騰飛吧，中國的核電巨龍！
——祝賀“華龍一號”全球首堆正式商運(yùn)

○文 閔

繼2020 年9 月28 日，標(biāo)志我國三代核電自主化成果的“國和一號”正式發(fā)布之后，2021 年1 月30 日，我國核電領(lǐng)域又迎來最新進(jìn)展——全球第一臺“華龍一號”三代核電機(jī)組的福清核電5 號機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。這標(biāo)志著我國打破了國外核電技術(shù)的壟斷，成為擁有獨(dú)立自主三代核電技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的國家。

什么是核電？

金山銀山不如青山綠水，綠水青山就是金山銀山。這兩句話生動闡釋了21 世紀(jì)人們對經(jīng)濟(jì)與生態(tài)之間關(guān)系的認(rèn)識與選擇。隨著人類社會發(fā)展進(jìn)程的加快，從利用太陽能、木柴，到煤、石油、天然氣等化石能源，我們對能源的利用也在不斷變化。人口快速增加以及人們生活水平的提升，對能源的需求也大幅增加，進(jìn)而引發(fā)能源危機(jī)及環(huán)境惡化等系列問題，依賴現(xiàn)有的化石能源已不足以支撐全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。在尋找替代能源的過程中，人們開始越來越重視核能。

核能發(fā)電就是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電。它與火力發(fā)電極其相似，均是熱能、機(jī)械能、電能之間的能量轉(zhuǎn)換過程。不同之處主要是熱源部分，核能發(fā)電以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能，利用核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱至高溫高壓，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。作為保障能源安全和應(yīng)對氣候變化的重要途徑，安全、和平利用核能事業(yè)如同普羅米修斯帶到人間的火種，為人類發(fā)展點(diǎn)燃了希望之火，拓展了美好前景。

1951 年8 月，美國原子能委員會在愛達(dá)荷州進(jìn)行了世界上第一次核能發(fā)電實驗并獲得成功。1954 年，蘇聯(lián)建成了世界上第一座實驗核電站，發(fā)電功率5000kW。伴隨著核濃縮技術(shù)的發(fā)展，到1966 年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本，核能發(fā)電真正邁入實用階段。20 世紀(jì)80 年代，因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快了，我國也于此期開始興建核電站。自2006 年起，我國開始實施三代核電自主化戰(zhàn)略。

核電的優(yōu)缺點(diǎn)

世界上任何一個事物都有兩面性，有優(yōu)點(diǎn)就一定會有缺點(diǎn)，核能發(fā)電也不例外。它在經(jīng)濟(jì)、有效緩解能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境等方面有顯著優(yōu)勢，但也有技術(shù)、安全等方面的風(fēng)險。

我們先來看看核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)。第一，資源豐富。地球上核燃料資源豐富，僅鈾的已知儲量就約為417 萬噸。如果我們掌握了核聚變反應(yīng)技術(shù)，使用海水作燃料，則更是取之不盡，用之不竭。第二，經(jīng)濟(jì)高效。核燃料體積小但能量很大，1000 克鈾釋放的能量相當(dāng)于2400 噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的能量。和傳統(tǒng)發(fā)電相比，核能發(fā)電的成本便宜許多。第三，相對環(huán)保。核電站設(shè)置了層層屏障，基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)，放射性污染也比燒煤發(fā)電站少得多。據(jù)統(tǒng)計，核電站正常運(yùn)行的時候，一年給居民帶來的放射性影響，還不到一次X 光透視所受的劑量。核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。

