自主創新，三代核電崛起福建

福清核電站航拍

技術人員在進行首爐接料操作。（資料圖片）

東南網1月31日訊（福建日報記者 遊笑春）東海之濱，福清三山鎮，有一個由大岩石組成的半島，這裡是福清核電的選址，也是我省境內在建最大的核電基地。

5年多前，“華龍一號”正式“選擇”了這裡作為首堆出生地。從2015年5月7日起，一座座混凝土澆築的龐然大物拔地而起。岩石上摳出的大坑裡，上萬名核工業建設者常年奮戰。他們的目標只有一個：如期建成“華龍一號”首堆。

2000多個日夜，他們成功了！1月30日，“華龍一號”全球首堆——中核集團福建福清核電5號機組投入商業執行，成為全球唯一按計劃建成的三代核電。這標誌著我國成為擁有獨立自主智慧財產權三代核電技術的國家。

國之重器，強筋壯骨。這個中國核電重大跨越的背後，有什麼故事？

堅守“中國心”，突破技術壁壘

核電，是安全、清潔、高效、穩定、可大規模應用的優質能源。一座百萬千瓦級的核電機組透過核裂變方式釋放的巨大能量，可以滿足中等發達國家100萬人一年生產生活用電。

核電，是代表著國家核心競爭力的國之重器。自主研發還是技術引進？中國持續建設核電的過去30年間，這是擺在每一位核電研發設計人員面前的抉擇。

研發完全具有自主智慧財產權的核電站，是中國幾代核工業人的夢想，亦是“華龍一號”總設計師邢繼從業以來的夢想。

大學畢業後，邢繼幾乎參與了中國近30年間所有的核電站建設。當邢繼被任命為“華龍一號”的總設計師之時，這個夢想，有了實現的可能。

“中國的實力一點都不差。”邢繼說，“我們能夠把兩彈一星研製出來，為什麼就不能研製出來自己的核電站？”

在研發“華龍一號”的這些年裡，中核工程“華龍一號”研發設計團隊完成了從頂層方案、總體設計、初步設計到相關重要實驗驗證等研發工作。

堆芯，被視為核電站的心臟。能將核能開發並轉化成熱能的堆芯技術，是所有核電強國的最核心技術。目前，中國已在執行的百萬千瓦級核電機組，普遍使用的都是引進自國外的157堆芯。

堆芯如果受制於人，自主核電就無從談起。“國內大批次建設的157堆芯，是從法國M310機組引進的技術，雖然國產化，但沒有實現自主化。我們的核電站如果要走出去，得法國人點頭。”中核集團中國核動力院科技委主任吳琳表示，為此，科研人員透過多個堆芯的比較，最後確定了自主研發177堆芯。

堆芯研發，需要攻克燃料技術，攻克燃料技術，需要實現鋯合金工程應用自主。經過十幾年的技術攻關，進行了上千次的試驗，研發人員才成功研製出具有自主智慧財產權的N36鋯合金。作為核反應堆堆芯的關鍵結構材料，N36鋯合金構成了燃料元件的“骨骼”和“面板”，它讓“華龍一號”的燃料技術進一步實現了自主化生產。

這樣的自主研發還有很多。在研發“華龍一號”的這些年裡，團隊融合國際先進的設計理念，協同國內外多個高校、科研機構參與研發，透過產學研結合，實現了“實實在在的自主”，打破了發達國家對先進核電技術的壟斷。

沒有“拖延症”，全球唯一按計劃建成的三代核電

“首堆必拖”，是國際在建三代核電普遍陷入的怪圈。

“核電站建設是一個複雜的系統工程，工程量很大，產業鏈很長，每一項工作都可能成為專案的拖期因素。”中國核電工程有限公司原總經理劉巍表示，“尤其是首堆，新工藝、新設計、新裝置不可避免地帶來大量變更。”

福清核電5、6號機組，單臺機組6萬多臺套裝置，涉及5300多家企業近20萬人參與制造和建設，變更量是11萬～12萬個，每個變更背後都意味著大量的計算。這些變更很大程度上會導致裝置和建安的拖期。

然而，“華龍一號”全球首堆卻做到了按計劃建成。“秘籍”，就藏在中國30多年不間斷建設核電的積澱裡。

“‘華龍一號’從技術到主要裝置都是我們自己的，相比涉外技術交流，遇到問題的時候我們能夠在第一時間以最高的效率去解決。”劉巍說，“第二個優勢是以設計為龍頭的EPC總承包模式。因為我們的設計掌握在自己手上，我們大量的設計代表在現場作為設計院與工程現場的‘橋樑’，幫助解決現場問題，真正發揮了設計引領工程的作用。”

完善的管理體系也是“華龍一號”沒有“拖延症”的法寶之一。中核集團透過持續推進“網際網路＋”，建立了異地綜合協同設計平臺。針對建設期間工程重大問題的處理，成立了專門的協調機制和TOP10管理模式，並透過委員進支部、黨員進班組、建立“崗區隊”攻堅團隊等黨建聯建活動，充分發揮國有企業黨建優勢。

“所以打破‘首堆必拖’怪圈，是依靠我們總承包單位、分包單位，還有全國所有相應的製造企業、施工單位，依靠所有人的貢獻來實現的。‘華龍一號’建設進度遙遙領先於國際其他三代核電技術首堆的背後，實際上是我國綜合國力的一個體現。”劉巍說。

穿起“鐵布衫”，五層防禦保障核電安全

在核行業的生存法則裡，安全重於一切。

選址，經過了深思熟慮。透過勘探以後，福清核電站所在地址被認為地形最佳。

這是一個岩石構成的半島，巨大的混凝土平臺與半島成為一個整體。電氣廠房、燃料廠房、核島廠房都建設在這一塊平臺上。即使遇到地震，整個平臺跟隨半島一起運動，不會破壞核電站的結構，從根本上杜絕了福島核事故重演的可能。

