5月8日，東海之濱，“走進(jìn)新國企”中核集團(tuán)“向新向綠向未來·華龍十年”融媒體開放活動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)成了一道獨特的工業(yè)風(fēng)景線。其中，5、6號機(jī)組——華龍一號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，華龍一號全球首堆示范工程——福清核電5號機(jī)組正式開工建設(shè)，標(biāo)志著我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電技術(shù)實現(xiàn)了從0到1的突破。
十年磨一劍，目前華龍一號國內(nèi)外在運在建機(jī)組總數(shù)達(dá)41臺，是全球在運在建機(jī)組總數(shù)最多的三代核電技術(shù)，成為中國核電走向世界的“國家名片”。
回首來時路，讓人不禁好奇：這條“核動力巨龍”是如何誕生，并持續(xù)生長壯大的？
仔細(xì)觀察這條“核動力巨龍”，它身上的心臟、主動脈、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)通過核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱能，提供源源不斷的能量。
“華龍一號獨創(chuàng)性地采用由我們自主研發(fā)設(shè)計的‘177堆芯布置’。”來自成都的中國核動力研究設(shè)計院華龍一號副總設(shè)計師劉昌文說。
何為“177堆芯布置”？這正是華龍一號的技術(shù)起源。
1996年，核動力院老院長張森如召集了10多位年輕的技術(shù)骨干從成都回到了中國第一代核潛艇研發(fā)基地——909基地，對中國自主的百萬千瓦核電技術(shù)開展封閉式研討。
彼時，我國的秦山二期核電站功率僅為65萬千瓦，放眼國際，百萬千瓦核電機(jī)組將成為主流。百萬千瓦級，意味著從堆芯布置開始就要“從頭來過”，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，法國的百萬千瓦核電機(jī)組就裝填了157組燃料組件，稱為“157堆芯”。
“不想被淘汰，就得向這個目標(biāo)發(fā)起挑戰(zhàn)。”劉昌文說，這次討論決定了中國核電自主化的技術(shù)方向，為華龍一號埋下了希望的“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)過一系列“頭腦風(fēng)暴”，討論、計算、驗證……核動力院最終確定了“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。
具體來說，就是在國外通用的157根燃料組件的基礎(chǔ)上，每個象限增加5根燃料組件，形成“177堆芯”的創(chuàng)新設(shè)計。這一創(chuàng)新使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月，將核電廠可利用率提高至90%以上，同時降低了單個組件的發(fā)熱功率，也就更安全。
1999年，中核集團(tuán)組織召開“100萬千瓦級核電機(jī)組概念設(shè)計專家論證會”，正式把CNP1000方案推向全國。
華龍一號全球首堆示范工程。華龍一號全球首堆示范工程。
華龍一號示范工程開建，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，對自主核電的發(fā)展而言，CP1000的攻關(guān)極為迫切，團(tuán)隊壓力很大。時任核動力院副院長吳琳與科研人員奮戰(zhàn)在一線，僅用一年就通過了國內(nèi)42名核電領(lǐng)域頂級專家評審，國家核安全局同意給CP1000批準(zhǔn)建設(shè)項目，并以福清核電5、6號機(jī)組為依托項目。
2011年3月8日，吳琳從成都趕到福清為項目開建做準(zhǔn)備。然而三天后，日本福島事故發(fā)生，代表中國自主核電發(fā)展最高水平的CP1000項目，被打上了“不再開工”的標(biāo)簽。
經(jīng)過一年多的焦灼等待和辛苦奔走，中核集團(tuán)啟動核電技術(shù)重點科技專項，重新布局核電技術(shù)研發(fā)、開展頂層設(shè)計。又經(jīng)過兩個月論證，核動力院最終確定了以ACP1000作為新的型號。它在CP1000的基礎(chǔ)上，增加了最先進(jìn)、要求最嚴(yán)苛的多項安全措施，這就是今天的華龍一號。
為達(dá)到全球最高安全要求，核動力院開創(chuàng)性地提出了“能動與非能動相結(jié)合”的安全設(shè)計理念。
“也就是在正常供電情況下，是能動的，設(shè)備會按照設(shè)置功能去執(zhí)行相關(guān)操作。”核動力院華龍一號項目副總師張曉華解釋，但當(dāng)全廠斷電的時候，系統(tǒng)就靠自然循環(huán)的力量來為堆芯降溫，這就是非能動。
當(dāng)時，國內(nèi)關(guān)于非能動系統(tǒng)的設(shè)計完全沒有參考，國外又嚴(yán)防死守，進(jìn)行技術(shù)封鎖。
張曉華說，團(tuán)隊在兩年時間內(nèi)獨立摸索，成功研發(fā)出了以非能動二次側(cè)余熱排除系統(tǒng)、非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)和能動與非能動相結(jié)合的堆腔注水冷卻系統(tǒng)為代表的非能動安全系統(tǒng)。
2020年11月27日凌晨，華龍一號全球首堆發(fā)出第一度電，這是中國核電邁出“由大到強(qiáng)”的重要一步。從此，中國核電可以挺直腰桿“走出去”。
華龍一號批量化工程開啟，今年首臺機(jī)組投入商運
今年1月1日0時17分，同樣在東海之畔，中核集團(tuán)福建漳州核電項目1號機(jī)組正式投入商業(yè)運行。這一次，華龍一號有了全新的名字——華龍一號批量化工程。
據(jù)介紹，在華龍一號投入建設(shè)后，中核集團(tuán)對其技術(shù)進(jìn)行了一次大融合、大升級。業(yè)內(nèi)人士說，這有利于中國核電技術(shù)更好地走出去。
“核電始終是一個以市場需求為導(dǎo)向的產(chǎn)品。”核動力院華龍一號批量化項目總設(shè)計師崔懷明說，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，又能展開良性競爭，促進(jìn)大家的積極性。“相較于華龍一號示范工程，批量化工程進(jìn)一步開展了設(shè)計優(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，核動力院的華龍一號批量化設(shè)計方案全面完成，并于2019年開工建設(shè)。“我們的對手，將來自全世界。”盡管世界范圍內(nèi)的核電競爭愈發(fā)激烈，崔懷明對華龍一號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”的絕對優(yōu)勢。
比如，批量化工程反應(yīng)堆功率提升了4.4%。崔懷明說，不要小看這個數(shù)字，一臺華龍一號機(jī)組每天的上網(wǎng)電價收入接近1000萬元。“也就是說，這個看似小小的提升，能讓每臺機(jī)組每天增加40余萬元的收入。”
此外，華龍一號示范工程福清5、6號機(jī)組的首循環(huán)長度（即首次換料周期）只有336天。為了提升經(jīng)濟(jì)性，華龍一號批量化工程首臺機(jī)組漳州1號將首循環(huán)長度延長到442天，運維成本降低，機(jī)組整體效率也得到提高。
當(dāng)前，核動力院正在加快研發(fā)華龍一號后續(xù)機(jī)型，接下來，華龍一號批量化團(tuán)隊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。
責(zé)任編輯： 江曉蓓
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