5月8日，東海之濱，“走進(jìn)新國(guó)企”中核集團(tuán)“向新向綠向未來(lái)·華龍十年”融媒體開(kāi)放活動(dòng)在福建省福清市舉行。晨光中的海岸線上，六座銀灰色鋼鐵巨人巍然矗立，構(gòu)成了一道獨(dú)特的工業(yè)風(fēng)景線。其中，5、6號(hào)機(jī)組——華龍一號(hào)全球首堆示范工程格外醒目：安全殼上方戴著水泥“頭箍”，塊頭比其他機(jī)組大上一圈。這是外觀上的差異，更是我國(guó)自主三代核電技術(shù)的鮮明標(biāo)志。
2015年5月7日，華龍一號(hào)全球首堆示范工程——福清核電5號(hào)機(jī)組正式開(kāi)工建設(shè)，標(biāo)志著我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破。
十年磨一劍，目前華龍一號(hào)國(guó)內(nèi)外在運(yùn)在建機(jī)組總數(shù)達(dá)41臺(tái)，是全球在運(yùn)在建機(jī)組總數(shù)最多的三代核電技術(shù)，成為中國(guó)核電走向世界的“國(guó)家名片”。
回首來(lái)時(shí)路，讓人不禁好奇：這條“核動(dòng)力巨龍”是如何誕生，并持續(xù)生長(zhǎng)壯大的？
“四川造”177堆芯出爐，華龍一號(hào)雛形誕生
仔細(xì)觀察這條“核動(dòng)力巨龍”，它身上的心臟、主動(dòng)脈、肺以及骨骼、血管、神經(jīng)都有著濃濃的“四川印記”。其中，“心臟”堆芯尤為核心，由燃料組建、支撐結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，負(fù)責(zé)通過(guò)核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱能，提供源源不斷的能量。
“華龍一號(hào)獨(dú)創(chuàng)性地采用由我們自主研發(fā)設(shè)計(jì)的‘177堆芯布置’。”來(lái)自成都的中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院華龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師劉昌文說(shuō)。
何為“177堆芯布置”？這正是華龍一號(hào)的技術(shù)起源。
1996年，核動(dòng)力院老院長(zhǎng)張森如召集了10多位年輕的技術(shù)骨干從成都回到了中國(guó)第一代核潛艇研發(fā)基地——909基地，對(duì)中國(guó)自主的百萬(wàn)千瓦核電技術(shù)開(kāi)展封閉式研討。
彼時(shí)，我國(guó)的秦山二期核電站功率僅為65萬(wàn)千瓦，放眼國(guó)際，百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組將成為主流。百萬(wàn)千瓦級(jí)，意味著從堆芯布置開(kāi)始就要“從頭來(lái)過(guò)”，難度可不小。
所謂堆芯布置，?是指在核反應(yīng)堆中，將不同富集度的燃料元件、可燃毒物和控制棒布置在不同位置，從而優(yōu)化反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。比如，法國(guó)的百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組就裝填了157組燃料組件，稱(chēng)為“157堆芯”。
“不想被淘汰，就得向這個(gè)目標(biāo)發(fā)起挑戰(zhàn)。”劉昌文說(shuō)，這次討論決定了中國(guó)核電自主化的技術(shù)方向，為華龍一號(hào)埋下了希望的“種子”。
那么，堆芯布置到底應(yīng)該放多少組燃料，177、193、還是241？
經(jīng)過(guò)一系列“頭腦風(fēng)暴”，討論、計(jì)算、驗(yàn)證……核動(dòng)力院最終確定了“177堆芯”設(shè)計(jì)、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(hào)的雛形。
具體來(lái)說(shuō)，就是在國(guó)外通用的157根燃料組件的基礎(chǔ)上，每個(gè)象限增加5根燃料組件，形成“177堆芯”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這一創(chuàng)新使得堆芯換料周期由通常的12個(gè)月延長(zhǎng)至18個(gè)月，將核電廠可利用率提高至90%以上，同時(shí)降低了單個(gè)組件的發(fā)熱功率，也就更安全。
1999年，中核集團(tuán)組織召開(kāi)“100萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組概念設(shè)計(jì)專(zhuān)家論證會(huì)”，正式把CNP1000方案推向全國(guó)。
華龍一號(hào)全球首堆示范工程。華龍一號(hào)全球首堆示范工程。
華龍一號(hào)示范工程開(kāi)建，全球首堆發(fā)出第一度電
從雛形到成形，新挑戰(zhàn)出現(xiàn)了。
2009年，距離“177堆芯”最早提出已有10多年時(shí)間，全球核電技術(shù)有了許多進(jìn)展，在吸收這些新技術(shù)的基礎(chǔ)上，CNP1000變更為CP1000。
然而，對(duì)自主核電的發(fā)展而言，CP1000的攻關(guān)極為迫切，團(tuán)隊(duì)壓力很大。時(shí)任核動(dòng)力院副院長(zhǎng)吳琳與科研人員奮戰(zhàn)在一線，僅用一年就通過(guò)了國(guó)內(nèi)42名核電領(lǐng)域頂級(jí)專(zhuān)家評(píng)審，國(guó)家核安全局同意給CP1000批準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目，并以福清核電5、6號(hào)機(jī)組為依托項(xiàng)目。
2011年3月8日，吳琳從成都趕到福清為項(xiàng)目開(kāi)建做準(zhǔn)備。然而三天后，日本福島事故發(fā)生，代表中國(guó)自主核電發(fā)展最高水平的CP1000項(xiàng)目，被打上了“不再開(kāi)工”的標(biāo)簽。
