走進華能石島灣：全球首座第四代核電站誕生始末

粟靈

華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程（以下簡稱“華能石島灣一期”）主控室里，6名操縱員緊盯面前電腦上的數(shù)字和隨時間變化的曲線。墻面的大屏幕上，簡圖勾勒出整個核電系統(tǒng)的輪廓，各關鍵環(huán)節(jié)亮起的綠燈提示一切運行正常。

4月24日，《國資報告》記者跟隨“走進新國企——向新而行 智造未來”融媒體采訪團來到華能石島灣一期。此次活動由國務院國資委新聞中心和中國華能集團有限公司（以下簡稱“中國華能”）共同組織。

這是全球首座實現(xiàn)商業(yè)化運行的第四代核電站，也是中國具有完全自主知識產權的國家科技重大專項標志性成果。該工程裝機容量20萬千瓦，于2012年底開工建設，2023年12月6日正式投入商業(yè)運行。

今年的《政府工作報告》在回顧2023年關鍵核心技術攻關成果時，特別提到了“第四代核電機組”。對此，中國華能黨組書記、董事長溫樞剛表示，華能石島灣高溫氣冷堆示范工程始終堅持以重大科技創(chuàng)新為引領，致力于打造具有先進性、安全性的現(xiàn)代化核電產業(yè)體系，對促進我國核電安全發(fā)展、推動我國核電技術高水平自立自強具有重要意義。中國華能將進一步發(fā)揮高溫氣冷堆核電創(chuàng)新鏈、產業(yè)鏈、人才鏈融合優(yōu)勢，積極拓展應用場景，加快形成新質生產力。

華能石島灣一期意義重大。技術上，中國在第四代核電，即模塊式高溫氣冷堆核電站商業(yè)運行領域的率先突破，可類比新能源汽車領域的“換道超車”；產業(yè)上，隨著全球首座第四代核電站落地，以及“華龍一號”在中國第三代核電站建設中漸成主流，中國終于堅定了以自主創(chuàng)新為主導的核電產業(yè)發(fā)展道路；公司層面，中國華能以此起步，于2020年9月拿下中國第四張核電“牌照”（前三張“牌照”發(fā)放時，獲取者均為純粹的核工業(yè)企業(yè)），為其他有志于入局核電的綜合性電力央企樹立榜樣。

“未來中國華能將在技術和產業(yè)兩端發(fā)力。技術上，在優(yōu)化高溫氣冷堆核心技術的同時，開展高溫核能制氫等核心技術研發(fā)。產業(yè)上，將呈現(xiàn)高溫氣冷堆與壓水堆雙輪驅動發(fā)展趨勢?！比A能山東石島灣核電有限公司黨委書記、總經理張延旭告訴《國資報告》記者。

核電新勢力

2004年，中國華能涉足核電領域。

兩年前，原國家電力公司被拆分成包括五大發(fā)電集團在內的11家企業(yè)。此后，“五大”在夯實火電和水電基礎的同時，走上了各具特色的多元化發(fā)展道路。原中國國電強化在風電界的領軍地位，原中電投另辟蹊徑布局光伏發(fā)電，中國華電以天然氣發(fā)電為跳板跨界油氣行業(yè)，中國大唐重倉煤化工，而綜合實力最強的中國華能則把目光投向更具挑戰(zhàn)的核電領域。

然而，中國對核電“牌照”進行嚴格管理。所謂“牌照”，就是控股建設運營核電站的資質。當時，全國僅有的兩張“牌照”掌握在中核集團和中廣核手中。前者由原核工業(yè)部改制而成，擁有極少數(shù)國家才具備的完整核科技工業(yè)體系；后者是20世紀90年代為引進法國核電技術而設，經過多年發(fā)展成為中國最大的核電站運營公司。

2004年的中國核電行業(yè)迎來關鍵節(jié)點。此前由于無序引進第二代核電，中國成為業(yè)界戲稱的“萬國堆型展覽館”，影響了中國核電技術進步。為實現(xiàn)技術統(tǒng)一，中國于2004年開啟第三代核電站的招標工作。根據招標結果，最初設想以美國AP1000為中國第三代核電站建設的主流技術。為此，國家遵循中廣核的先例于2007年設立原國核技，并頒發(fā)第三張核電“牌照”。

