2015年5月7日,我國自主研制的華龍一號全球首堆示范工程—福建福清核電站5號機組正式開工建設。中國由此成為繼美、法、俄之后世界上具有第三代核電技術和自主品牌的國家,躋身全球核電技術“第一陣營”。
核電站的巨大能量是由原子核裂變時釋放出來的。1克鈾原子核裂變時所放出的能量,相當于燃燒2.5噸煤所得到的熱能。而核反應堆,形象地說就相當于核電站的鍋爐。當核能轉變為熱能時,就會使反應堆溫度升高。為了將反應堆內的熱能帶出來發電,通常以較高的壓力將水送入反應堆,高壓使水在300℃也不會汽化。將這種叫作“載熱劑”(也稱“冷卻劑”)的高溫、高壓水送入熱交換器中,使熱交換器內另一流動的水變成高溫、高壓的蒸汽,然后推動汽輪機運轉,再帶動發電機發電。載熱劑把熱量傳給水后,再用泵將它送回反應堆中去吸熱。如此循環不斷,就能保證核反應堆源源不斷地發出電來。這種加入高壓水作為“載熱劑” 的核反應堆,稱為壓水型反應堆(簡稱壓水堆)。這種核反應堆的優點是結構和運行操作都較簡單,造價也較低廉,同時它的安全性和可靠性都較高。
20世紀90年代初,我國自行設計、建造和運行管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站—秦山核電站投入運營。在此基礎上,我國核電建設科技人員勇于創新,攻艱克難,歷經近30年的研制試驗,并吸取福島核電站事故的經驗教訓,終于創造出具有完全自主知識產權的第三代,也是目前世界上最先進、最安全的華龍一號核電站。它已成為我國繼高鐵、航天之后,走出國門為全人類造福的國家新名片。
核能發電具有能量集中巨大、運輸方便和地區適應性強等突出優勢,因而發展勢頭很快。但是1986年切爾諾貝利核事故,特別是2011年福島核事故發生后,令人談核色變。有的國家停運現有核電站,有的則宣布不再建新核電站,掀起一股反核、棄核的浪潮。人們的這種心情是可以理解的,因為核劫難將造成幾代人的悲劇,并留下難以去除的后患。
華龍一號的開拓創造者,就像“華龍”的名字一樣,體現出中華龍的奮斗不息的精神,以及“安全第一,質量第一,追求卓越”的理念。通過研制世界上最先進、最安全的核電站,解除人們對核電安全的后顧之憂,有力地推動了核電的創新與發展。與此同時,也促使我國核工業技術、裝備和施工試驗等得到全面提升。
在核電安全措施方面, 華龍一號有以下幾大特點:
一是具有獨創的“能動與非能動結合”的安全系統。這里所說的能動,指需要能源才能驅動,如電開關、氣動閘門若缺了電或氣就成了廢物,容易被切斷。福島核電站就是因為單獨依靠“能動安全”系統而釀成大禍。當時特大地震引起的巨大海嘯淹沒了給核反應堆注入高壓水以帶走熱能的水泵所用的柴油發電機,導致水泵斷電停運,使反應堆內腔大量熱能散不出去,燒熔了反應堆芯,繼而發生燃燒爆炸,造成放射性物質大量泄露的核災難。非能動則是巧妙地借助于大自然和物理法則的力量驅動。例如華龍一號在安全殼上的非能動安全系統,當外在供能被完全切斷時,可利用重力啟動,防止堆腔溫度過高所造成的事故。再如,利用空氣動力學原理設計的空氣流通系統,在發生意外事故的情況下,可保證排熱功能正常運作。
二是采用高強度的雙層安全殼。核反應堆燃料棒被封閉在嚴密的壓力容器內,以防止放射性物質泄露出來。為了進一步提高安全性,華龍一號把安全容器安放在高強度的雙層安全殼內。這種雙層安全殼不僅能有效阻擋萬一從反應堆內泄露出的放射性物質,而且由于殼體強度非常高,既可以承受類似大型飛機的撞擊,又能頂住9級以上大地震的抖動,以及抵擋240分鐘長時間的烈火炙烤。
三是創造性地增加反應堆燃料棒的數量和改變排列方式,不僅能提高核電機組的發電功率,而且有效地降低堆芯的功率密度,進而增強核電站的安全性。通常,核電站大都采用“121堆芯”或“157堆芯”,即燃料棒為121根或157根。我國獨創性地在華龍一號上采用“177堆芯”,將燃料棒增加到177根,使安全性進一步提高。
四是簡化人工操作流程。實踐表明,核電站事故大都和人員的操作失誤有關。因此,華龍一號簡化了人員操作程序,并縮短了操作時間,為了防止誤操作,還要求操作人員在用電話溝通時需重復三遍。
五是配備防止事故的可移動后備設施。吸取福島核電站的教訓,華龍一號專門配備了可移動的后備設施,諸如柴油發電機、水泵、移動水源等,以防患于未然。
六是設置了安全性極高的指揮中心,以便操作人員在事故發生后仍能在現場指揮救災。這樣,在核事故發生后的72小時內可搶先自救,并為外部支援到來贏得時間。
目前,福清核電站正在加緊施工,并于近期完成了核電站機組的穩定性試驗。歷經16個小時的逐級加壓,當壓力達到最大值時,機組穩定運行了10分鐘,順利通過了試驗考核。福清核電站5號機組預計2020年并網發電,而6號機組則于2021年運行發電。
在華龍一號在國內緊張施工和成功試驗的同時,這個在當前核電市場上接受度最高的三代機型已成為我國核電走出國門的主力軍。華龍一號首個援外工程是巴基斯坦卡拉奇核電站,其2、3號機組正處于設備安裝的高峰時期,它也是目前海外第一個按照進度建設的第三代壓水堆核電項目。2016年3月,我國與捷克簽訂了核能與可再生能源合作備忘錄,為中捷基于華龍一號核電技術開展合作奠定基礎。2016年9月,我國和英國簽署了在布拉德維爾建造華龍一號核電工程項目的協議,實現了我國核電走出去的歷史性突破。我國還與阿根廷于2018年11月簽訂建造百萬千瓦級華龍一號核電項目協議,于2020年開工建設。此外,我國還與肯尼亞、泰國等20多個國家簽署了核電合作備忘錄或合作意向書,并與埃及、沙特、伊朗等國取得了核能市場開發的實質性進展。
華龍一號核電站走向世界的效益和影響很大,既能有效帶動5000多家核電設計、設備制造、建筑施工等高端裝備企業和高新技術企業向海外擴展及發展,又可擴大全球最先進、最安全的核電站在世界上的影響力,讓各國人民樹立核電安全的信心,并積極投入核電的開發和建設。
(崔金泰)