1997年的一個午后，距離四川成都百余公里的山坳中，一棟兩層辦公樓里回蕩著激烈爭論的聲音，二十幾名科研人員在此討論著中國自主百萬千瓦級核電方案的主要技術參數(shù)。他們也許很難想象，彼時種下的“種子”，在二十余年后開花結(jié)果，化身為“華龍一號”，這一我國具有自主知識產(chǎn)權的第三代核電技術成果。
按照計劃，“華龍一號”全球首堆示范工程——中核集團福清核電5號機組將于近期進行不裝核燃料的冷態(tài)功能試驗，即所謂的“冷試”，這是對機組性能的第一次全面考驗。來自中國核動力研究設計院的專家日前接受了《經(jīng)濟參考報》記者的獨家專訪，揭示了“華龍一號”背后的“成龍”之路。
挺直腰桿
“華龍一號”完全“中國芯”
20世紀90年代初，我國自行設計、建造和運行管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站——秦山核電站投入運營。上文所述的1997年的那次討論發(fā)生時，秦山核電站的二期主體工程正在建設，工程設計裝機容量為兩臺65萬千瓦壓水堆核電機組。
“華龍一號”副總設計師、核反應堆及一回路系統(tǒng)總設計師劉昌文參與了那次討論，“雖然秦山二期還在建設，但那時大家已經(jīng)在討論，什么時候中國能有自己的百萬千瓦核電機組?！眲⒉幕貞浾f。
在核電站中，核燃料在反應堆內(nèi)發(fā)生反應放出核能，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機，帶動與汽輪機同軸的發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)核能到熱能再到電能的熱量轉(zhuǎn)換。其中的核燃料就好像一大把插在筷子籠里的筷子，這些“筷子”的數(shù)量以及排列方式，是一個核電機型最核心最重要的特征之一。
在國外的“121堆芯”“157堆芯”等技術的基礎上，1997年的那次討論創(chuàng)新性地提出了“177堆芯”的概念。雖然此后基于這一概念的核電機型經(jīng)歷了參研單位調(diào)整、技術要求變化、技術方案優(yōu)化等歷程，但直到“華龍一號”，“177堆芯”這一核心特征仍然未變，這一設計不僅可使核電機組的發(fā)電功率得到5%至10%的提升，同時也降低了堆芯內(nèi)的功率密度，提高了核電站的安全性。
“華龍一號”的另一個重要特點就是采用了“能動＋非能動”的安全系統(tǒng)設計。所謂“能動”，即靠電來驅(qū)動安全系統(tǒng)，保障核電站運行，但如果在極端情況下，核電站斷電了，這時“非能動”就能派上用場，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)等自然過程來帶走熱量。
據(jù)了解，國際上眾多核電型號中，有的強調(diào)“能動”，給安全系統(tǒng)做“加法”，增加冗余，有的型號則強調(diào)“非能動”?！叭A龍一號”融合了兩者，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特優(yōu)勢。
“除了‘177堆芯’和‘能動+非能動’，‘華龍一號’還有一個重要特點，它是我國具有完全自主知識產(chǎn)權的核電型號，共獲得七百余件專利和一百余項軟件著作權，覆蓋了設計技術、專用設計軟件、燃料技術、運行維護技術等眾多領域。中國核電人可以挺直腰桿，送‘華龍一號’出海?！眲⒉恼f。
“硬懟”偏見
不眠不休攻堅核心技術
行走在福清核電5號機組的核島內(nèi)部，三個20米高的巨大白色圓柱體裝置分外顯眼，它們的學名叫“蒸汽發(fā)生器”，是核電站的主設備之一。
蒸汽發(fā)生器地處核電站一回路系統(tǒng)與外部的“兩省交界”，堆芯產(chǎn)生的高溫高放射性的水流淌在蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的傳熱管中，這些水在此將外部沒有放射性的水加熱，產(chǎn)生蒸汽，進而發(fā)電，它又被稱為“核電之肺”，只是與人體不同，在這個“肺”中交換的是熱量。
蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復雜，內(nèi)部零件超過一萬個，價格昂貴，動輒就上億元人民幣，以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設計技術及知識產(chǎn)權掌握在美國、法國的少數(shù)幾家設計公司手中。
