界面新聞記者 ｜ 戴晶晶
“進行原子核裂變反應的這部分建筑叫做核島，另一邊是發(fā)電的常規(guī)島?！?/span>
伴隨著上海核工院工作人員的介紹，一個精密規(guī)整的核電站模型展現(xiàn)在眼前：右側(cè)建筑呈立式狀半圓柱形，底部是高聳直立的核反應堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器，鋼穹頂上方放置著一個巨大的水箱；左側(cè)建筑內(nèi)部管道如同血管般蜿蜒，源源不斷地輸送蒸汽，以驅(qū)動汽輪機發(fā)電。
這正是中國自主設(shè)計的大功率核電機組“國和一號”的1:60模型，在日前上海舉辦的“2023中國品牌日”活動上亮相。
“國和一號”即CAP1400壓水堆技術(shù)，是中國在引進、消化吸收第三代先進核電AP1000非能動技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過再創(chuàng)新形成的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電型號。
2020年9月28日，國家電投正式發(fā)布“國和一號”，標志著該技術(shù)終于完成研發(fā)。國家電投也由此掌握了第三代非能動核電技術(shù)。
第三代核電是當今世界核電發(fā)展的主流技術(shù)。中國目前主要在發(fā)展的三代核電技術(shù)包括歐洲壓水反應堆（EPR）、美國西屋AP1000、俄羅斯改進VVER，以及“華龍一號”和“國和一號”，后兩者中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。
作為全球最大的非能動壓水堆核電站，“國和一號”單機組輸出功率約1500兆瓦，年發(fā)電量可以滿足超過2200萬居民的年用電需求。在山東省威海市榮成石島灣核電站，“國和一號”示范工程一期兩臺機組的建設(shè)工作正在推進中。
關(guān)鍵的非能動技術(shù)
“國和一號”的研發(fā)工作歷經(jīng)了12年。
2008年2月，國務院第209次常務會議上通過重大專項總體實施方案，將CAP1400的研發(fā)和示范工程建設(shè)列為國家科技重大專項的重點任務?！皣鸵惶枴钡难邪l(fā)工作自此正式啟動。
2014年1月，該技術(shù)初步設(shè)計通過國家能源局評審；2016年2月，通過國內(nèi)聯(lián)合安全審評；2016年4月，通過國際原子能機構(gòu)通用安全審評，獲得國際認可；2020年9月正式對外發(fā)布。
區(qū)別于中國完全自主設(shè)計研發(fā)的核電技術(shù)“華龍一號”，“國和一號”核島擁有一頂顯眼的“帽子”。這實際上是一個裝著3000多噸冷卻水的超大水箱，是AP1000非能動核安全設(shè)計理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
所謂“非能動”，是利用可靠的自然界規(guī)律及物理特性來設(shè)計不依賴外部動力的系統(tǒng)，在事故工況下不依靠電能等外部動力即可保證核電廠安全。
“國和一號”總設(shè)計師鄭明光曾表示，先進三代核電消除了大規(guī)模放射性釋放的可能性，排除了核電風險對環(huán)境與公眾的放射性危害。
“國和一號”在AP1000的非能動系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計了基準事故下全部核電廠安全功能，包括控制棒自動下落中斷鏈式反應、注水冷卻和帶走堆芯余熱，以及雙層安全殼包容放射性物質(zhì)等多重保障。
一旦事故發(fā)生，最頂端水箱中的冷卻水會在重力作用下下流，冷卻安全殼，從而保證安全殼不超壓并迅速降壓。內(nèi)層鋼制安全殼同時作為熱交換的表面，將安全殼內(nèi)部的熱量發(fā)散到大氣中。
“外層鋼筋混凝土屏蔽廠房厚度達到1.1米，可以有效抗擊如臺風或海嘯這樣的外部侵害。”上海核工院的工作人員對界面新聞表示，這甚至也可以抵抗類似波音737飛機的撞擊。