面對行業(yè)現(xiàn)實，“核電新勢力”中國華能要如何破局？

沒有“牌照”，那就從技術研發(fā)尋找突破口，尋找合作伙伴，構建創(chuàng)新聯(lián)合體。

憑借敏銳嗅覺，中國華能找到了清華大學。 2000年，中國科學院院士、時任清華大學校長王大中和時任清華大學核研院院長吳宗鑫帶領團隊建成了10兆瓦高溫氣冷實驗堆（10兆瓦即1萬千瓦）。高溫氣冷堆是一種被業(yè)界看好的第四代反應堆堆型。

什么是第四代核電？如果把前三代核電比喻成燃油車，第四代核電就類似于新能源汽車，二者之間的差異為新勢力創(chuàng)造了“換道超車”的機會。

核電，簡單來說，就是利用核裂變產生的熱量“燒開水”，水蒸氣推動系統(tǒng)設備來發(fā)電。

前三代核電在堆型上主要分為輕水堆和重水堆，前者“燒”的是凈化后的普通水，后者“燒”的是通過化學反應生成的特殊“水”。輕水堆主要分為沸水堆和壓水堆，沸水堆水燒開后會沸騰，水蒸氣直接引入后續(xù)系統(tǒng)設備，結構簡單、造價便宜但安全性相對欠缺，2011年福島核事故所涉及的就是沸水堆，中國大陸沒有沸水堆機組。壓水堆通過加壓不讓水沸騰，另設蒸汽發(fā)生器，用開水“隔碗蒸”新的開水，新水蒸氣推動后續(xù)系統(tǒng)設備。壓水堆在全世界在運核電機組中占據主流，公眾熟知的“華龍一號”“國和一號”都是壓水堆，早年的秦山核電站一期、大亞灣核電站一期也采用壓水堆機組。

第四代核電則另起爐灶，大多將“燒開水”中的水替換成氦氣、液態(tài)鈉、液態(tài)鉛、熔鹽等，“隔碗蒸”的還是普通水，系統(tǒng)設備、燃料組件等也會作出相應調整。按照2001年第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）給出的定義，第四代核電站具有四個主要特點，即核能的可持續(xù)利用、經濟性、安全與可靠性、防擴散與實物保護。GIF初步確定了6種候選堆型：超臨界水堆、超高溫氣冷堆、鈉冷快堆、氣冷快堆、鉛冷快堆、熔鹽堆。

2006年，“高溫氣冷堆核電站示范工程”被列入國家科技重大專項，由中國華能牽頭，聯(lián)合清華大學、中核集團共同建設。

創(chuàng)新之路

在“華龍一號”首堆2014年11月拿到“路條”以前，中國第三、四代先進核電站建設的跑道上，與山東海陽核電站一期（引進美國AP1000技術）、浙江三門核電站一期（引進美國AP1000技術）、廣東臺山核電站一期（引進法國EPR技術）同臺的，只有華能石島灣一期。

2007年1月，華能山東石島灣核電有限公司注冊成立。核電站籌備工作拉開帷幕。

人才隊伍建設是當務之急。2008年8月，北京昌平燕山腳下的清華大學核研院迎來第一批56名風華正茂的年輕人。經過一段時間的培訓，他們從這里走向華能石島灣一期建設、運行、管理各個崗位。

工程上的準備與人才培養(yǎng)同步推進。2007年10月，當時的國防科工委批復同意高溫堆示范工程開展前期工作，項目可研、設備采購、施工準備、生產準備等各項工作隨即鋪開。2008年2月，國務院批準高溫氣冷堆核電站重大專項實施方案。經歷4年籌備，2011年3月1日，華能石島灣一期獲得核準，即將破土萌芽。

然而，僅僅10天后，突如其來的日本福島核事故讓國內核電項目按下暫停鍵，華能石島灣一期進入等待開工的漫長寒冬。

2012年12月9日，華能石島灣一期在沉寂20個月后終于開工建設，成為國內核電重啟后首個開工項目。在這個本該狂歡的日子里，在場人員的臉上卻寫滿了敬畏。全球首座第四代核電站沒有先例可參，沒有經驗可循，自澆筑第一罐混凝土開始，就只能在邊設計、邊建造、邊調試、邊驗證的崎嶇道路上砥礪前行。

