我國(guó)核電經(jīng)歷了從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的自主發(fā)展歷程，同時(shí)成功實(shí)現(xiàn)了從發(fā)電到多元化綜合利用的蛻變。

▲漳州核電基地 中核集團(tuán)/供圖

驅(qū)車進(jìn)入漳州核電基地，經(jīng)過(guò)安檢后，繁忙有序的景象隨即映入眼簾——漳州核電1、2號(hào)機(jī)組的灰色核島并排矗立，各類機(jī)器正在施工，身穿不同工服的工人正緊張有序地穿梭于施工現(xiàn)場(chǎng)，“華龍一號(hào)”批量化建設(shè)項(xiàng)目已然拔地而起。置身基地遠(yuǎn)眺，對(duì)面半山腰上，徐徐旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉片與如火如荼建設(shè)的核電站遙相呼應(yīng)。

日前，《中國(guó)能源報(bào)》記者走進(jìn)中國(guó)核動(dòng)力院、秦山核電基地、福清核電基地及漳州核電基地，實(shí)地探尋自秦山核電站成功并網(wǎng)三十余年來(lái)，我國(guó)核電從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的自主發(fā)展歷程，同時(shí)成功實(shí)現(xiàn)從發(fā)電到多元化綜合利用的蛻變。

從“跟著跑”到“領(lǐng)著跑”

“一回路反應(yīng)堆功率穩(wěn)定”“汽輪機(jī)各項(xiàng)參數(shù)正常”“蒸發(fā)器水位穩(wěn)定”“所有參數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”。華龍一號(hào)首批女操縱員孟曉薇(角色名)激動(dòng)地說(shuō)：“我宣布，華龍一號(hào)全球首堆于2020年11月27日零點(diǎn)四十一分首次并網(wǎng)成功!”

這是電視劇《許你萬(wàn)家燈火》中展現(xiàn)我國(guó)自主三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”首次成功并網(wǎng)發(fā)電的片段。這部電視劇用32集講述了“華龍一號(hào)”從設(shè)計(jì)建造到成功并網(wǎng)發(fā)電的故事。但對(duì)真切參與“華龍一號(hào)”項(xiàng)目的核電人而言，從1996年“177堆芯”方案提出，到2020年首次并網(wǎng)，再到2021年正式投入商運(yùn)，他們經(jīng)歷的是風(fēng)雨兼程的25年。

秦山核電站是中國(guó)核電的起步之地，于1985年開工建造。“對(duì)當(dāng)時(shí)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)30萬(wàn)千瓦級(jí)核電站是摸著石頭過(guò)河。” 秦山核電總監(jiān)朱曉斌告訴《中國(guó)能源報(bào)》記者，“那時(shí)，中國(guó)的核電不僅受國(guó)際環(huán)境的限制，本身還缺少全方位的人員培訓(xùn)、管理體系及軟件開發(fā)框架。作為首批高級(jí)操縱員，我們都是去國(guó)外學(xué)習(xí)。那時(shí)候英語(yǔ)好的人沒(méi)幾個(gè)，要用英語(yǔ)學(xué)習(xí)和操作，更是難上加難。”

從1991年秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電，到如今9臺(tái)機(jī)組總裝機(jī)容量666萬(wàn)千瓦核電機(jī)組，年發(fā)電量約520億千瓦時(shí)……秦山核電基地實(shí)現(xiàn)了中國(guó)大陸核電“零的突破”，更見證了我國(guó)核電技術(shù)更迭升級(jí)、多堆型多機(jī)組安全高質(zhì)量建造運(yùn)營(yíng)的發(fā)展歷程。

作為我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行管理的第一座核電站， 秦山核電站成功投產(chǎn)后，彼時(shí)的中國(guó)核電人在思考——什么時(shí)候中國(guó)能有自己的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組?《中國(guó)能源報(bào)》記者在走訪過(guò)程中了解到，在秦山核電二期工程設(shè)計(jì)任務(wù)完成并順利開工后，時(shí)任中國(guó)核動(dòng)力院副院長(zhǎng)的張森如召集了十多位技術(shù)骨干，開展了設(shè)計(jì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組的討論。經(jīng)過(guò)一系列討論、計(jì)算、驗(yàn)證，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。