在“華龍一號”的設計早期，相關方面曾經(jīng)跟外國的公司談，打算購買他們的三代核電蒸汽發(fā)生器技術，對方有錢賺自然樂見其成。然而，協(xié)議中有一個條款始終談不下來。對方堅持，將來使用了這種蒸汽發(fā)生器技術的核電技術如果要出口，必須經(jīng)過其同意。
“相當于我購買了你的輪胎來造汽車，我賣車的時候還必須通過你同意？”劉昌文回憶起當時的境況仍然難掩氣憤。
中國核動力研究設計院此后自籌資金，組建攻關團隊，從事蒸汽發(fā)生器設計研究近30年的專家張富源擔任攻關組組長兼專家組組長。
研制蒸汽發(fā)生器，需要合適的蒸汽來測試設備性能，據(jù)張富源回憶，當時在河南南陽油田找到符合條件的蒸汽后，為了利用好寶貴的用汽“窗口”時間，實驗連續(xù)進行，科研人員常常需要24小時守在野外冰天雪地的試驗現(xiàn)場，啃饅頭、泡方便面更是常事。
結(jié)構(gòu)設計、知識產(chǎn)權、性能驗證、軟件設計、關鍵材料國產(chǎn)化、制造技術國產(chǎn)化等技術難關被連續(xù)攻克，僅僅27個月后，用于“華龍一號”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問世，相比之下，美國、法國制造首臺三代核電蒸汽發(fā)生器的時間用了將近40個月。與此同時，與國外三代核電蒸汽發(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)濟性更好。
蒸汽發(fā)生器只是一個縮影，先進堆芯測量系統(tǒng)、核燃料組件包殼材料……不再被“卡脖子”的故事在“華龍一號”的身上比比皆是。
驟遇“天災”
好事多磨精益求精
技術上的難題，終究可以解決。但“華龍一號”前進的過程并非一帆風順，也曾因外界的不可抗力，踩過急剎車。
2011年2月28日，“華龍一號”的前身——CP1000開始進行安全審查，順利結(jié)束后，在3月8日準備開始現(xiàn)場負挖。然而，3月11日，日本東北部和關東首都圈發(fā)生里氏9級強震，并引發(fā)海嘯，日本福島第一核電站發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏事故。受其影響，我國暫停審批核電項目包括開展前期工作的項目，同時，全面審查在建核電站，切實排查安全隱患，確保絕對安全。
“想起來都心酸，‘華龍一號’真是好事多磨。”劉昌文說，“就好像婚禮上迎親的隊伍已經(jīng)出去了，突然這婚不結(jié)了。對一些技術人員來說打擊很大，畢竟從1997年開始，十余年的辛苦工作，戛然而止。但是喝悶酒也解決不了問題，大家就相互打氣，相互鼓勵，對標世界上最先進的技術和最嚴格的標準，改進我們的‘華龍一號’。”
此后科研人員對“華龍一號”進行了一系列安全升級。比如通過技術改進延長反應堆操縱員不干預的時間，最長可以達到72小時。如果出現(xiàn)事故，通過系統(tǒng)自身的作用能夠讓反應堆處在一個安全狀態(tài)，避免人為操作失誤。另外還增加了移動消防水泵、移動柴油發(fā)電機等應急設施。
“華龍一號”可以抵御目前已出現(xiàn)過的所有臺風級別，可以抵御9級烈度的地震以及商用大型飛機的外部撞擊。另外，福清核電站三面環(huán)海，但都是淺海，排水設施完備，可及時排水、排洪，從選址的角度已經(jīng)充分考慮到海嘯影響的問題。
2015年5月7日， “華龍一號”示范工程——中核集團福清5號核電機組正式開工建設，工期規(guī)劃了62個月。直到今天，其建設進度都是滿足各個時間節(jié)點的要求的，“首堆必拖延”的核電魔咒沒有出現(xiàn)。
按照計劃，“華龍一號”首堆將于近期進行不裝核燃料的冷態(tài)功能試驗，即所謂的“冷試”，這是對機組性能的第一次全面考驗，而后便是熱態(tài)功能試驗，如果一切順利，年底就能裝入核燃料，預計2020年投入商運。
“‘華龍一號’遇到的困難太多了，就像爬山，”劉昌文笑著說，“爬到山頂上回頭一看，才發(fā)現(xiàn)爬了這么高，還真的不容易，但過程中只是一門心思不斷前進。”
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