建設工作紛繁龐雜，但問題的關鍵，就是要圍繞“固有安全”這個第四代核電的核心競爭力做文章。

“在最極端的情況下，即反應堆突發(fā)故障或遭遇自然災害，一切操作系統(tǒng)都失靈的情況下，不依靠任何外界干預，反應堆仍然可以依靠自身的物理特性，自己保持在安全狀態(tài)?！比A能山東石島灣核電有限公司運行值長仝禮允說。

他介紹，高溫氣冷堆設置了三道防線。第一道防線是耐高溫的球形燃料元件，可有效防止放射性物質外泄；第二道防線是反應堆具有自穩(wěn)特性，當溫度升高到設定閾值時，反應堆會“自動剎車”，使核裂變反應得到有效控制；第三道防線是非能動的余熱排出系統(tǒng)，這一設計可使堆芯余熱不借助外力就能自然傳導出來，避免堆芯過熱發(fā)生熔毀。

“固有安全”融入到核電站建設的各個環(huán)節(jié)。

華能山東石島灣核電有限公司技術支持部在役檢查工程師馬剛介紹，在設備制造環(huán)節(jié)，中國華能聯(lián)合設備制造企業(yè)，成功研制出2200多套世界首臺套設備，其中創(chuàng)新型設備660余臺套，設備國產化率達93.4%。

建設安裝環(huán)節(jié)，中國華能聯(lián)合上下游企業(yè)，首創(chuàng)陶瓷堆內構件榫卯結構精確安裝技術、燃料裝卸系統(tǒng)復雜管路設備安裝技術等5大特有建安關鍵技術，累計攻克建設難題300余項，研發(fā)整套高溫氣冷堆模塊化建安技術，完成示范工程所有設備安裝。

調試運維環(huán)節(jié)，在華能石島灣一期第四任現(xiàn)場總指揮，中國華能黨組成員、副總經理張濤的率隊攻關下，中國華能攜手清華大學研發(fā)了大體積雙模塊反應堆回路強度密封及升溫技術、反應堆持續(xù)裝卸料多點聯(lián)動控制技術等6大關鍵核心技術，同步開發(fā)了高溫氣冷堆運行可靠性關鍵設備保障技術、運行概率安全分析等保障性技術，可有效保障高溫氣冷堆示范工程平穩(wěn)運行。

2021年9月12日，華能石島灣一期首次臨界?！爱敃r，王大中院士就是站在這里，隔著玻璃窗看著主控室大屏幕上的實時參數(shù)，激動地鼓掌?！睆堁有窕貞浾f。

2023年12月6日，該項目完成168小時連續(xù)運行考驗，正式投入商業(yè)運行。

“這是世界首個實現(xiàn)模塊化第四代核電技術商業(yè)化運行的核電站，標志著我國在高溫氣冷堆核電技術領域實現(xiàn)了全球領先?！睆垵诋斕祉椖客哆\現(xiàn)場難掩激動地說。

此時，中國核電行業(yè)也經歷著翻天覆地的變化。由于國際局勢風云變幻，核電引進受阻嚴重。

但另一邊，中國核電自主創(chuàng)新捷報頻傳。除中國華能外，中核集團與中廣核聯(lián)合研發(fā)的第三代核電“華龍一號”率先取得突破，2021年1月30日“華龍一號”首堆——中核集團福清核電5號機組投入商業(yè)運行，2023年3月25日“華龍一號”西部首堆——中廣核防城港核電3號機組投入商業(yè)運行。2020年9月，國家電投（原國核技與原中電投重組而成）正式發(fā)布第三代核電“國和一號”，“國和一號”示范工程建設穩(wěn)步推進。

轉型進行時

華能石島灣一期不只是一座核電站，更是中國華能作為創(chuàng)建世界一流示范企業(yè)，努力補強核電短板的起點。

世界一流企業(yè)首先要有世界級的眼光。對標世界500強排名最靠前的發(fā)電企業(yè)法國電力公司，一同入榜的五大發(fā)電集團在火、水、風、光等電源方面或領跑或并跑，唯獨核電差距較大。

