邢繼：建造安全標(biāo)準(zhǔn)最高的核電站

□ 本刊特約記者 鄭 蔚

2020年11月24日，邢繼獲“全國勞動模范”稱號

“2020年11月27日，我 國自主三代核電‘華龍一號’全球首堆——中核集團福清核電5號機組首次并網(wǎng)成功。這在核電站建設(shè)進程中是一個重大節(jié)點?！敝泻思瘓F首席專家、“華龍一號”總設(shè)計師、中國核電工程有限公司總工程師邢繼告訴記者。

福清在福州的南翼，依山面海。福清核電站向海而建。采用“華龍一號”技術(shù)建造的福清5號、6號機組的主廠房高達72米，外殼直徑為48米。遠遠望去，巍峨的穹頂或映著藍天白云，或襯著大海落日，氣勢十分壯觀。

“華龍一號”的成功研制，將使我國成為繼美、法、俄之后又一個具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)的國家。“‘華龍一號’將是世界上安全標(biāo)準(zhǔn)最高的核電站之一。”邢繼說。

福島核電事故警醒全行業(yè)

邢繼對2011年3月11日這一天的記憶特別深刻。這是所有核電行業(yè)從業(yè)人員都忘不了的一天。這一天，改寫了全世界關(guān)于核電安全的標(biāo)準(zhǔn)。

那天下午，日本時間14時46分，日本遭遇了里氏9.0級大地震。地震發(fā)生時，日本福島第一核電廠6臺機組中的1、2、3號機組正運行發(fā)電，4、5、6號機組在停堆檢修。地震導(dǎo)致核電廠所有的廠外供電喪失，3個正在運行的反應(yīng)堆自動停堆。按設(shè)計要求，廠內(nèi)應(yīng)急柴油發(fā)電機自動啟動，一切尚在可控狀態(tài)。

但地震發(fā)生46分鐘后，令人恐怖的災(zāi)難發(fā)生了：地震引發(fā)的海嘯卷起了超過14米的海浪，抵達日本東北海岸。海嘯以不可抵擋之勢淹沒了福島第一核電廠按照防護最大5.5米海浪建造的防御設(shè)施，涌入的海水侵襲了所有的核電機組。應(yīng)急柴油發(fā)電機電源、直流供電系統(tǒng)均遭遇滅頂之災(zāi)，核電廠頃刻之間喪失了所有的交直流電源。

“福島第一核電廠被海嘯襲擊的當(dāng)天，我正在北京參加引進美國西屋公司AP1000核電技術(shù)的簽約儀式。正在簽約時，得知日本發(fā)生大地震的消息。簽約現(xiàn)場都是我們核電行業(yè)的人，立即就開始擔(dān)心日本核電站的安危。”邢繼回憶說。

而福島正無法抗拒地走向恐怖的深淵：由于電力完全喪失，外部救援無法實施，1、2、3、4號機組的堆芯迅速升溫，鋯金屬包殼在高溫下與水作用產(chǎn)生了大量氫氣。次日下午3時36分，1號機組燃料廠房發(fā)生氫氣爆炸；14日11時01分，3號機組燃料廠房又發(fā)生氫氣爆炸；15日6時，4號機組燃料廠房發(fā)生氫氣爆炸，大量放射性物質(zhì)向周邊泄漏。

“福島核事故從核電站斷電斷水導(dǎo)致堆芯熔毀，再到鋯-水反應(yīng)引發(fā)氫氣爆炸，每一步的惡化都沒有超出人們的認識和預(yù)計，再現(xiàn)和印證了人們對嚴重核事故后惡化現(xiàn)象的認知?！毙侠^說，“它也再次印證了墨菲定律，那些我們原先認為概率很低的事故，似乎不可能發(fā)生的事故，依然有可能發(fā)生。”

福島核事故舉世震驚，全球原本高速發(fā)展的核電快車幾乎同時被踩下了“剎車”。有的西方國家因此宣布從此不再發(fā)展核能。中國政府的反應(yīng)是非常迅速的，3月16日，福島核事故還沒有消停，國務(wù)院就召開會議決定立即對我國核電站進行全面的安全檢查，同時全面審查在建核電廠，暫停審批新上核電項目。國家核安全局在下達的《福島核事故后核電廠改進行動通用技術(shù)要求》中，提出了更高的安全標(biāo)準(zhǔn)。