雖然核能發(fā)電有如上種種優(yōu)點(diǎn)，但截至目前為止，世界上只有少數(shù)國家利用核電，為什么？第一，科技關(guān)。實現(xiàn)核能發(fā)電需要克服重重科技難關(guān)，包括如何實現(xiàn)安全可控核反應(yīng)，核反應(yīng)后的放射性廢料如何安全處理，如何有效保障工作人員及密切接觸者的安全等。第二，安全關(guān)。從第一座核電站建成以來，全世界投入運(yùn)行的核電站達(dá)400 多座，30 多年來基本上是安全正常的。但1979 年美國三里島壓水堆核電站事故和1986 年蘇聯(lián)切爾諾貝利石墨沸水堆核電站事故，以及最近的日本福島核電站事故都留下慘痛的記憶。隨著壓水堆的進(jìn)一步改進(jìn)，核電站會變得更加安全。第三，政治關(guān)。發(fā)展核技術(shù)及興建核電站較易引發(fā)政治歧見與紛爭。第四，熱污染。核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故核能發(fā)電廠的熱污染較嚴(yán)重。第五，財務(wù)風(fēng)險高。核能發(fā)電廠投資成本太大，財務(wù)風(fēng)險較高。

走向自主創(chuàng)新的中國核電

上世紀(jì)90 年代，我國在建設(shè)大亞灣核電站時，幾乎所有的技術(shù)都是從國外引進(jìn)，核電建設(shè)所需的原材料甚至混凝土都是從國外進(jìn)口。經(jīng)過這三十年來相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的科研、技術(shù)等人員的共同努力，我國終于打破了國外核電技術(shù)的壟斷，形成了自主、完整的核電知識產(chǎn)權(quán)體系，躋身世界前列。

“我國核電發(fā)展的一個靈魂性思想，就是堅定不移走自主創(chuàng)新的道路?！敝泻思瘓F(tuán)黨組書記、董事長余劍鋒說，“對于關(guān)鍵核心技術(shù)，我們都一件件進(jìn)行了突破，沒有‘卡脖子’的問題?！?/p>

2021 年1 月30 日，在福建福清，全球第一臺“華龍一號”核電機(jī)組——中核集團(tuán)福建福清核電5 號機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。根據(jù)中國核電公告，福清核電5 號機(jī)組額定容量116.1 萬千瓦。投運(yùn)后，公司控股在運(yùn)核電機(jī)組數(shù)增至23 臺，控股在運(yùn)機(jī)組裝機(jī)容量由2023.0 萬千瓦增至2139.1 萬千瓦。這是我國推動綠色低碳發(fā)展，助力國內(nèi)國際雙循環(huán)新發(fā)展格局征程中的具有里程碑意義的重大事件，將會大幅提升中國核電的行業(yè)競爭力。

2015 年5 月7 日是“華龍一號”全球首堆正式開工建設(shè)的日子。在之后的兩千多個日夜里，上千人的研發(fā)設(shè)計團(tuán)隊、5300 多家設(shè)備供貨廠家、近20 萬人先后參與項目建設(shè)……這是一座創(chuàng)造性的超級工程，更是一張閃光的國家名片。由此產(chǎn)生了國內(nèi)專利716 件、國際專利65 件、海外商標(biāo)200余件、軟件著作權(quán)125 項、核心科研報告1500 余篇以及海量的科技創(chuàng)新論文……如今，“華龍一號”首堆所有核心設(shè)備均已實現(xiàn)國產(chǎn)，所有設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)88%。“華龍一號”已形成一套完整的、自主的型號標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋核電廠設(shè)計、設(shè)備、建設(shè)、調(diào)試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號”批量化建設(shè)和“走出去”。

中核集團(tuán)“華龍一號”總設(shè)計師邢繼說：“研發(fā)完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一個型號，是我們中國核電人的夢想。”每一項核心技術(shù)都是一座需要攻克的山頭，一個閥門都可能成為“攔路虎”?！叭A龍一號”用到的閥門高達(dá)1.8 萬臺。閥門雖然看起來不起眼，但對實現(xiàn)核電站復(fù)雜的系統(tǒng)功能作用卻不小?！叭A龍一號”全球首堆是“三新”工程，新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，閥門設(shè)計要求都發(fā)生了變化?，F(xiàn)有國外成熟的閥門無法滿足新系統(tǒng)，這要求在短時間內(nèi)設(shè)計制造出能完全符合“華龍一號”性能要求的閥門。一次次試驗、一項項對比……研發(fā)設(shè)計單位聯(lián)合國內(nèi)閥門供貨商開展了多項橫向科研，實現(xiàn)了所有關(guān)鍵閥門的樣品研發(fā)、鑒定和產(chǎn)品供貨，打破了高端閥門國外供貨商長期壟斷的局面。從主泵、壓力容器到蒸汽發(fā)生器，從閥門、電纜到控制柜，從抗震性能提升到抗大飛機(jī)撞擊設(shè)計，這樣的創(chuàng)新故事在“華龍一號”身上從不欠缺。