相較于二代和二代加核電，“華龍一號(hào)”在“177堆芯”的創(chuàng)新之上，為達(dá)到全球最高安全要求，開創(chuàng)性采用了“能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合”的安全設(shè)計(jì)理念。2021年，“華龍一號(hào)”全球首堆福清核電5號(hào)機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界第一方陣。“福清核電全面總結(jié)‘華龍一號(hào)’示范工程建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)，出版中英文《華龍一號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化管理手冊(cè)》《華龍一號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)手冊(cè)》，編撰《華龍一號(hào)示范工程創(chuàng)新與實(shí)踐系列叢書》，形成一整套可復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目管理體系，為后續(xù)核電建設(shè)提供可借鑒的‘華龍模式’。”福建福清核電有限公司運(yùn)行三處處長(zhǎng)朱金剛介紹到。

漳州核電則是“華龍一號(hào)”首個(gè)從示范工程走向批量化建設(shè)的項(xiàng)目，中核國(guó)電漳州能源有限公司工程管理處副處長(zhǎng)李輝忠介紹，漳州核電1、2號(hào)機(jī)組分別于2019年10月和2020年9月開工，項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)華龍機(jī)型核電機(jī)組。

“漳州核電一期工程在安全性和性能提升上實(shí)施了重要設(shè)計(jì)改進(jìn)49項(xiàng)，運(yùn)行優(yōu)化156項(xiàng)。”中核國(guó)電漳州能源有限公司工程計(jì)劃處進(jìn)度管理科副科長(zhǎng)歐勛向《中國(guó)能源報(bào)》記者說(shuō)。

如今，“華龍一號(hào)”作為“國(guó)家名片”走出國(guó)門，成功落地巴基斯坦等國(guó)，其中巴基斯坦卡拉奇2、3號(hào)機(jī)組已實(shí)現(xiàn)商運(yùn)，中核集團(tuán)也與多個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立了核電項(xiàng)目合作意向。

▲漳州核電基地 中核集團(tuán)/供圖

從“卡脖子”到“中國(guó)造”

核電技術(shù)創(chuàng)新，還體現(xiàn)在關(guān)鍵設(shè)備及安全管理系統(tǒng)的進(jìn)步。《中國(guó)能源報(bào)》記者在走訪中了解到，在我國(guó)核電技術(shù)迭代的研發(fā)過(guò)程中，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、軟件自主化的實(shí)現(xiàn)都經(jīng)歷了異常艱辛的攻關(guān)過(guò)程。

蒸汽發(fā)生器是核電站不可或缺的主要設(shè)備之一，被稱為“核電站之肺”。蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部零件達(dá)上萬(wàn)個(gè)且價(jià)格昂貴，動(dòng)輒就要花費(fèi)上億元人民幣。以往大型核電站蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在少數(shù)幾家國(guó)外設(shè)計(jì)公司手中，他們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期封鎖。為解決這一“瓶頸”，中國(guó)核動(dòng)力院堅(jiān)決啟動(dòng)了蒸汽發(fā)生器的技術(shù)攻關(guān)。

“決定進(jìn)行自主研發(fā)時(shí)，條件很艱苦，沒(méi)有經(jīng)費(fèi)自己籌，沒(méi)有試驗(yàn)設(shè)施自己建，我們第一個(gè)大型試驗(yàn)裝置就建在河南南陽(yáng)的油田里，借他們的高溫高壓蒸汽做試驗(yàn)。”“華龍一號(hào)”蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)總師張富源說(shuō)，僅僅27個(gè)月后，用于“華龍一號(hào)”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問(wèn)世，而美國(guó)、法國(guó)制造首臺(tái)三代核電蒸汽發(fā)生器的時(shí)間用了將近40個(gè)月。與此同時(shí)，與國(guó)外三代核電蒸汽發(fā)生器相比，ZH-65型蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽壓力更高、蒸汽濕度更低、經(jīng)濟(jì)性更好。

蒸汽發(fā)生器不是孤例。“華龍一號(hào)”的反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)建、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)造”。據(jù)了解，中國(guó)核動(dòng)力院在“華龍一號(hào)”方面共申請(qǐng)國(guó)內(nèi)專利270余件，國(guó)際專利30件，覆蓋了設(shè)計(jì)、燃料、設(shè)備、軟件等領(lǐng)域。

“‘華龍一號(hào)’示范工程國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到88%，機(jī)組自投入商運(yùn)以來(lái)始終保持安全運(yùn)行，充分驗(yàn)證了‘華龍一號(hào)’的安全性、先進(jìn)性和可靠性”。福建福清核電有限公司黨委宣傳部副部長(zhǎng)方勝杰說(shuō)。

