實地探尋中國核電自主創(chuàng)新之路

楊曉冉 /文

漳州核電

驅(qū)車進(jìn)入漳州核電基地，經(jīng)過安檢后，繁忙有序的景象隨即映入眼簾——漳州核電1、2 號機(jī)組的灰色核島并排矗立，各類機(jī)器正在施工，身穿不同工服的工人正緊張有序地穿梭于施工現(xiàn)場，“華龍一號”批量化建設(shè)項目已然拔地而起。置身基地遠(yuǎn)眺，對面半山腰上，徐徐旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉片與如火如荼建設(shè)的核電站遙相呼應(yīng)。

記者走進(jìn)中國核動力院、秦山核電基地、福清核電基地及漳州核電基地，實地探尋自秦山核電站成功并網(wǎng)三十余年來，我國核電從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的自主發(fā)展歷程，同時成功實現(xiàn)從發(fā)電到多元化綜合利用的蛻變。

從“跟著跑”到“領(lǐng)著跑”

“ 一回路反應(yīng)堆功率穩(wěn)定”“汽輪機(jī)各項參數(shù)正常”“蒸發(fā)器水位穩(wěn)定”“所有參數(shù)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”。華龍一號首批女操縱員孟曉薇（角色名）激動地說：“我宣布，華龍一號全球首堆于2020年11 月27 日零點四十一分首次并網(wǎng)成功！”

這是電視劇《許你萬家燈火》中展現(xiàn)我國自主三代核電技術(shù)“華龍一號”首次成功并網(wǎng)發(fā)電的片段。這部電視劇用32 集講述了“華龍一號”從設(shè)計建造到成功并網(wǎng)發(fā)電的故事。但對真切參與“華龍一號”項目的核電人而言，從1996 年“177堆芯”方案提出，到2020 年首次并網(wǎng)，再到2021 年正式投入商運(yùn)，他們經(jīng)歷的是風(fēng)雨兼程的25 年。

秦山核電站是中國核電的起步之地，于1985 年開工建造。“對當(dāng)時的中國來說，設(shè)計30 萬千瓦級核電站是摸著石頭過河。” 秦山核電總監(jiān)朱曉斌告訴記者，“那時，中國的核電不僅受國際環(huán)境的限制，本身還缺少全方位的人員培訓(xùn)、管理體系及軟件開發(fā)框架。作為首批高級操縱員，我們都是去國外學(xué)習(xí)。那時候英語好的人沒幾個，要用英語學(xué)習(xí)和操作，更是難上加難。”

漳州核電

從1991 年秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電，到如今9 臺機(jī)組總裝機(jī)容量666 萬千瓦核電機(jī)組，年發(fā)電量約520 億千瓦時……秦山核電基地實現(xiàn)了中國大陸核電“零的突破”，更見證了我國核電技術(shù)更迭升級、多堆型多機(jī)組安全高質(zhì)量建造運(yùn)營的發(fā)展歷程。

作為我國自行設(shè)計、建造和運(yùn)行管理的第一座核電站， 秦山核電站成功投產(chǎn)后，彼時的中國核電人在思考——什么時候中國能有自己的百萬千瓦級核電機(jī)組？記者在走訪過程中了解到，在秦山核電二期工程設(shè)計任務(wù)完成并順利開工后，時任中國核動力院副院長的張森如召集了十多位技術(shù)骨干，開展了設(shè)計自主知識產(chǎn)權(quán)百萬千瓦核電機(jī)組的討論。經(jīng)過一系列討論、計算、驗證，最終確定了“177 堆芯”設(shè)計、更大尺寸的壓力容器等重要技術(shù)參數(shù)，形成了CNP1000 技術(shù)方案，也就是“華龍一號”的雛形。

