華龍一號：一座創造性的超級工程

高敬 張華迎

2021年1月30日，福建福清。

在這里，全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組投入商業運行。

這一天，距離2015年5月7日“華龍一號”全球首堆正式開工建設已經過去了2000多個日夜。

6萬多臺（套）設備、165公里管道、2200公里電纜，上千人的研發設計團隊、5300多家設備供貨廠家、近20萬人先后參與項目建設……這是一座創造性的超級工程，更是一張閃光的國家名片。

安全之問

“華龍一號”是我國具有完全自主知識產權的三代核電技術，是當前世界核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。“華龍一號”設計壽命60年，反應堆采用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個月，創新采用“能動和非能動”相結合安全系統及雙層安全殼等技術，在安全性上滿足國際最高安全標準要求。

對核工業來說，安全走到哪一步，科學才能走到哪一步。安不安全，是核電站建設運營單位和公眾最為關注的問題。“華龍一號”自然也不例外。

“‘華龍一號嚴格執行了國家安全標準。”中核集團黨組書記、董事長余劍鋒說，我國現行安全標準是國際上最嚴、最高、最先進的標準。

可抗震、抗大飛機撞擊的“華龍一號”，安全性靠什么實現？

中國工程院院士葉奇蓁在接受筆者采訪時說，三代核電技術相比二代核電技術更安全，從故障的概率上低了一個量級。“華龍一號”達到了國際上關于三代核電安全的指標。

葉奇蓁指出，“華龍一號”采用177堆芯設計，將堆芯燃料組件數量從157組增加到177組。這不僅僅只是單純的燃料組件數量的提高，在增加發電能力的同時又提高了運行的安全裕量。

“華龍一號”采取了“能動+非能動”的雙重安全系統。所謂“能動”，即靠電來驅動安全系統，保障核電站運行。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。他說，“非能動”就要靠自然力量來驅動安全系統。比如發生火災時，樓上有一盆水在自然的重力作用下澆下來，就能在沒有能源的情況下起到安全保障。

“華龍一號”可以依靠重力、溫差和壓縮空氣等自然力來驅動安全系統，通過蒸發、冷凝、對流、自然循環等自然過程來帶走熱量。

能動和非能動兩者融合，既有“能動”的成熟穩定，也有“非能動”在喪失電源情況下的獨特優勢。此外，“華龍一號”還采用了雙層安全殼設計，外層可抵御大飛機的撞擊，內層可做到即使堆芯出現問題，放射性物質也不會出來。

如果“華龍一號”遇到福島核事故那樣的極端情況，會怎么樣？余劍鋒說，“華龍一號”充分吸取了切爾諾貝利、日本福島核事故等的經驗教訓，即使遇到福島核事故那樣的極端自然災害，地震和海嘯疊加發生，“華龍一號”機組也能保證安全，而且還能快速恢復運行，不會發生福島核事故那樣的情況。

創新之問

國內專利716件、國際專利65件、海外商標200余件、軟件著作權125項、核心科研報告1500余篇以及海量的科技創新論文……“華龍一號”形成了國內首個完整的核電自主知識產權體系。

同時，“華龍一號”首堆所有核心設備均已實現國產，所有設備國產化率達88%。

“我國核電發展的一個靈魂性思想，就是堅定不移走自主創新的道路。”余劍鋒說，“對于關鍵核心技術，我們都一件件進行了突破，沒有‘卡脖子的問題。”

要經歷什么樣的困難和挑戰，才能換回如此充滿底氣的答案？

說起自主創新，中核集團“華龍一號”總設計師邢繼總有說不完的話。他仍然記得，1990年在大亞灣核電站現場工作時，核電建設所需要的原材料甚至混凝土都是從國外進口的。“研發完全具有自主知識產權的一個型號，是我們中國核電人的夢想。”邢繼堅定地說。

每一項核心技術都是一座需要攻克的山頭。大的不說，就連一個閥門都可能成為“攔路虎”。

閥門，是電站所有的核級設備里數量最多的，“華龍一號”用到的閥門高達1.8萬臺。這些閥門，小到可以揣進兜里，大到需要用卡車來拉。

閥門雖然看起來不起眼，但對實現核電站復雜的系統功能作用卻不小。以往核電站建設中，國外閥門有成熟的運用經驗，重要閥門均為國外采購。

“華龍一號”全球首堆是“三新”工程，新技術、新設備、新材料，閥門設計要求上都發生了變化。現有國外成熟的閥門無法滿足新系統工況，這要求在短時間內設計制造出能完全符合“華龍一號”性能要求的閥門。

一次次試驗、一項項對比……研發設計單位聯合國內閥門供貨商開展了多項橫向科研，實現了所有關鍵閥門的樣機研發、鑒定和產品供貨，打破高端閥門國外供貨商長期壟斷的局面。

從主泵、壓力容器到蒸汽發生器，從閥門、電纜到控制柜，從抗震性能提升到抗大飛機撞擊設計，這樣的創新故事在“華龍一號”身上從不欠缺。

如今，“華龍一號”已形成一套完整的、自主的型號標準體系，涵蓋核電廠設計、設備、建設、調試等全生命周期，可有力支撐“華龍一號”批量化建設和“走出去”。

未來之問

一直以來，世界核電行業有一種“首堆必拖”的“魔咒”，“華龍一號”打破了它。

不同于核電機組重復性建設，每一項核電技術的首堆建設要進行很多創新性研究和試驗工作。因此，首堆建設工期一般都會很長。

余劍鋒說，在全球三代核電首堆建設中，“華龍一號”能夠按計劃工期高質量完成，在全球核電發展史上是首次。

每一道核級焊縫都要做全面檢查，誰焊的、采用工藝、焊接過程等都要記錄下來，還要做嚴格的標準評定。

“華龍一號”這座百萬千瓦級核電站有多少道焊縫？每一個焊縫都要進行這樣的檢查。

5年多時間，近20萬人先后參與了“華龍一號”項目的建設……建設者用自己的智慧，創造了核電建設史的奇跡。

然而，總設計師邢繼卻說：“從‘華龍一號落地的那一天起，我們就要否定‘華龍。”

從2015年5月落地福清到2019年10月漳州核電建設，其間開工建設的每臺“華龍一號”機組圖紙都不一樣。

“我們在建設‘華龍一號第一臺機組時就不斷將經驗反饋到后續項目中，這樣越往后開工的機組在安全性和經濟性上就能不斷進行優化改進，指標也更優。”邢繼說。

2020年9月，國家核準了采用“華龍一號”三代核電技術的海南昌江核電二期工程和浙江三澳核電一期工程。目前，“華龍一號”在我國已經開始批量化建設。

“華龍一號”每臺機組每年發電近100億度，能夠滿足中等發達國家100萬人口的年度生產和生活用電需求，相當于每年減少標準煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸。

在葉奇蓁院士看來，我國提出要做好碳達峰、碳中和工作，能源轉型勢在必行。核電是低碳能源，應該跟風電、太陽能發電等結合起來，為碳減排作出貢獻。

余劍鋒表示，核工業的發展不僅要解決能源問題，未來也會為醫療、農業、制造業等帶來一些革命性的變化。核能，未來有更大可能！