拿下中國第四張核電“牌照”，意味著中國華能要從高溫氣冷堆技術創(chuàng)新者向更具綜合性的優(yōu)秀核電運營商轉變。

這種轉變必須以人才為核心。

在核電行業(yè)，像仝禮允這樣的操縱員被稱為“黃金人”，因為培養(yǎng)一名操縱員所花費的成本，折算成黃金，大約和一名成年人等身。仝禮允介紹，國外核電站的操縱員很多由核潛艇退伍軍人來擔任，但中國主要從相關專業(yè)的大學畢業(yè)生直接培養(yǎng)，并送往國內在運核電站實習。一名成熟的操縱員需要5到10年的工作經驗，熟練掌握100多門課程，經歷上千次考試，還要通過國家核安全主管部門組織的現(xiàn)場考試、模擬機考試、筆試和口試，每個環(huán)節(jié)都可能被淘汰。

“目前華能石島灣核電基地有72個‘黃金人，全國三個基地總共有兩三百人?！辟诙Y允說。

這種轉變必須以技術為支撐。

2020年12月，華能核能技術研究院在上海注冊成立。該研究院同時加掛“華能高溫堆技術研究中心”“中國華能集團有限公司核應急技術支持中心”兩塊牌子。研究院正在努力打造5大核心能力，即新一代高溫堆技術研發(fā)、高溫堆多用途型譜建設、核能先進技術創(chuàng)新研發(fā)、核能技術綜合開發(fā)運用、核電技術標準體系建設。

在華能核能技術研究院創(chuàng)建過程中，西安熱工研究院、中國華能集團清潔能源技術研究院抽調技術骨干給予了支持，這兩家火電和清潔能源領域的研究機構均為創(chuàng)建世界一流專業(yè)領軍示范企業(yè)。

這種轉變必須以規(guī)模為基礎。

目前，中國華能已有山東石島灣、海南昌江、福建霞浦三個核電基地，高溫氣冷堆與壓水堆雙輪驅動。高溫氣冷堆方面，除20萬千瓦的華能石島灣一期外，霞浦核電1臺60萬千瓦高溫氣冷堆核電機組已取得“路條”。壓水堆方面，昌江核電2臺120萬千瓦“華龍一號”核電機組正在建設中，石島灣核電2臺120萬“華龍一號”核電機組即將開工，另有石島灣核電2臺120萬“華龍一號”核電機組、霞浦核電4臺120萬“華龍一號”核電機組已取得“路條”。上述項目共計1280萬千瓦。

這種轉變必須以融合為動力。

首先是資本的融合。華能石島灣一期就是由中國華能、中核集團、清華大學按47.5%、32.5%、20%的比例合資共建。華能石島灣壓水堆擴建工程的4臺機組則由中國華能和國家電投按75%、25%的比例合資共建。此外，中國華能還參股了國家電投海陽核電、“國和一號”示范工程等。

其次是產業(yè)鏈的融合。華能石島灣一期帶動上下游500多家產業(yè)鏈公司。以螺旋盤管式蒸汽發(fā)生器為例，蒸汽發(fā)生器由哈電集團制造；蒸汽發(fā)生器的核心部件螺旋盤管當時沒有企業(yè)有能力制造，中國華能就投資管道制造企業(yè)，牽頭開展螺旋管研制，最終成功攻克超長無縫鋼管制造難題。

第三是業(yè)態(tài)的融合。在剛剛結束的這個供暖季，華能石島灣一期已實現(xiàn)向所在地寧津鎮(zhèn)供暖，有效降低了溫室氣體排放。此外，高溫氣冷堆還可用于高溫制氫、工業(yè)供汽、海水淡化、稠油熱采、同位素生產等領域。

這種轉變必須以品牌為引領。

華能山東石島灣核電有限公司培訓中心理論教員李晶介紹，中國華能打造了華能核電“品牌樹”，包括項目品牌華能高溫氣冷堆、公眾溝通品牌“連心橋”等。

華能核能技術研究院以華能石島灣一期為參考電站，以提升先進性、經濟性、可靠性和易推廣性為目標，打造出華能“HN-750”自主高溫氣冷堆品牌。

“連心橋”組織科普志愿者走進校園等地，與師生互動；開展公眾開放日活動，邀請社會公眾走進核電站，探尋石島灣核電科技館、體驗高溫堆主控室的模擬機仿真中心、接受核電站員工的防人因失誤培訓；為海帶養(yǎng)殖戶講解高溫堆溫排水情況，打消其顧慮，并在廠區(qū)內為其開辟海帶運輸綠色通道。