幻响未来全球追光⑫｜探秘“华龙一号”：人类对能源的应用极限在哪儿？

  作为我国具有完全自主知识产权的三代核电技术，“华龙一号”的诞生，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，核电技术水平和总实力已跻身世界第一方阵。

  10月18日至22日，第81届世界科幻大会将在成都举办。红星新闻、每日经济新闻日前联合启动“幻响未来，全球追光”大型融媒体采访报道，追寻科幻转换为现实背后人类不同文明所共同拥有的科技与梦想之光。

  今天，我们带你走近福建福清兴化湾海岸，探访我国具有完全自主知识产权的三代核电——华龙一号示范工程，探索人类对能源的应用极限。

  2019年科幻电影《流浪地球》上映后，互联网社交平台的热搜中出现了一系列物理学名词——“核聚变”“太阳氢闪”……在电影的热度之下，科学的冷知识似乎也热了起来，大众对硬核科学知识生出向往。

  而在四十年前，刘昌文便开始对这一神秘的领域产生了兴趣：“当时读中学的我对、氢弹很感兴趣，觉得核科学很神秘，是一个未知的世界。”于是，怀抱着对核科学的探索精神，在大学时，刘昌文选择了核反应堆工程专业。“后来了解了，核科学也可拿来发电，于是走上了和平利用核能的职业方向。”

  当年那个对神秘核科学充满向往的学生刘昌文，如今慢慢的变成了中国核动力研究设计院华龙一号总设计师。

  所谓核电，是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能。一颗原子核，直径只有一根头发丝的一亿分之一，却蕴藏着惊人能量。核电是战略高科技产业，发展核电是和平时期保持和拥有强大核实力的重要途径。

  2022年3月，“华龙一号”示范工程在福建福清全面建成投运，两台机组年发电能力近200亿度，一个机组并网发电后，能满足一个中型城市的用电需求。作为我国具有完全自主知识产权的三代核电技术，“华龙一号”的诞生，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，核电技术水平和总实力已跻身世界第一方阵。

  潮水拍打着福建福清兴化湾海岸，这里依山傍海，目光所及，福清核电基地6台机组巍然矗立在岸边不远处。在这6台机组中，有两台机组尤为显眼，这是我国具有完全自主知识产权的三代核电——华龙一号示范工程。

  时间回到1996年底，彼时秦山核电站的二期主体工程正在建设，工程设计装机容量为两台65万千瓦压水堆核电机组。“虽然秦山二期还在建设，但那时大家已经在讨论，何时中国能有百万千瓦核电机组。”刘昌调说，“我们想实现中国人自己的百万千瓦级核电站。”

  堆芯是核电站的心脏，是核燃料发生裂变、释放能量的核心部件。堆芯技术如果受制于人，自主核电就无从谈起。

  “在此之前，国外核电技术的堆芯大部分采用121个或157个燃料组件，我们在堆芯设计等方面不具有完全自主知识产权，常常受制于人。”刘昌文说。

  中国核动力研究设计院的专家团队经过大量论证，在国外通用的157组堆芯基础上，每个象限增加5组元件，4个象限共增加20组元件，形成177组堆芯的创新设计。

  “177堆芯”是我国三代核电区别于国外技术的最主要特征，它由177个燃料组件构成，体积更大，让核电机组的发电功率得到提升的同时，降低了堆芯内的功率密度，提高了核电站的安全性。这也使得堆芯换料周期由通常的12个月延长至18个月，将电厂可利用率提高至90%以上。

  反应堆的设计是核电技术的关键领域，这颗“中国芯”，更是华龙一号自主知识产权的基础。

  “中国人自己的百万千瓦级核电站”，简单几个字，背后却是数年来艰辛的科技攻关。

  比如核电站的主设备之一蒸汽发生器的自主研发过程。行走在福清核电5号机组的核岛内部，三个20米高的巨大白色圆柱体装置分外显眼，它们的学名叫“蒸汽发生器”，是核电站的主设备之一。

  蒸汽发生器结构较为复杂，内部零件超过一万个，价格昂贵，动辄就上亿元人民币，以往大型核电站的蒸汽发生器的设计技术及知识产权掌握在美国、法国的少数几家设计公司手中。

  刘昌文和记者说，在“华龙一号”早期的设计过程中，本打算向国外公司购买这项设备。“谈了很多轮，基本上所有内容都谈好了，但卡在最后一步，对方坚持要求如果将来使用这种蒸汽发生器的核电技术用于出口，一定要经过其同意。”刘昌文说，在场的中国专家都接受不了，“相当于给车买一个轮胎，结果轮胎商不允许这辆车出口。”

