界面新聞?dòng)浾?｜ 戴晶晶
“進(jìn)行原子核裂變反應(yīng)的這部分建筑叫做核島，另一邊是發(fā)電的常規(guī)島?！?/span>
伴隨著上海核工院工作人員的介紹，一個(gè)精密規(guī)整的核電站模型展現(xiàn)在眼前：右側(cè)建筑呈立式狀半圓柱形，底部是高聳直立的核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器，鋼穹頂上方放置著一個(gè)巨大的水箱；左側(cè)建筑內(nèi)部管道如同血管般蜿蜒，源源不斷地輸送蒸汽，以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。
這正是中國(guó)自主設(shè)計(jì)的大功率核電機(jī)組“國(guó)和一號(hào)”的1:60模型，在日前上海舉辦的“2023中國(guó)品牌日”活動(dòng)上亮相。
“國(guó)和一號(hào)”即CAP1400壓水堆技術(shù)，是中國(guó)在引進(jìn)、消化吸收第三代先進(jìn)核電AP1000非能動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)再創(chuàng)新形成的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電型號(hào)。
2020年9月28日，國(guó)家電投正式發(fā)布“國(guó)和一號(hào)”，標(biāo)志著該技術(shù)終于完成研發(fā)。國(guó)家電投也由此掌握了第三代非能動(dòng)核電技術(shù)。
第三代核電是當(dāng)今世界核電發(fā)展的主流技術(shù)。中國(guó)目前主要在發(fā)展的三代核電技術(shù)包括歐洲壓水反應(yīng)堆（EPR）、美國(guó)西屋AP1000、俄羅斯改進(jìn)VVER，以及“華龍一號(hào)”和“國(guó)和一號(hào)”，后兩者中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
作為全球最大的非能動(dòng)壓水堆核電站，“國(guó)和一號(hào)”單機(jī)組輸出功率約1500兆瓦，年發(fā)電量可以滿足超過(guò)2200萬(wàn)居民的年用電需求。在山東省威海市榮成石島灣核電站，“國(guó)和一號(hào)”示范工程一期兩臺(tái)機(jī)組的建設(shè)工作正在推進(jìn)中。
關(guān)鍵的非能動(dòng)技術(shù)
“國(guó)和一號(hào)”的研發(fā)工作歷經(jīng)了12年。
2008年2月，國(guó)務(wù)院第209次常務(wù)會(huì)議上通過(guò)重大專項(xiàng)總體實(shí)施方案，將CAP1400的研發(fā)和示范工程建設(shè)列為國(guó)家科技重大專項(xiàng)的重點(diǎn)任務(wù)。“國(guó)和一號(hào)”的研發(fā)工作自此正式啟動(dòng)。
2014年1月，該技術(shù)初步設(shè)計(jì)通過(guò)國(guó)家能源局評(píng)審；2016年2月，通過(guò)國(guó)內(nèi)聯(lián)合安全審評(píng)；2016年4月，通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通用安全審評(píng)，獲得國(guó)際認(rèn)可；2020年9月正式對(duì)外發(fā)布。
區(qū)別于中國(guó)完全自主設(shè)計(jì)研發(fā)的核電技術(shù)“華龍一號(hào)”，“國(guó)和一號(hào)”核島擁有一頂顯眼的“帽子”。這實(shí)際上是一個(gè)裝著3000多噸冷卻水的超大水箱，是AP1000非能動(dòng)核安全設(shè)計(jì)理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
所謂“非能動(dòng)”，是利用可靠的自然界規(guī)律及物理特性來(lái)設(shè)計(jì)不依賴外部動(dòng)力的系統(tǒng)，在事故工況下不依靠電能等外部動(dòng)力即可保證核電廠安全。
“國(guó)和一號(hào)”總設(shè)計(jì)師鄭明光曾表示，先進(jìn)三代核電消除了大規(guī)模放射性釋放的可能性，排除了核電風(fēng)險(xiǎn)對(duì)環(huán)境與公眾的放射性危害。
“國(guó)和一號(hào)”在AP1000的非能動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)事故下全部核電廠安全功能，包括控制棒自動(dòng)下落中斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、注水冷卻和帶走堆芯余熱，以及雙層安全殼包容放射性物質(zhì)等多重保障。
一旦事故發(fā)生，最頂端水箱中的冷卻水會(huì)在重力作用下下流，冷卻安全殼，從而保證安全殼不超壓并迅速降壓。內(nèi)層鋼制安全殼同時(shí)作為熱交換的表面，將安全殼內(nèi)部的熱量發(fā)散到大氣中。
“外層鋼筋混凝土屏蔽廠房厚度達(dá)到1.1米，可以有效抗擊如臺(tái)風(fēng)或海嘯這樣的外部侵害。”上海核工院的工作人員對(duì)界面新聞表示，這甚至也可以抵抗類似波音737飛機(jī)的撞擊。