“當(dāng)時，挫折感確實很大。為了CP1000核電項目，我們中核集團奮斗了十多年，已經(jīng)通過了國家核安全局的嚴格審定，眼看具有三代特征的CP1000項目要正式開工，福清核電廠都已經(jīng)準(zhǔn)備給機組澆筑第一方混凝土了，突然項目被叫停。但即使在這樣的非常時刻，我始終認為中國需要核電，國家發(fā)展核電的大方向不會改變，改變的只是政府對核安全的要求更高了。”邢繼說，“我當(dāng)時想的是如何盡快地把團隊從迷茫失落的氛圍中拉出來，按照國家提出的‘建造國際上安全標(biāo)準(zhǔn)最高的核電站’的要求，和同事們一起拿出安全標(biāo)準(zhǔn)更高的設(shè)計方案，這就是后來的‘華龍一號’?！?/p>

“福島核事故，確實讓整個核電行業(yè)警醒了很多。正是歷次核事故的慘痛教訓(xùn)，讓行業(yè)不斷摸索核電怎么能更加安全的理論和方法?！毙侠^說。

在2012年3月的核安全峰會上，中國政府宣布“在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電”的核電發(fā)展戰(zhàn)略。中國核電人有了明確方向：我國仍將大力發(fā)展核電，但必須是“更安全的核電”！

打造獨特的“縱深防御”

“核電站設(shè)計師和火電站設(shè)計師最大的區(qū)別，就是我們設(shè)計時主要的關(guān)注點不是發(fā)電，而是如何確保核安全。因此，核電站作為投資密集型產(chǎn)業(yè)，它一半的投資是用在確保核安全上的?！毙侠^說，“我們核電站最重要的一個安全理論叫‘縱深防御’，就是對可能的核事故層層設(shè)防，確保核安全的可靠性，避免核事故發(fā)生?！?/p>

“華龍一號”最大的特征是“能動和非能動相結(jié)合的安全系統(tǒng)”，正是這一系統(tǒng)使它成為國際上安全標(biāo)準(zhǔn)最高的核電站之一。邢繼介紹說：“福島核電站的安全設(shè)計只有能動安全系統(tǒng)，它必須依靠電力來實現(xiàn)和保障安全；一旦失去電力，整個安全系統(tǒng)就癱瘓了。所以我們設(shè)計核電站時，提出了‘冗余設(shè)計’，就是只有一套交流電源不夠，還要有第二套交流電源，甚至2套直流電源備用；但如果備份電源離得很近，很可能同時被損壞，因此備份系統(tǒng)要保持足夠的距離，這叫‘實體隔離’?？梢坏畬嶓w隔離’還不夠，所有能動型的交直流電源都喪失了，就必須有不依靠電力就能發(fā)揮安全作用的非能動安全措施，這叫‘多樣化原則’?！?/p>

何為“非能動系統(tǒng)”？就是不依賴電源，而是利用重力、溫差、密度差這樣的自然驅(qū)動力來實現(xiàn)流體的流動和傳熱等功能的設(shè)施。假如“華龍一號”機組遭遇停電事故，安全殼非能動熱量導(dǎo)出系統(tǒng)將會啟動，3個冷卻水箱總共裝有2700噸冷卻水，將作為安全殼內(nèi)釋熱的最后的冷卻手段。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力降到一定數(shù)值時，水箱將自動向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注入含硼水以保證堆芯的冷卻。