從選址，到設計，再到施工，安全問題都是在國際最高標準的要求下進行的。“華龍一號”研發設計者為了將今後60年甚至100年可能發生的不安全因素都考慮到、解決掉，形成了特有的能動與非能動結合的安全防禦體系，具備抗9級以上強震、抗大飛機撞擊等設計。

“‘華龍一號’分了五層縱深防禦的層次。前面的這個防禦體系失守，我還可以退防第二道甚至第三道來確保我的城池不會失陷。為了應對類似福島這樣的核事故，我們就採用了一種叫作非能動的安全系統，跟能動之間的差別就是不需要電力。”邢繼表示，在外部電源和動力完全喪失後，僅依靠重力、溫差等即可提供動力，讓起冷卻作用的水迴圈，排出反應堆事故後產生的餘熱，更好地保證安全。即便受到“排山倒海”式的衝擊，也能啟動“自我防護模式”。

而這，只是“華龍一號”縱深防禦的其中一道防線。

反應堆壓力容器，是核電站重要的實體安全屏障之一，一旦堆芯損壞，它必須要能把放射性物質包容在其中不能外溢。“華龍一號”的壓力容器，設計使用年限從之前的40年延長至60年。發生核裂變反應的堆芯被嚴密地包裹在其中，即便發生核事故，放射性物質也會被牢牢地禁錮在壓力容器之中。

如果說壓力容器是在核電站的內部保護著堆芯，那安全殼則是整座反應堆與外界隔離的一道極為重要的安全屏障。

“9·11”事件的發生，讓防止大型飛機的撞擊也成了“華龍一號”安全殼從設計到建造所面臨的嚴峻挑戰。“‘9·11’以後考慮到非傳統的安全威脅，我們設定了一個雙層的安全殼，內殼主要用來應對反應堆發生事故以後，放射性氣體不會擴散到環境當中。而外殼，我們重點用來抵禦外部的各種極端的自然災害，包括龍捲風、颱風、飛射物，甚至包括大飛機的撞擊。”邢繼說。

據介紹，“華龍一號”內外安全殼厚度，分別達到了1．3米和1．8米。為了可以抵禦大型飛機撞擊，安全殼採用了目前世界上最高級別、直徑40毫米的鋼筋，僅外安全殼就有4層鋼筋。

“華龍一號”去年11月首堆併網後，進行了50％、87％、97％等各功率平臺的穩態和瞬態試驗，各項效能指標完全滿足設計標準。首次達到滿功率執行後，經過滿功率平臺57項除錯試驗，現已順利完成商運前168小時連續滿功率執行考核，完全滿足核安全與電力工程啟動相關規定要求，機組各項引數正常，系統、裝置執行良好，已具備投入商運的條件。

“我們要做的就是安全、安全、更安全。如果核電實現了充分安全，在任何時候不可能發生核事故，那麼我相信核能未來的利用，它的領域會更加的廣泛。”邢繼說。（圖片來源：福建福清核電有限公司）

掃一掃，看“華龍一號”全球首堆成長影片。

【資料】

7000多萬棵樹

每臺“華龍一號”機組的發電量，相當於每年減少標準煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸，相當於植樹造林7000多萬棵。

3萬人就業

中核集團福清核電基地是福建省境內在建最大的核電基地，專案一次規劃6臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。已建成的1～4號機組採用二代改進型壓水堆核電技術，5、6號機組是“華龍一號”示範工程。據介紹，福清核電計劃今年全部建成，屆時年發電量達到500億千瓦時，產值約200億元，至少可拉動地方經濟3000億元投資和增加3萬人就業。

1萬億千瓦時

截至目前，中核集團23臺在運核電機組保持安全穩定執行，安全執行超過190堆年，累計清潔核能發電量超過1萬億千瓦時；6臺在建核電機組安全高效推進。

【故事】

23年前確定的177堆芯

23年前，在中國西南的大山深處召開了一次閉門會議。

1997年，秦山二期的設計工作基本完成，時任中國核動力研究設計院副院長的張森如，敏銳地感覺到我國自主核電要發展，必須要考慮後續該怎麼走。他抽調各專業骨幹，經過兩天的激烈研討，確定了177堆芯、更大尺寸的壓力容器等重要技術引數，當時參會的十幾個人，沒有想到這次的技術研討成果，會成長為扛起國核心電大旗、國人為之驕傲的我國第三代核電技術——“華龍一號”。

177堆芯設計具有堆芯功率更高、線功率密度更低等優勢，是既能體現經濟性又能保證安全性的最佳化選擇。但是，“拿來用，可以。拿來改，太難了”。“拿來用”指的是之前引進的法國157堆芯技術，177堆芯的燃料管理系統參考法方設計，設計出來的結果卻不滿足基本的物理要求。

為了找出問題，核動力院“華龍一號”軟體總師李慶所在團隊只能用笨辦法——用當時的點陣印表機列印。堆芯相關資料打印出來鋪了整整一屋子，最後才發現關鍵的反應堆堆芯反射層資料以二進位制的形式被隱藏在了資料庫，根本看不見。而沒有這個資料，從157堆芯到177堆芯的路，多了很多坎坷。他們從源頭出發，按照反應堆堆芯反射層的幾何特徵重新設計資料……

在“華龍一號”的設計過程中，他們使用法方的設計軟體和自主研發的NESTOR核電軟體包並行地做兩份報告，“背靠背設計”，在經歷了很長一段時間“備胎”的日子後，有效推動了自主化軟體的工程化應用。（□遊笑春 趙霏霏 李珊）