一般大眾談“核”色變。核能實在是威力巨大，如果掌控得好，能發(fā)揮巨大的作用；但是一旦失控，造成的災(zāi)難也是無法想象的。核能發(fā)電也是如此，切爾諾貝利、日本福島等核事故給大眾心里蒙上一層陰影。因此，安不安全，是核電站建設(shè)運(yùn)營單位和公眾最為關(guān)注的問題。

為了展示“華龍一號”反應(yīng)堆的安全性，工作人員展示了一架噴氣式客機(jī)俯沖撞向核電站的模擬場景，以此表示其能抵御恐怖襲擊。這也是很多國人的顧慮，要是潛在對手攻擊核電站怎么辦？首先，誰敢炸核電站就等同挑起核戰(zhàn)爭，不會獲得國際任何同情；其次，不要小看我們的防空系統(tǒng)；最后，在遭受攻擊、哪怕已經(jīng)沒人管理了，“華龍一號”也會利用地球重力等主動關(guān)閉反應(yīng)堆。

“華龍一號”達(dá)到目前世界最高核安全標(biāo)準(zhǔn)。首先，“華龍一號”采取了“能動+非能動”的雙重安全系統(tǒng)，既有“能動”的成熟穩(wěn)定，也有“非能動”在喪失電源情況下的獨(dú)特優(yōu)勢。“能動”，即靠電來驅(qū)動安全系統(tǒng)，保障核電站運(yùn)行。如果在極端情況下，核電站斷電了，這時“非能動”就能派上用場?！胺悄軇印本褪强孔匀涣α縼眚?qū)動安全系統(tǒng)。“華龍一號”可以依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來驅(qū)動安全系統(tǒng)，通過蒸發(fā)、冷凝、對流、自然循環(huán)等自然過程帶走熱量。

此外，“華龍一號”采用了雙層安全殼的設(shè)計，外層可抵御大飛機(jī)的撞擊，內(nèi)層可做到即使堆芯出現(xiàn)問題，放射性物質(zhì)也不會泄漏出來?！叭A龍一號”充分吸取了切爾諾貝利、日本福島等核事故的經(jīng)驗教訓(xùn)，即使遇到福島核事故那樣的極端自然災(zāi)害，地震和海嘯疊加發(fā)生，“華龍一號”機(jī)組也能保證安全，而且能快速恢復(fù)運(yùn)行，不會發(fā)生福島核事故那樣的情況。

還有，“華龍一號”采用177 堆芯設(shè)計，將堆芯燃料組件數(shù)量從157 組增加到177組。這不只是單純的燃料組件數(shù)量的提高，在增加發(fā)電能力的同時，也提高了運(yùn)行的安全裕量。

2020 年9 月，國家核準(zhǔn)了采用“華龍一號”三代核電技術(shù)的海南昌江核電二期工程和浙江三澳核電一期工程。目前，“華龍一號”在我國已經(jīng)開始批量化建設(shè)。“華龍一號”每臺機(jī)組每年發(fā)電近100 億度，能夠滿足中等發(fā)達(dá)國家100 萬人口的年度生產(chǎn)和生活用電需求，相當(dāng)于每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸。

要做好碳達(dá)峰、碳中和工作，能源轉(zhuǎn)型勢在必行。核電是低碳能源，可以跟風(fēng)電、太陽能發(fā)電等結(jié)合起來，為碳減排作出貢獻(xiàn)。核工業(yè)的發(fā)展不僅有助于解決能源問題，未來也會為醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)等帶來一些變化。