經(jīng)過(guò)一年多的焦灼等待和辛苦奔走，中核集團(tuán)啟動(dòng)核電技術(shù)重點(diǎn)科技專(zhuān)項(xiàng)，重新布局核電技術(shù)研發(fā)、開(kāi)展頂層設(shè)計(jì)。又經(jīng)過(guò)兩個(gè)月論證，核動(dòng)力院最終確定了以ACP1000作為新的型號(hào)。它在CP1000的基礎(chǔ)上，增加了最先進(jìn)、要求最嚴(yán)苛的多項(xiàng)安全措施，這就是今天的華龍一號(hào)。
為達(dá)到全球最高安全要求，核動(dòng)力院開(kāi)創(chuàng)性地提出了“能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合”的安全設(shè)計(jì)理念。
“也就是在正常供電情況下，是能動(dòng)的，設(shè)備會(huì)按照設(shè)置功能去執(zhí)行相關(guān)操作。”核動(dòng)力院華龍一號(hào)項(xiàng)目副總師張曉華解釋?zhuān)?dāng)全廠斷電的時(shí)候，系統(tǒng)就靠自然循環(huán)的力量來(lái)為堆芯降溫，這就是非能動(dòng)。
當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)關(guān)于非能動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全沒(méi)有參考，國(guó)外又嚴(yán)防死守，進(jìn)行技術(shù)封鎖。
張曉華說(shuō)，團(tuán)隊(duì)在兩年時(shí)間內(nèi)獨(dú)立摸索，成功研發(fā)出了以非能動(dòng)二次側(cè)余熱排除系統(tǒng)、非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)和能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合的堆腔注水冷卻系統(tǒng)為代表的非能動(dòng)安全系統(tǒng)。
2020年11月27日凌晨，華龍一號(hào)全球首堆發(fā)出第一度電，這是中國(guó)核電邁出“由大到強(qiáng)”的重要一步。從此，中國(guó)核電可以挺直腰桿“走出去”。
華龍一號(hào)批量化工程開(kāi)啟，今年首臺(tái)機(jī)組投入商運(yùn)
今年1月1日0時(shí)17分，同樣在東海之畔，中核集團(tuán)福建漳州核電項(xiàng)目1號(hào)機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行。這一次，華龍一號(hào)有了全新的名字——華龍一號(hào)批量化工程。
據(jù)介紹，在華龍一號(hào)投入建設(shè)后，中核集團(tuán)對(duì)其技術(shù)進(jìn)行了一次大融合、大升級(jí)。業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，這有利于中國(guó)核電技術(shù)更好地走出去。
“核電始終是一個(gè)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品。”核動(dòng)力院華龍一號(hào)批量化項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師崔懷明說(shuō)，更名并批量化建設(shè)，既保證了產(chǎn)品的頂層一致性，有利于攜手走出去，又能展開(kāi)良性競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)大家的積極性。“相較于華龍一號(hào)示范工程，批量化工程進(jìn)一步開(kāi)展了設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)，包括反應(yīng)堆功率提升、燃料管理策略改進(jìn)等重要方面。”
2018年，核動(dòng)力院的華龍一號(hào)批量化設(shè)計(jì)方案全面完成，并于2019年開(kāi)工建設(shè)。“我們的對(duì)手，將來(lái)自全世界。”盡管世界范圍內(nèi)的核電競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，崔懷明對(duì)華龍一號(hào)批量化工程充滿信心，經(jīng)濟(jì)性、安全性的提升，都是“走出去”的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
比如，批量化工程反應(yīng)堆功率提升了4.4%。崔懷明說(shuō)，不要小看這個(gè)數(shù)字，一臺(tái)華龍一號(hào)機(jī)組每天的上網(wǎng)電價(jià)收入接近1000萬(wàn)元。“也就是說(shuō)，這個(gè)看似小小的提升，能讓每臺(tái)機(jī)組每天增加40余萬(wàn)元的收入。”
此外，華龍一號(hào)示范工程福清5、6號(hào)機(jī)組的首循環(huán)長(zhǎng)度（即首次換料周期）只有336天。為了提升經(jīng)濟(jì)性，華龍一號(hào)批量化工程首臺(tái)機(jī)組漳州1號(hào)將首循環(huán)長(zhǎng)度延長(zhǎng)到442天，運(yùn)維成本降低，機(jī)組整體效率也得到提高。
當(dāng)前，核動(dòng)力院正在加快研發(fā)華龍一號(hào)后續(xù)機(jī)型，接下來(lái)，華龍一號(hào)批量化團(tuán)隊(duì)將在保證安全性的前提下，進(jìn)一步用創(chuàng)新技術(shù)提高發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。“預(yù)計(jì)到2030年核電發(fā)電量有望達(dá)到總發(fā)電量的10%，與光伏、風(fēng)能等清潔能源一起，構(gòu)建起較為理想的能源結(jié)構(gòu)。”崔懷明說(shuō)。
責(zé)任編輯： 江曉蓓
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