  “从那时起，我们更坚定了研发完全自主知识产权的三代核电技术的决心。”刘昌文说，研制蒸汽发生器，需要合适的蒸汽来测试设备性能，“特别难找到有大量蒸汽的实验场所，经过多番努力，最终在河南南阳油田找到合乎条件的实验条件。”刘昌文说，由于油田有自己的生产工作，于是只能协商利用宝贵的用汽“窗口”时间，“为了抢时间，实验需要连续进行，科研人员常常需要24小时守在野外冰天雪地的试验现场，啃馒头、泡方便面更是常事。”

  结构设计、知识产权、性能验证、软件设计、关键材料国产化、制造技术国产化等技术难关被连续攻克，仅仅27个月后，用于“华龙一号”的第三代核电ZH-65型蒸汽发生器问世。

  蒸汽发生器只是一个缩影，先进堆芯测量系统、核燃料组件包壳材料……通过自主创新大量关键设备，华龙一号不再被“卡脖子”。

  作为我国具有完全自主知识产权的核电型号，华龙一号共获得七百余件专利和一百余项软件著作权，覆盖了设计技术、专用设计软件、燃料技术、运行维护技术等众多领域。“有了华龙一号，中国核电人可以挺直腰杆，从‘借船出海’走向‘造船出海’。”刘昌文说。

  安全性，是三代核电与二代核电最显著的区别之一。“能动与非能动”相结合的安全技术，就是“我国具有完全自主知识产权的三代核电技术”的显著特征之一。其特点是能够在不依赖外部能源驱动的情况下，仅靠自然循环、重力等方式确保核电站稳定，打造核电站安全“双保险”。

  2011年2月28日、3月1日，“华龙一号”的前身——CP1000通过了安全审查，进入工程建设阶段。工程仅进行了几天，3月11日，日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事故。受其影响，中国核电项目建设全面暂停。“打个不恰当的比喻，就像怀了个孩子，快要生的时候突然没了。”刘昌文说，“大家那时都哭了，从1997年开始辛苦工作多年，就等今天。结果叫停了，对我们打击很大。”

  此后，科研人员对标世界上最先进的技术和最严格的标准，对“华龙一号”进行了一系列安全升级。“能动与非能动”，便是华龙一号核电机型保持安全的核心。

  简单来说，“能动”，就是靠电来驱动安全系统，保障核电站运行。“这种技术成熟安全，但是在极端情况下还是会有危险。例如福岛核事故中，核电站失去电力供应，导致冷却系统失效，无法排出堆芯余热，反应堆部分熔毁，导致放射性物质泄漏。”刘昌文说。

  为了克服这样的一个问题，核动力院研发了“非能动”方式的创新安全设计。刘昌文介绍说，华龙一号“非能动”的安全设计是不依靠电，依靠位差、密度差、高差形成自然循环。“利用重力，将堆芯衰变热传递至事故冷却水箱，以此来降低堆芯温度，避免事故发生。”刘昌文说，“所以，华龙一号可完全避免福岛核事故那样的核灾难。”

  “华龙一号”的诞生，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，核电技术水平和总实力已跻身世界第一方阵。

  这一“国之重器”，拥有“四川基因”。“华龙一号”的很多关键设备都在四川生产，比如DCS控制管理系统来自成都、“核电之芯”核燃料组件来自宜宾，带动了在川30余家企业和科研院所参与配套，产业规模超过300亿元，涉及重大装备、数字化仪控等领域。

  刘昌文说，从中国第一代核潜艇陆上模式堆到全球领先的第三代核电技术华龙一号，四川核动力产业链一直在升级，产业体系逐渐完备，产业圈也在不断扩大。

  目前，华龙一号国内外首批工程4台机组已经全部建成商运，福建漳州一期、海南昌江三期等“华龙一号”新建机组已经开工建设。华龙一号的商业运行，不仅能产生巨大的经济效益，对于改善我国能源结构、助力碳达峰、碳中和战略目标的实现意义深远。

  据了解，华龙一号一个机组并网发电之后能够很好的满足一个中型城市的用电需求，并且每年减少耗煤530万吨，以及减少二氧化碳排放1300万吨。相当于植树2.6亿棵，覆盖面积达到300万亩，将近可以覆盖1/5个北京。

  按目前市场情况测算，每台“华龙一号”机组全寿期内在国内创造产值将超过2000亿元人民币，并提供超过15万个就业岗位。另外，每出口一台“华龙一号”机组，将为我国带动相关机电产品和材料出口近200亿元。

  “核能是低碳能源，先进核能技术能提供高品质热源，能实现多用途利用，涵盖电力、制氢、供热供汽、海水淡化等领域，必将成为中国低碳绿色经济发展的重要能源支撑。”刘昌文说。

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