相較于二代和二代加核電，“華龍一號”在“177 堆芯”的創(chuàng)新之上，為達(dá)到全球最高安全要求，開創(chuàng)性采用了“能動與非能動相結(jié)合”的安全設(shè)計理念。2021 年，“華龍一號”全球首堆福清核電5 號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界第一方陣。“福清核電全面總結(jié)‘華龍一號’示范工程建設(shè)管理經(jīng)驗，出版中英文《華龍一號標(biāo)準(zhǔn)化管理手冊》《華龍一號標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)手冊》，編撰《華龍一號示范工程創(chuàng)新與實踐系列叢書》，形成一整套可復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)項目管理體系，為后續(xù)核電建設(shè)提供可借鑒的‘華龍模式’。”福建福清核電有限公司運(yùn)行三處處長朱金剛介紹到。

漳州核電則是“華龍一號”首個從示范工程走向批量化建設(shè)的項目，中核國電漳州能源有限公司工程管理處副處長李輝忠介紹，漳州核電1、2 號機(jī)組分別于2019 年10 月和2020 年9 月開工，項目規(guī)劃建設(shè)6 臺百萬千瓦級華龍機(jī)型核電機(jī)組。

“漳州核電一期工程在安全性和性能提升上實施了重要設(shè)計改進(jìn)49 項，運(yùn)行優(yōu)化156 項。”中核國電漳州能源有限公司工程計劃處進(jìn)度管理科副科長歐勛向記者說。

如今，“華龍一號”作為“國家名片”走出國門，成功落地巴基斯坦等國，其中巴基斯坦卡拉奇2、3 號機(jī)組已實現(xiàn)商運(yùn)，中核集團(tuán)也與多個國家和地區(qū)建立了核電項目合作意向。

從“卡脖子”到“中國造”

核電技術(shù)創(chuàng)新，還體現(xiàn)在關(guān)鍵設(shè)備及安全管理系統(tǒng)的進(jìn)步。記者在走訪中了解到，在我國核電技術(shù)迭代的研發(fā)過程中，設(shè)備國產(chǎn)化、軟件自主化的實現(xiàn)都經(jīng)歷了異常艱辛的攻關(guān)過程。

蒸汽發(fā)生器是核電站不可或缺的主要設(shè)備之一，被稱為“核電站之肺”。蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部零件達(dá)上萬個且價格昂貴，動輒就要花費上億元人民幣。以往大型核電站蒸汽發(fā)生器的設(shè)計技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)掌握在少數(shù)幾家國外設(shè)計公司手中，他們對這項技術(shù)進(jìn)行了長期封鎖。為解決這一“瓶頸”，中國核動力院堅決啟動了蒸汽發(fā)生器的技術(shù)攻關(guān)。

“決定進(jìn)行自主研發(fā)時，條件很艱苦，沒有經(jīng)費自己籌，沒有試驗設(shè)施自己建，我們第一個大型試驗裝置就建在河南南陽的油田里，借他們的高溫高壓蒸汽做試驗。”“華龍一號”蒸汽發(fā)生器設(shè)計總師張富源說，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)生器問世，而美國、法國制造首臺三代核電蒸汽發(fā)生器的時間用了將近40 個月。與此同時，與國外三代核電蒸汽發(fā)生器相比，ZH-65 型蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽壓力更高、蒸汽濕度更低、經(jīng)濟(jì)性更好。

蒸汽發(fā)生器不是孤例。“華龍一號”的反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)建、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備都實現(xiàn)了“中國造”。據(jù)了解，中國核動力院在“華龍一號”方面共申請國內(nèi)專利270 余件，國際專利30 件，覆蓋了設(shè)計、燃料、設(shè)備、軟件等領(lǐng)域。

“‘華龍一號’示范工程國產(chǎn)化率達(dá)到88%，機(jī)組自投入商運(yùn)以來始終保持安全運(yùn)行，充分驗證了‘華龍一號’的安全性、先進(jìn)性和可靠性”。福建福清核電有限公司黨委宣傳部副部長方勝杰說。