上海核工院始建于1970年2月8日，前身為“七二八工程設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)院院”，主營(yíng)核電研發(fā)、設(shè)計(jì)和工程建設(shè)管理服務(wù)等，由國(guó)家電投控股。
據(jù)上述工作人員介紹，在電廠斷電狀況下，“國(guó)和一號(hào)”反應(yīng)堆能在事故發(fā)生72小時(shí)內(nèi)無(wú)須人工干預(yù)自動(dòng)保證安全。
由于采用了完全非能動(dòng)設(shè)計(jì)理念，“國(guó)和一號(hào)”做了許多“減法”，相比傳統(tǒng)電廠整體閥門減少50%、管道減少80%，電纜減少70%。
此外，為了消除因軸封失效導(dǎo)致失水事故的可能性，“國(guó)和一號(hào)”示范工程采用了無(wú)軸封主泵，即濕澆組主泵與屏蔽主泵兩條技術(shù)路線，分別應(yīng)用于1號(hào)機(jī)組與2號(hào)機(jī)組。
主泵是核反應(yīng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，提供反應(yīng)堆冷卻劑的循環(huán)驅(qū)動(dòng)力，是核電站正常功率運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力保障，又被稱為核電站的“心臟”。
“‘國(guó)和一號(hào)’采用的是全密封的泵，是完全內(nèi)生的動(dòng)力來(lái)源，不需要外部再加電機(jī)驅(qū)動(dòng)?！必?fù)責(zé)研發(fā)濕澆組主泵的上海電氣凱士比核電泵閥有限公司總經(jīng)理助理金樂告訴界面新聞，由于泵的所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件都在壓力邊界范圍之內(nèi)，所以安全性能會(huì)有一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。
國(guó)產(chǎn)化能力將達(dá)100%
“‘國(guó)和一號(hào)’的蒸發(fā)器是目前全球壓水堆中最大的，高度約25米，U型管數(shù)量12600余根，重量達(dá)到800余噸?！鄙虾ｋ姎夂穗娂夹g(shù)部副部長(zhǎng)和廣慶對(duì)包括界面新聞在內(nèi)的記者描述道，這是一個(gè)非常精密、大型且復(fù)雜的設(shè)備。
蒸汽發(fā)生器是核島內(nèi)的主設(shè)備之一，為核電站一二回路的邊界，作用是將堆芯產(chǎn)生的熱量傳遞給二次側(cè)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)干燥后推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，被稱為“核電之肺”。
和廣慶表示，該臺(tái)蒸發(fā)器研制過(guò)程中共攻克關(guān)鍵制造及檢測(cè)技術(shù)38項(xiàng)，幾乎達(dá)到100%的國(guó)產(chǎn)化率。其中如管板深孔加工的???難度比AP1000的場(chǎng)景下提高10%，比“華龍一號(hào)”等三代核電堆型提高50%。
從“肺”，到“心臟”主泵，再到堆芯的燃料組件、大鍛件、690U型管，在十余年的研發(fā)攻關(guān)后，“國(guó)和一號(hào)”當(dāng)前整體國(guó)產(chǎn)化能力已達(dá)90%以上。
2月28日，由國(guó)家電投主辦的“國(guó)和一號(hào)”產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟成立，聲明在2023年，全面實(shí)現(xiàn)100%設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力。
到2025年，建成“技術(shù)上最先進(jìn)最安全、裝備上完全自主可控、經(jīng)濟(jì)上有顯著競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)”的三代核電產(chǎn)業(yè)鏈，支撐“國(guó)和一號(hào)”和非能動(dòng)系列型號(hào)健康可持續(xù)發(fā)展。
設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力的提升能夠解決設(shè)備交付風(fēng)險(xiǎn)方面的問(wèn)題，也能有效降本。
寶銀特種鋼管有限公司副總經(jīng)理吳青松也告訴界面新聞，過(guò)去二代核電時(shí)期，690U型傳熱管技術(shù)被日本和法國(guó)等國(guó)際企業(yè)壟斷，中國(guó)進(jìn)口價(jià)格達(dá)到220萬(wàn)元/噸。
“國(guó)產(chǎn)化后，目前寶銀的三代U型傳熱管銷售價(jià)為60萬(wàn)-80萬(wàn)元/噸，僅為二代時(shí)期進(jìn)口價(jià)的三分之一?！眳乔嗨烧f(shuō)。
在形成國(guó)內(nèi)核電堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)鏈后，包括“國(guó)和一號(hào)”在內(nèi)的核電站批量化建設(shè)有望提速。
上海核工院資料顯示，“國(guó)和一號(hào)”采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化建造、開頂法施工、集成式供應(yīng)等，批量化建造后，核電項(xiàng)目建造周期可至56個(gè)月。