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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(fā)
位于海南昌江的玲龍一號建設(shè)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(yè)發(fā)展經(jīng)歷了半個多世紀(jì)。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(yè)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(chuàng)新的發(fā)展歷程。
秦山核電站——
從無到有、從小到大
從地圖上看，位于浙江海鹽的秦山像一顆“龍頭”，中國第一座自行設(shè)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(dāng)時上海的企業(yè)有“開三停四”的說法，即開工三天，停業(yè)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(yīng)或引入西南地區(qū)的水電，既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實。針對上海因缺電導(dǎo)致工廠減產(chǎn)情況，1970年2月8日，上海按照中央領(lǐng)導(dǎo)指示精神，開始研究部署核電站建設(shè)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(shè)計院九〇九基地滿功率試驗成功！研制核潛艇的關(guān)鍵是動力來源——核動力反應(yīng)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(yīng)堆，以驗證核動力裝置設(shè)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——核潛艇就像一只鴨子，真鴨子下水前，要做個一模一樣的“旱鴨子”，在陸地上充分撲騰后，再依此定型。陸上模式堆和后來的秦山核電站同為壓水堆，為后續(xù)核電站的建設(shè)提供了借鑒。
改革開放后，中國核電事業(yè)的發(fā)展步伐加快了。1982年12月，在五屆全國人大五次會議上，中國鄭重宣布在浙江海鹽建設(shè)秦山核電站的決定。1985年3月，秦山核電站澆筑了第一罐混凝土。1991年，被譽為“國之光榮”的中國大陸第一座核電站——秦山核電站成功并網(wǎng)發(fā)電，中國核電自此實現(xiàn)“零的突破”。
如果說秦山一期核電站是“從無到有”，那么1986年開工建設(shè)的秦山二期核電站便是“從小到大”。 作為中國自主設(shè)計、自主建造、自主運營、自主管理的第一座國產(chǎn)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年成功并網(wǎng)發(fā)電。
時至今日，秦山一期雖已過“而立之年”，卻“老當(dāng)益壯”。“如今秦山核電站和剛建成時相比，能力因子和年發(fā)電量都有了較大提升。”中核集團秦山核電安全分析處PSA應(yīng)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、減少更換燃料的周期和時長來完成。”啥是燃料的富集度？曹勇打了個比方，就像爐子里燒的蜂窩煤，提高燃料的富集度，相當(dāng)于增加“蜂窩煤”里煤炭的含量，延長燃燒的時間。
“秦山核電原本的設(shè)計壽命是30年。”曹勇說，“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(fā)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(shè)如火如荼時，全球核電技術(shù)也在飛速發(fā)展，“第三代核電技術(shù)”的概念被提出。三代和二代相比，一是發(fā)電功率達(dá)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(yè)科技館，迎面而來的是一座浮雕墻，展現(xiàn)中國核工業(yè)從引進到自主設(shè)計再到技術(shù)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(shù)的漫長發(fā)展之路。
將時鐘撥回到1996年。核動力院10多位年輕的技術(shù)人員回到九〇九基地，開展了一場“頭腦風(fēng)暴”，主題為“我們自己的百萬千瓦級反應(yīng)堆應(yīng)該采用什么樣的堆芯方案”。
“堆芯就像一個汽車的發(fā)動機。”華龍一號反應(yīng)堆及一回路總設(shè)計師劉昌文對本報記者說，“就壓水堆來說，堆芯布置決定了一個機組的型號。”經(jīng)過討論，技術(shù)人員決定采用“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(jīng)濟性和安全性都有了提升。“還有一個重要原因是我們當(dāng)時調(diào)研了國內(nèi)相關(guān)廠商的制造能力，必須確保‘177堆芯’完全實現(xiàn)自主制造。”劉昌文說。
