011年開工。2011年3月8日，眼看著十多臺(tái)推土機(jī)已經(jīng)抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，轟隆隆地開始挖土了。在場(chǎng)的核電人非常激動(dòng)，設(shè)計(jì)人員10多年的成果終于要從藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

可是，誰(shuí)都沒有想到，3天后，發(fā)生在日本福島的核事故將夢(mèng)想擊得粉碎。

受福島事故影響，我國(guó)暫停審批核電項(xiàng)目，包括開展前期工作的項(xiàng)目，同時(shí)，全面審查在建核電站，切實(shí)排查安全隱患，確保絕對(duì)安全。

劉昌文回憶這段經(jīng)歷時(shí)眼睛濕潤(rùn)了。他說，當(dāng)時(shí)身邊很多技術(shù)人員都很失落和彷徨，CP1000就像自己的孩子，懷胎十月，眼看就要降生了，卻最終夭折。在一次內(nèi)部討論會(huì)上，談到激動(dòng)時(shí)，許多人都落了淚——搞中國(guó)自主的核電技術(shù)為何就這么難?

改進(jìn)

如今，在福建省東部沿海的小城市福清，沿著海岸線往內(nèi)陸幾公里，分布著6座形似子彈頭的水泥包，那是核電的關(guān)鍵設(shè)施，被稱為“核島”。“華龍一號(hào)”全球首堆示范工程就是其中的5號(hào)機(jī)組。

日本福島核事故阻止了CP1000的建設(shè)，給技術(shù)人員帶來的挑戰(zhàn)則是中國(guó)的三代核電技術(shù)能否比CP1000的技術(shù)方案更安全?

對(duì)此，中核集團(tuán)“華龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師邢繼帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)重新研發(fā)攻關(guān)，對(duì)標(biāo)國(guó)際最先進(jìn)的三代核電技術(shù)，提出了能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合、雙層安全殼等一系列革新理念，ACP1000機(jī)型最終面世。

ACP1000能抗多大級(jí)別的地震?邢繼及團(tuán)隊(duì)用0.3g來回答。

這個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，指的是峰值加速度，也是核電站用來確定抗震的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。也就是說，不管震源在哪里，也不管能量通過何種地質(zhì)構(gòu)造傳遞而來，只要反應(yīng)堆所處的地表水平向和豎向的震動(dòng)峰值加速度不超過0.3g，核電站都是安全的。

“這能夠涵蓋中國(guó)幾乎所有的廠址。”邢繼說，歐洲的EPR堆型為0.25g，而0.3g相當(dāng)于在抗震要求上又有了重大的提升。

在硬碰硬的技術(shù)較量中，“華龍一號(hào)”用實(shí)力證明了自己。2014年，繼通過國(guó)內(nèi)權(quán)威評(píng)審后，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)針對(duì)“華龍一號(hào)”的通用反應(yīng)堆設(shè)計(jì)審查的結(jié)論也于年底出爐——ACP1000在設(shè)計(jì)安全方面是成熟可靠的。

2014年11月3日，國(guó)家能源局復(fù)函同意福清核電廠5、6號(hào)機(jī)組工程調(diào)整為“華龍一號(hào)”技術(shù)方案。

經(jīng)過30余年對(duì)國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)、消化吸收和創(chuàng)新后，經(jīng)歷了一系列坎坷與挫折后，自主品牌“華龍一號(hào)”終于獲得了認(rèn)可，并進(jìn)入落地實(shí)施階段。

騰飛

一代代中國(guó)核電人在“引進(jìn)”的夾縫中，自主創(chuàng)新、苦苦掙扎、歷經(jīng)艱難。年輕一代大多聽過“引進(jìn)”時(shí)的故事，比如外國(guó)廠商要求捆綁銷售核電站的某些部件、核設(shè)備出口時(shí)要經(jīng)過外國(guó)廠商同意等。

“還有要談判費(fèi)的呢!”核動(dòng)力院設(shè)計(jì)所儀控工程中心副主任馬權(quán)就親身經(jīng)歷過。2016年之前，我國(guó)核電廠的DCS控制系統(tǒng)(集散控制系統(tǒng))還是買國(guó)外的，這相當(dāng)于核電廠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)掌握在別人手上，如何使用都得聽外國(guó)專家的，“他們不會(huì)告訴你底層代碼、電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序……碰上設(shè)備維修，就得請(qǐng)他們幫忙，光維修費(fèi)就得一大筆”。

2013年開始，在院里的支持下，馬權(quán)拉著相關(guān)專業(yè)的四五個(gè)人組了團(tuán)隊(duì)，著手開發(fā)自主的DCS系統(tǒng)，這套后來被命名為“龍鱗系統(tǒng)”的DCS系統(tǒng)前后開發(fā)歷時(shí)5年，其中核心技術(shù)指標(biāo)誤碼率達(dá)到了10的負(fù)11次方，比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的誤碼率，小數(shù)點(diǎn)還向左移動(dòng)了一位。

這樣的案例在“華龍一號(hào)”的研發(fā)建造過程中有很多。“華龍一號(hào)”首堆工程涉及大的專業(yè)領(lǐng)域70多個(gè)、80多個(gè)構(gòu)筑物、360多個(gè)系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)圖紙?jiān)?0萬(wàn)張以上。尤其是設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較高，包含“三新”設(shè)備(新設(shè)計(jì)、新廠家、新技術(shù))111項(xiàng)。可以說，每一個(gè)細(xì)節(jié)的創(chuàng)新，都對(duì)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試，乃至商務(wù)、核安全等各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

技術(shù)研發(fā)難，工程建設(shè)亦難。2015年開工以來，華龍建設(shè)者們將所有的精力與智慧傾注于這一國(guó)之重器。工程建設(shè)進(jìn)入最為曲折的時(shí)期。邢繼用這樣一幅畫記錄下那時(shí)的感受：“華龍一號(hào)”全球首堆工程現(xiàn)場(chǎng)，黑壓壓的天空下，狂風(fēng)暴雨似要襲來。他為之取名為《華龍2016》。

自主核電的核心關(guān)鍵設(shè)備不受制于人，就是這樣一步步干出來的。歷時(shí)2095天，“華龍一號(hào)”終于商運(yùn)，這顯然不是核電發(fā)展的終點(diǎn)，但有一點(diǎn)已經(jīng)再清楚不過：無論是核電還是中國(guó)，巨龍騰飛了。

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