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华龙一号 走向世界的“中国名片”

日期:2019-08-13    来源:中国纪检监察报

国际电力网

2019
08/13
16:09

关键词: 华龙一号 技术创新 核能利用

   位于福建省福清市东南沿海的岐尾山上,分布着6座被称为“核岛”的巨型建筑物,那是中核集团福建福清核电有限公司的1至6号机组、核电站发电的关键设施。其中,5号机组自2015年5月7日正式开工建设以来,一直吸引着全世界的目光——我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程就在这里。4月底刚刚完成冷态功能试验的工作人员,目前正在紧张准备着热态试验。按照计划,“华龙一号”全球首堆福清核电5号机组有望在明年内正式并网发电,成为全球首个如期建成的第三代核电项目。
  核能作为人类寄予厚望的高效清洁能源,为全球碳减排作出了重要贡献。1985年开工、1991年建成投用的秦山核电站,终结了中国无核电的历史。如今,我国大部分核电站使用的都是二代或二代改进型核电技术。作为走向世界的“国家名片”之一,“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的第三代核电技术,是中国核电人用创新铸就的国之重器。
  “华龙一号”有哪些独特设计,施工进度为何能保持按期甚至提前实现,背后又有哪些故事?带着问题,记者走进“华龙一号”示范工程施工现场,一探究竟。
  技术创新:从受制于人到自主研发
  从福清市区出发,向南一小时车程,就到了福建福清核电有限公司的厂区。这里依山傍海,拥有建设核电站得天独厚的地理条件。
  同行的福清核电设计管理处工程师郝禄禄告诉记者,福清核电的1至4号机组采用二代改进型成熟核电技术,目前已投入商业运行;5号和6号机组采用“华龙一号”技术,分别于2015年5月和12月开工建设。全面建成投产后,福清核电的总装机容量将达到665.6万千瓦,年发电量约500亿千瓦时,将成为国内最大核电基地。
  在厂区的沙盘模型前,记者看到,1至4号机组两两成组,而5号和6号机组则单独成列,这个细节也显示出“华龙一号”的与众不同。单堆布置的形式更好地实现了实体隔离,同时也让核电站在厂址选择、电力需求、投资成本等方面更具灵活性和适应性。
  为了更直观深入了解,福清核电专门制作了“1:12”比例的“华龙一号”模型。现场工作人员向记者讲解了运行原理:“反应堆设有三个回路。一回路利用核裂变产生热量;经过热传递,在二回路中将水汽化为水蒸气,直接用于带动汽轮发电机发电;三回路利用海水带走运行期间的热量,起到冷却的作用,最终排入海中。”
  据介绍,各个回路独立运行,放射性物质被有效地控制在一回路中,三回路则辅助有几千米长的排水管道,在与周围环境进行充分热交换后才会排入海中,不会对海洋生物造成明显影响。
  而且,核反应堆里核燃料铀浓度仅为3%左右。就像白酒能够点燃、啤酒无法点燃一样,核电厂不可能发生核爆炸。经过科学测算,人在核电站工作一年接受到的辐射量,只相当于拍一次X光受到的辐射量。
  有了初步印象,记者一行换上工装、戴上安全帽,跟随工作人员来到福清核电5号机组施工现场。与常规电厂不同,核电站出入管理非常严格——要进入核岛内部,至少要通过两道需要刷卡的大门,主控室更是守备森严。
  “现在我们通过的圆形大门是设备闸门,安全壳上最大的通道,主要用于设备进出。再过一段时间这里就会封闭。”福清核电工程管理处工程师曹钟引告诉记者。
  5号机组厂房地上高73米,地下深12.5米,相当于一座30层的高楼。“华龙一号”示范工程建设团队正紧张有序地忙碌着。核岛内部,几个巨大的铁罐映入眼帘。曹钟引介绍:“这些设备是连接反应堆一回路的蒸汽发生器,在核岛主设备中体积最大、造价最高,也被称为‘核电之肺’。”
  记者了解到,包括蒸汽发生器在内,“华龙一号”的关键设备均为自主研发,具有完整自主知识产权。而在上世纪90年代,我国核电站基本依靠国外引进,核电技术究竟应该买进还是自建,一时间众说纷纭。