“‘華龍一號’在最主要的三道安全屏障上，都設(shè)置了‘能動+非能動’的安全系統(tǒng)?！毙侠^說，“這三道安全屏障，從內(nèi)到外，最里層的是核燃料芯塊的包殼，鈾235芯塊被金屬殼包裹，只要金屬管不破損，放射性物質(zhì)就不會被泄漏；第二道屏障是一回路承壓邊界，它必須能承受高溫高壓。一回路的主要構(gòu)件有反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、主管道、主泵、穩(wěn)壓器等等，通過蒸汽發(fā)生器把二回路的水加熱成蒸汽，從而驅(qū)動汽輪機發(fā)電。整個反應(yīng)堆的一回路構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)，其承壓的邊界就是包容放射性物質(zhì)的第二道屏障。第三道屏障就是反應(yīng)堆廠房的安全殼，它是一個預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，可以承受前兩道屏障失控引發(fā)的高溫高壓，包容從前兩道安全屏障里泄漏的放射性物質(zhì)。在安全殼的設(shè)計上，還考慮了應(yīng)對各種自然災(zāi)害和極端事件，所以設(shè)計成大容量的雙層安全殼?！?/p>

正是這三道實體屏障與其他安全系統(tǒng)的共同作用，構(gòu)成了“華龍一號”的“縱深防御”體系。

自主創(chuàng)新是立足世界之本

“作為總設(shè)計師，‘能動+非能動’的安全系統(tǒng)是不是您的創(chuàng)意？”記者問邢繼。

“這不是我個人的創(chuàng)意，是我國幾代核電科研人員在學(xué)習(xí)和探索中逐漸形成的，是集體智慧的結(jié)晶。”邢繼坦誠地說，“從1999年起，中核集團就啟動了百萬千瓦級壓水堆核電廠的概念設(shè)計，最早提出了CNP1000，后來又發(fā)展為CP1000和ACP1000；同時，中廣核也自主研發(fā)了采用157組燃料組件的三代核電品牌ACRP1000。2013年4月，國家能源局主持召開了自主創(chuàng)新三代核電技術(shù)合作協(xié)調(diào)會，中核集團和中廣核同意將ACP1000和ACP1000+融合，聯(lián)合開發(fā)‘華龍一號’?！?/p>

2014年8月22日，國家能源局和國家核安全局聯(lián)合專家評審?fù)ㄟ^了‘華龍一號’總體技術(shù)方案。2015年5月7日，中國自主三代核電技術(shù)“華龍一號”首堆示范工程——中核集團福清核電站5號機組正式開工建設(shè)。計劃建設(shè)周期72個月，目前有望提前完成。

針對記者“為什么我國必須發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)”的提問，邢繼說：“我國已向世界作出了2030年二氧化碳排放達到峰值，非化石能源比重達到20%的莊嚴承諾。截至‘十二五’末，我國能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占比64%，非化石能源占比12%，其中核電僅為2%左右。能源結(jié)構(gòu)的不合理導(dǎo)致環(huán)保問題日益突出，我國能源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整。核電作為清潔能源和非化石能源的主力能源，在治理霧霾方面具有重要作用。一臺百萬千瓦核電機組與一般同等規(guī)模燃煤電廠相比，每年可減排二氧化碳約600萬噸，環(huán)保效應(yīng)非常明顯?！?/p>

他接著介紹：“核電產(chǎn)業(yè)是高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是一個國家核心競爭力的重要體現(xiàn)和標(biāo)志?！A龍一號’包含6萬多臺套設(shè)備，涉及設(shè)備供應(yīng)商5300多家，對我國高端裝備制造業(yè)的整體轉(zhuǎn)型升級意義也十分重大。而且，核電‘走出去’已成為國家戰(zhàn)略。有了‘華龍一號’，中國核電走出去將從‘借船出?！呦颉齑龊！?，于國、于民、于能源發(fā)展，都意義重大。目前，中核集團已出口3臺‘華龍一號’，有2臺已開工建設(shè)。據(jù)測算，我們每出口1臺核電機組相當(dāng)于出口30萬輛汽車，能拉動裝備制造和設(shè)計超過數(shù)百億元人民幣，全壽命周期超過千億元人民幣?！?/p>

在采訪結(jié)束前，邢繼強調(diào)：“‘華龍一號’獲得了743件專利、120項軟件著作權(quán)。真正的核心技術(shù)只能靠我們自己創(chuàng)造。尤其在當(dāng)前百年一遇的世界大變局下，沒有核心技術(shù)，就會受制于人。自主創(chuàng)新是立足世界之本，我們必須有這個底線思維?！?/p>