上海核工院始建于1970年2月8日，前身為“七二八工程設(shè)計研究設(shè)計院院”，主營核電研發(fā)、設(shè)計和工程建設(shè)管理服務等，由國家電投控股。
據(jù)上述工作人員介紹，在電廠斷電狀況下，“國和一號”反應堆能在事故發(fā)生72小時內(nèi)無須人工干預自動保證安全。
由于采用了完全非能動設(shè)計理念，“國和一號”做了許多“減法”，相比傳統(tǒng)電廠整體閥門減少50%、管道減少80%，電纜減少70%。
此外，為了消除因軸封失效導致失水事故的可能性，“國和一號”示范工程采用了無軸封主泵，即濕澆組主泵與屏蔽主泵兩條技術(shù)路線，分別應用于1號機組與2號機組。
主泵是核反應系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動設(shè)備，提供反應堆冷卻劑的循環(huán)驅(qū)動力，是核電站正常功率運行時的動力保障，又被稱為核電站的“心臟”。
“‘國和一號’采用的是全密封的泵，是完全內(nèi)生的動力來源，不需要外部再加電機驅(qū)動?！必撠熝邪l(fā)濕澆組主泵的上海電氣凱士比核電泵閥有限公司總經(jīng)理助理金樂告訴界面新聞，由于泵的所有轉(zhuǎn)動部件都在壓力邊界范圍之內(nèi)，所以安全性能會有一個數(shù)量級的提升。
國產(chǎn)化能力將達100%
“‘國和一號’的蒸發(fā)器是目前全球壓水堆中最大的，高度約25米，U型管數(shù)量12600余根，重量達到800余噸?！鄙虾ｋ姎夂穗娂夹g(shù)部副部長和廣慶對包括界面新聞在內(nèi)的記者描述道，這是一個非常精密、大型且復雜的設(shè)備。
蒸汽發(fā)生器是核島內(nèi)的主設(shè)備之一，為核電站一二回路的邊界，作用是將堆芯產(chǎn)生的熱量傳遞給二次側(cè)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)干燥后推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，被稱為“核電之肺”。
和廣慶表示，該臺蒸發(fā)器研制過程中共攻克關(guān)鍵制造及檢測技術(shù)38項，幾乎達到100%的國產(chǎn)化率。其中如管板深孔加工的???難度比AP1000的場景下提高10%，比“華龍一號”等三代核電堆型提高50%。
從“肺”，到“心臟”主泵，再到堆芯的燃料組件、大鍛件、690U型管，在十余年的研發(fā)攻關(guān)后，“國和一號”當前整體國產(chǎn)化能力已達90%以上。
2月28日，由國家電投主辦的“國和一號”產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟成立，聲明在2023年，全面實現(xiàn)100%設(shè)備國產(chǎn)化能力。
到2025年，建成“技術(shù)上最先進最安全、裝備上完全自主可控、經(jīng)濟上有顯著競爭優(yōu)勢”的三代核電產(chǎn)業(yè)鏈，支撐“國和一號”和非能動系列型號健康可持續(xù)發(fā)展。
設(shè)備國產(chǎn)化能力的提升能夠解決設(shè)備交付風險方面的問題，也能有效降本。
寶銀特種鋼管有限公司副總經(jīng)理吳青松也告訴界面新聞，過去二代核電時期，690U型傳熱管技術(shù)被日本和法國等國際企業(yè)壟斷，中國進口價格達到220萬元/噸。
“國產(chǎn)化后，目前寶銀的三代U型傳熱管銷售價為60萬-80萬元/噸，僅為二代時期進口價的三分之一?！眳乔嗨烧f。
在形成國內(nèi)核電堅實的產(chǎn)業(yè)鏈后，包括“國和一號”在內(nèi)的核電站批量化建設(shè)有望提速。
上海核工院資料顯示，“國和一號”采用標準化設(shè)計、工廠化預制、模塊化建造、開頂法施工、集成式供應等，批量化建造后，核電項目建造周期可至56個月。