關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。不只是堆芯，其他重要設(shè)備也要實現(xiàn)國產(chǎn)化。以蒸汽發(fā)生器為例，在華龍一號早期的設(shè)計過程中，這一關(guān)鍵設(shè)備本打算向國外公司采購。然而對方在談判中堅持要求：如果將來使用這種蒸汽發(fā)生器的核電技術(shù)用于出口，必須經(jīng)過其同意。“相當(dāng)于給車買一個輪胎，結(jié)果輪胎商不允許這輛車出口。”劉昌文說，在場的中國專家聽了都十分氣憤，最終決定自主研發(fā)。僅僅27個月后，用于華龍一號的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器成功問世。
站在觀景臺上眺望華龍一號首堆示范工程，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(tǒng)總師魏峰對記者說：“華龍一號首堆工程國產(chǎn)化率達(dá)到88%以上，反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等關(guān)鍵核心設(shè)備實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。非國產(chǎn)的部分不是沒有能力實現(xiàn)國產(chǎn)化，而是本著節(jié)約的原則，沒必要國產(chǎn)化，這部分不會制約我們的發(fā)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范工程的主控室內(nèi)，墻上大屏幕閃爍著各種數(shù)據(jù)，操縱員們正在有條不紊地操作著各類儀器。這里是核電站的“大腦”，要想讓核電站安全平穩(wěn)運行，操縱員們每一個操作都必須非常精準(zhǔn)。
“操縱員又被稱為‘黃金人’，是因為培養(yǎng)一名操縱員的成本大約是和他們體重相當(dāng)?shù)狞S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(jīng)歷了千錘百煉，平均每人培訓(xùn)時間在2-3年，要學(xué)習(xí)40多門課程，小到儀表故障，大到自然災(zāi)害，能夠熟練應(yīng)對各種可能發(fā)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”示范工程全面建成投運，兩臺機組年發(fā)電能力近200億度，每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗約624萬噸，減少二氧化碳排放1632萬噸，相當(dāng)于植樹造林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(dāng)?shù)?00萬人口的年度生產(chǎn)和生活用電需求。”中國核動力研究設(shè)計院副院長唐傳寶說。
玲龍一號——
“小塊頭”有“大作為”
研制出華龍一號后，中國核工業(yè)下一步該怎么走？
一路南下，記者來到了位于海南島西岸的海南昌江，這里或許能給出答案——全球首個陸上商用模塊化小型反應(yīng)堆玲龍一號正在這里建設(shè)。
相較華龍一號，玲龍一號更加“小巧玲瓏”，占地面積只有華龍一號的1/3。“除占地面積小之外，玲龍一號的另一個特點是用途廣。”玲龍一號總設(shè)計師宋丹戎對記者介紹，除了發(fā)電，玲龍一號還能滿足多種需求，例如城市供熱、海水淡化、石油開采、工業(yè)蒸汽等，適用于園區(qū)、海島、礦區(qū)、高耗能企業(yè)自備能源等多種場景。
比起大堆，小堆的布局距離居民區(qū)、工業(yè)園區(qū)更近，這對小堆的安全性提出了更高要求。宋丹戎說，為確保玲龍一號的安全性，在設(shè)計上采用一體化布置，“大型堆不同設(shè)備之間需要用管道連接，一體化布置能夠消除因管道破裂帶來的風(fēng)險”。
另一方面，玲龍一號的冷卻系統(tǒng)全部為非能動。宋丹戎說，非能動的冷卻系統(tǒng)能夠在不依靠電力的情況下，使核反應(yīng)堆溫度保持在正常范圍。即使處在反應(yīng)堆失去供能的極端情況下，也能利用自然規(guī)律如重力來確保反應(yīng)堆的安全。
除整體設(shè)計外，玲龍一號在實際建設(shè)中也堅持高標(biāo)準(zhǔn)。在建設(shè)現(xiàn)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，實際是國產(chǎn)特種鋼，能夠抵御較強的外部沖擊。
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(gòu)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(xiàn)中國力量。
站在玲龍一號最高處俯瞰，建設(shè)現(xiàn)場一片熱火朝天。塔吊、挖掘機等設(shè)備相互配合，建筑工人在核島內(nèi)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?nèi)匀桓蓜攀恪?/p>
“目前，玲龍一號小堆工程常規(guī)島擋土墻完成澆筑，順利實現(xiàn)小堆工程一體化三級里程碑節(jié)點目標(biāo)。”海南核電小堆工程管理科科長楊軍華對記者說，“各項施工已經(jīng)全面鋪開，工程建設(shè)進展順利，預(yù)計如期完工。”
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