  “堆芯如果受制于外国,自主核电就无从谈起。”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,每边增加5组元件,4边共增加20组元件,形成177组堆芯的创新设计。
  “177组堆芯”是我国三代核电区别于国外技术的最主要特点。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。
  “华龙一号”反应堆一回路总设计师刘昌文接受记者采访表示,由于堆芯结构发生变化,一系列主要设备都需要重新设计。他们又瞄准核电寿命要求,改进了压力容器设计,使核电站能够运行60年之久。
  从基本概念形成,到一系列重大设计改进课题的研发、试验、验证和攻克,再到工程方案的优化和完善,“华龙一号”技术研发走过了近20年历程。
  安全设计:能抗强地震海啸和飞机撞击
  核电安全至关重要,稍有差池便是“一失万无”。提高安全性是中国核电工程有限公司总工程师、“华龙一号”总设计师邢继自研发伊始就定下的首要目标。
  “在核电站建设投资上,一半的投资不是用来发电,而是用来保证核安全。”在邢继看来,如果没有较真的精神,就不可能有现在的“华龙一号”。
  2011年日本福岛核事故后,中核集团按照“纵深防御”的设计原则,提出“华龙一号”在“177组堆芯”概念基础上,增加了能动与非能动相结合、双层安全壳等安全措施。
  郝禄禄告诉记者,能动系统需要外部电源驱动,在核电站偏离正常时,能高效可靠地纠正偏离;非能动系统利用自然循环、重力、化学反应等自然现象,在无需电源支持的情况下仍能保证反应堆安全。
  “地震引发海啸,导致厂房水淹与长时间全厂断电时造成日本福岛核事故的主因。我们的技术采用‘能动+非能动’双保险,可有效应对动力源丧失,大幅提高安全性。”郝禄禄说,“华龙一号”的总体安全水平达到甚至超过了世界现有先进核电机组的水平。
  “华龙一号”应对台风、地震、海啸等自然灾害的应对能力如何?郝禄禄表示,“华龙一号”设计上将抗震等级由0.2G提高到0.3G,其整个强度设计和保护设计采用了双层安全壳,较以前的堆型更加安全可靠。它可以抵御9级烈度的地震和商用大型飞机的撞击。
  此外,福清核电站址三面环海,但都是浅海,不存在造成福岛核事故海啸的天然条件,而且排水设施完备,可及时排水、排洪,从选址的角度已经充分考虑到海啸影响的问题。
  针对福岛核事故的弊端,“华龙一号”还改进延长反应堆操纵员不干预的时间。万一发生事故,通过系统自身的作用也能让反应堆处在安全状态,避免人为操作失误。另外,还增加了移动消防水泵、移动柴油发电机等应急设施。
  目前,“华龙一号”各项性能指标均达到国际先进水平,并已通过了国家核安全局评审,以及国际能源机构和多家外国权威机构的安全评估。
  管理模式:党建与生产经营深度融合
  此前,不论国内、国际,三代核电技术首堆建设工程都存在不同程度的拖期。而福清核电5号机组建设的工程节点均“按期或提前实现”,工程安全和质量处于良好受控状态。
  有望打破首堆必拖“魔咒”的“法宝”之一,就是福清核电创新的管理模式。
  据统计,“华龙一号”机组设备共计6万多台套,生产、设备、组装涉及全国共5300多家企业,近20万人先后参与了项目研制和建设。
  “没有严格的管理体制和过硬的技术团队,就不会有‘华龙一号’的按期完工。”曹钟引表示,工程安全至关重要,每一道工序都需要反复推敲;工程细节错综庞杂,每一支团队都需要严格按照流程作业。
  自2018年以来,随着“华龙一号”示范工程各项工作进入攻坚期,现场工作密度和强度、工程管理人员和一线施工人员面临的挑战和压力日益增加,各单位之间也因短期的目标和利益诉求不一致存在着不同程度的分歧。
  为此,福清核电现场各参建单位组织成立了“华龙一号”示范工程党建工作联合委员会,推动党建工作与生产经营深度融合,最大限度地激发和调动大家干事创业的积极性、主动性和创造性,保障“华龙一号”示范工程建设。
  为了将党建联建工作更好地贴近一线、贴近工程,联合委员会引导全体党员开展了“岗、区、队”创建活动,围绕示范工程重大节点和关键任务建立了党员示范岗、责任区、先锋队等150多个,相继解决包括5号机500KV倒送电、6号核岛内穹顶施工等重大项目攻克。