此外，漳州核電1號(hào)機(jī)組還是國(guó)產(chǎn)安全級(jí)DCS“龍鱗系統(tǒng)”首次應(yīng)用的核電機(jī)組。DCS(Distributed Control System)即集散控制系統(tǒng)，被稱為核電站的“中樞神經(jīng)”，是核電站安全運(yùn)維的關(guān)鍵，可提供各種控制和保護(hù)手段及監(jiān)控信息，確保核電機(jī)組在不同工況下都能夠安全、可靠和有效運(yùn)行。

2013年，中國(guó)核動(dòng)力院?jiǎn)?dòng)“龍鱗”系統(tǒng)研發(fā)工作;2018年，“龍鱗”系統(tǒng)完成核心技術(shù)攻關(guān);2022年，在歷經(jīng)7年科技攻關(guān)和3年工程實(shí)踐后，漳州核電1號(hào)機(jī)組安全級(jí)DCS系統(tǒng)成功起運(yùn)交付。

“‘龍鱗’系統(tǒng)的應(yīng)用，使我國(guó)核電運(yùn)維在安全性和經(jīng)濟(jì)性上都有所突破，更是我國(guó)核電裝備制造能力提升的顯著標(biāo)志。”中核國(guó)電漳州能源有限公司設(shè)備采購(gòu)處副處長(zhǎng)江振標(biāo)感慨道。

▲漳州核電基地 中核集團(tuán)/供圖

從“核電”到“核能+”

梳理我國(guó)核電自“零的突破”到“核能+”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之路，從核能發(fā)電到核能綜合利用的脈絡(luò)已然清晰。

在秦山核電基地，浙江海鹽核能供熱示范工程利用該基地機(jī)組剩余熱功率向海鹽縣公建設(shè)施、居民小區(qū)及工業(yè)園區(qū)提供核能供熱。“核能供熱是由核電機(jī)組產(chǎn)生的熱能，通過(guò)多道熱閉式循環(huán)送至用戶。過(guò)程中只有熱量交換，沒(méi)有介質(zhì)交換。同時(shí)通過(guò)回路壓差設(shè)計(jì)、設(shè)置高精度監(jiān)測(cè)裝置等措施，確保核能供熱安全可靠。”秦山核電科技創(chuàng)新處主任工程師張?jiān)迫A介紹。

作為南方首個(gè)核能供熱項(xiàng)目，目前秦山核電核能供熱項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)海鹽縣城區(qū)3個(gè)居民小區(qū)穩(wěn)定可靠安全供熱。根據(jù)規(guī)劃，核能供熱項(xiàng)目全部建成投產(chǎn)，滿足400萬(wàn)平方米供熱需求。相對(duì)于南方地區(qū)用電取暖方式，每年可節(jié)約電能消耗1.96億度，相當(dāng)于每年可減少燃用標(biāo)煤約2.46萬(wàn)噸、減排二氧化硫1817噸、氮氧化物908噸、二氧化碳5.9萬(wàn)噸，對(duì)海鹽當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗有著重要意義。

作為目前我國(guó)堆型最豐富的核電基地，秦山核電三期重水堆除了發(fā)電，還可用于醫(yī)用同位素生產(chǎn)，這令《中國(guó)能源報(bào)》記者耳目一新。

“碳-14同位素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，如用于幽門螺旋桿菌檢測(cè)等。我國(guó)之前的碳-14同位素供應(yīng)幾乎全部依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴、供應(yīng)無(wú)法保障，已嚴(yán)重制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。秦山核電輻照生產(chǎn)碳-14同位素投產(chǎn)以后，年產(chǎn)量可滿足國(guó)內(nèi)需求并有盈余，可保證國(guó)內(nèi)需求，同時(shí)還能支撐部分出口。” 秦山核電專項(xiàng)工程處重水堆研發(fā)科副科長(zhǎng)樊申還告訴《中國(guó)能源報(bào)》記者。

此外，在探索多能互補(bǔ)發(fā)展模式方面，漳州能源打造 “以核為主，多元化發(fā)展”戰(zhàn)略。“用電量具有波峰和波谷，但對(duì)核電站而言，核燃料不論發(fā)電與否都有損耗。因此，為了提升核電站發(fā)電效率，應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰壓力，可以將核電與抽蓄相結(jié)合。核電站可以利用抽蓄水庫(kù)的蓄能調(diào)峰能力，在用電低谷時(shí)將發(fā)出的電以抽蓄的方式蓄積起來(lái)，等到用電高峰時(shí)再借助水的勢(shì)能來(lái)發(fā)電，達(dá)到能源的互補(bǔ)效應(yīng)。”歐勛分析。