此外，漳州核電1 號機(jī)組還是國產(chǎn)安全級DCS“龍鱗系統(tǒng)”首次應(yīng)用的核電機(jī)組。DCS（Distributed Control System）即集散控制系統(tǒng)，被稱為核電站的“中樞神經(jīng)”，是核電站安全運(yùn)維的關(guān)鍵，可提供各種控制和保護(hù)手段及監(jiān)控信息，確保核電機(jī)組在不同工況下都能夠安全、可靠和有效運(yùn)行。

2013 年，中國核動力院啟動“龍鱗”系統(tǒng)研發(fā)工作；2018 年，“龍鱗”系統(tǒng)完成核心技術(shù)攻關(guān)；2022 年，在歷經(jīng)7 年科技攻關(guān)和3年工程實踐后，漳州核電1 號機(jī)組安全級DCS 系統(tǒng)成功起運(yùn)交付。

“‘龍鱗’系統(tǒng)的應(yīng)用，使我國核電運(yùn)維在安全性和經(jīng)濟(jì)性上都有所突破，更是我國核電裝備制造能力提升的顯著標(biāo)志。”中核國電漳州能源有限公司設(shè)備采購處副處長江振標(biāo)感慨道。

從“核電”到“核能+”

梳理我國核電自“零的突破”到“核能+”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之路，從核能發(fā)電到核能綜合利用的脈絡(luò)已然清晰。

在秦山核電基地，浙江海鹽核能供熱示范工程利用該基地機(jī)組剩余熱功率向海鹽縣公建設(shè)施、居民小區(qū)及工業(yè)園區(qū)提供核能供熱。“核能供熱是由核電機(jī)組產(chǎn)生的熱能，通過多道熱閉式循環(huán)送至用戶。過程中只有熱量交換，沒有介質(zhì)交換。同時通過回路壓差設(shè)計、設(shè)置高精度監(jiān)測裝置等措施，確保核能供熱安全可靠。”秦山核電科技創(chuàng)新處主任工程師張云華介紹。

作為南方首個核能供熱項目，目前秦山核電核能供熱項目已實現(xiàn)海鹽縣城區(qū)3 個居民小區(qū)穩(wěn)定可靠安全供熱。根據(jù)規(guī)劃，核能供熱項目全部建成投產(chǎn)，滿足400 萬平方米供熱需求。相對于南方地區(qū)用電取暖方式，每年可節(jié)約電能消耗1.96 億度，相當(dāng)于每年可減少燃用標(biāo)煤約2.46 萬噸、減排二氧化硫1817 噸、氮氧化物908 噸、二氧化碳5.9 萬噸，對海鹽當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗有著重要意義。

作為目前我國堆型最豐富的核電基地，秦山核電三期重水堆除了發(fā)電，還可用于醫(yī)用同位素生產(chǎn)，這令記者耳目一新。

“碳-14 同位素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，如用于幽門螺旋桿菌檢測等。我國之前的碳-14同位素供應(yīng)幾乎全部依賴進(jìn)口，價格昂貴、供應(yīng)無法保障，已嚴(yán)重制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。秦山核電輻照生產(chǎn)碳-14 同位素投產(chǎn)以后，年產(chǎn)量可滿足國內(nèi)需求并有盈余，可保證國內(nèi)需求，同時還能支撐部分出口。” 秦山核電專項工程處重水堆研發(fā)科副科長樊申還告訴記者。

此外，在探索多能互補(bǔ)發(fā)展模式方面，漳州能源打造 “以核為主，多元化發(fā)展”戰(zhàn)略。“用電量具有波峰和波谷，但對核電站而言，核燃料不論發(fā)電與否都有損耗。因此，為了提升核電站發(fā)電效率，應(yīng)對日益嚴(yán)峻的電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰壓力，可以將核電與抽蓄相結(jié)合。核電站可以利用抽蓄水庫的蓄能調(diào)峰能力，在用電低谷時將發(fā)出的電以抽蓄的方式蓄積起來，等到用電高峰時再借助水的勢能來發(fā)電，達(dá)到能源的互補(bǔ)效應(yīng)。”歐勛分析。