  “在5号机组冷试工作中,‘华龙一号’冷试先锋队专项小组,积极整合内外部资源,用23天高效消缺,先后进行3次严格演练,在极其艰苦的条件下按期完成了从核回路冲洗到冷试的所有工作。”曹钟引说。
  据介绍,福清核电5号机组目前所有主设备均就位核岛,预计2020年并网发电,6号机组预计2021年并网发电。
  华龙“出海”:展示核电“中国动力”
  资料显示,“华龙一号”共获得700余件专利和100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,是目前国内唯一能独立出口的三代核电机型。
  在海外,巴基斯坦是中国自主三代核电技术“华龙一号”落地海外的第一站,已结出丰硕果实。巴基斯坦卡拉奇核电项目2号和3号机组分别于2015年8月和2016年6月开工建设,目前正处于安装高峰,部分系统逐步进入调试阶段。
  除了巴基斯坦,我国还与英国、埃及、巴西、沙特、阿尔及利亚、苏丹、加纳、马来西亚等近20个国家达成了合作意向。去年11月15日,“华龙一号”在英国通用设计审查第二阶段已经完成,正式进入第三阶段审查。
  “从目前我们在国际上已经出口的核电机组来看,每一台核电机组直接带动的产值,相当于30万辆汽车的出口价值。”福清核电给出的数据对比,凸显了我国发展自主核电技术的必要性。
  与稳步推进核电“走出去”同步的,是我国相关装备制造业水平的提升。反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等核心装备都具有很高的国产化率,保证了“华龙一号”的安全性、先进性、成熟性与经济性。
  根据国际原子能机构统计,到2030年前全球将新建机组约300台,“一带一路”国家和周边国家将占到新建机组数的约80%。
  中国核电未来可期
  核电被公认为目前唯一可以大规模替代化石燃料的清洁高效低碳能源。2018年,全球10%的电力供应来自核电。在无排放电力中,核电约占近三分之一。
  数据最有说服力。2018年,我国商运核电机组累计发电2865.11亿千瓦时,与燃煤发电相比,相当于减少燃烧标准煤8824.54万吨,减少排放二氧化碳23120.29万吨,减少排放二氧化硫75.01万吨,减少排放氮氧化物65.30万吨。
  可以说,核能已成为我国清洁低碳、安全高效的现代能源体系的重要组成部分,是未来确保国家能源供应安全、优化能源结构的必然选择,也是积极应对气候变化、兑现减排承诺和绿色低碳发展的重要选择。
  自上世纪90年代起,美国、俄罗斯、欧洲、韩国、日本等主要核电国家均发展了三代核电技术。截至今年6月,已实现部署的三代核电技术型号有7种,已经建成的三代核电机组有12台;在建34台,约占全球在建机组数的三分之二。三代核电已成为全球核电产业发展的技术主流,也将是未来数十年内核电建设的主力技术。
  我国自主百万千瓦级核电技术研发,从CNP1000型号起步到“华龙一号”,经历了近20年的技术研发历程。
  “华龙一号”堆型的安全性表现在多个方面:反应堆采用177组堆芯,不仅使发电功率得到提升,也降低了堆芯线功率密度,提高了安全性;采用单堆布置,优化了核岛厂房布置,更好地实现了实体隔离;采用双层安全壳,增大一倍的自由容积能够有效保障放射性物质泄漏概率;创新性地采用了“能动和非能动”相结合的安全系统,为核电安全运行提供多层安全保障。
  《中国核能发展报告2019》显示,2018年中国核电发电量约占全国累计发电量的4.22%。虽然比2017年上升了15.78%,但远不及世界10%的平均水平,更不及欧美国家。
  我国“十三五”规划对2020年核电发展提出了在运5800万千瓦、在建3000万千瓦的目标。随着三代核电技术的研发和投入使用,“华龙一号”首堆使用的堆芯损坏概率、大量放射性释放概率等指标均达到了世界领先水平,我国核电站的安全性将显著提升。
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