今天繼續(xù)聚焦“大國(guó)重器再攀高”系列。黨的二十屆四中全會(huì)指出，“十四五”時(shí)期我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技實(shí)力、綜合國(guó)力躍上新臺(tái)階。位于山東榮成的石島灣高溫氣冷堆示范工程，擁有諸多原創(chuàng)性、突破性的科技成就，也是全球第一座投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的第四代核電站，它的建成運(yùn)行標(biāo)志著我國(guó)在第四代核電技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。它先進(jìn)在哪里？經(jīng)歷了怎樣不尋常、不平凡的研發(fā)攻關(guān)過(guò)程？今天我們一起走進(jìn)石島灣。
作為全球首座第四代核電站，華能石島灣高溫氣冷堆示范工程自2023年底投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，已累計(jì)安全穩(wěn)定運(yùn)行近萬(wàn)小時(shí)。它標(biāo)志著中國(guó)在第四代核能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
在經(jīng)過(guò)一系列報(bào)備手續(xù)，通過(guò)數(shù)道安檢門(mén)后，我們進(jìn)入石島灣高溫氣冷堆示范工程內(nèi)部，近距離觀察這座大國(guó)重器。
進(jìn)入這道門(mén)，就意味著進(jìn)入了可居留區(qū)，即使發(fā)生嚴(yán)重核事故，里面的操作人員也可以在足夠安全的狀況下待滿七天時(shí)間。安全是人們?cè)谡劦胶穗娬緯r(shí)最關(guān)心的話題，而第四代核電站與前幾代核電站最大的不同，就是讓核反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)了固有安全。
清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院原院長(zhǎng)、高溫氣冷堆示范工程總設(shè)計(jì)師 張作義：固有安全的反應(yīng)堆就是只依靠自然規(guī)律，不依靠人、機(jī)械和電氣設(shè)備的干預(yù)不會(huì)熔化，不會(huì)出現(xiàn)熔化之后大規(guī)模放射性釋放。
早在上世紀(jì)80年代，科學(xué)界就開(kāi)始討論“固有安全”技術(shù)，即在嚴(yán)重事故下，不采取任何人為和機(jī)器的干預(yù)，反應(yīng)堆還能保持安全狀態(tài)。在經(jīng)歷了美國(guó)三哩島核電站事故和切爾諾貝利核電站等重大核事故后，“固有安全”的重要性更加凸顯。為了真正了解這一特性，在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安檢措施后，我們來(lái)到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的核反應(yīng)堆前。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，核燃料在反應(yīng)堆堆芯發(fā)生核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將核能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最終利用機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這便是核能發(fā)電的基本原理。從第一代到第四代核電站，發(fā)電原理基本相同，而作為第四代的高溫氣冷堆核電站，一個(gè)最大的不同點(diǎn)在于，使用了耐高溫的球形燃料元件替代了傳統(tǒng)堆型的燃料棒。
華能石島灣核電站運(yùn)行部副主任 郭仕偉：每一個(gè)反應(yīng)堆里面裝了43萬(wàn)個(gè)燃料球，就是用它來(lái)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生能量和發(fā)電。
每個(gè)燃料球的最外層直徑約6厘米，被石墨所包裹，內(nèi)部還有1.2萬(wàn)顆小顆粒，釋放能量的核燃料被四層陶瓷盔甲層層包裹在其中，能耐受上千攝氏度的高溫，從而有效防止放射性物質(zhì)外泄。
郭仕偉：我們的燃料元件在1620℃的溫度下，依然沒(méi)有探測(cè)到放射性物質(zhì)釋放有明顯增加，這就是高溫堆為什么可以高溫運(yùn)行最核心的基礎(chǔ)。
除了使用耐高溫的核燃料球，高溫氣冷堆的“氣冷”是指通過(guò)惰性氣體氦氣，而不是水作為冷卻劑進(jìn)行堆芯冷卻和熱傳導(dǎo)。正是一系列創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，讓高溫氣冷堆實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“固有安全”。
郭仕偉：做一次X光或者CT，人體所吸收的核輻射劑量比在核電站工作十年可能都要高。在統(tǒng)一的出口那兒有輻射監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保進(jìn)來(lái)的空氣是清潔的，出去的空氣沒(méi)有任何放射性污染。
華能山東石島灣核電有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng) 張延旭：從目前投產(chǎn)之后來(lái)看，從周邊的環(huán)境監(jiān)測(cè)、海生物監(jiān)測(cè)以及放射性流出物的監(jiān)測(cè)來(lái)講，沒(méi)有任何影響。
國(guó)際上對(duì)高溫氣冷堆技術(shù)開(kāi)展過(guò)大量的研究和設(shè)計(jì)工作，但一直沒(méi)有成功建成商業(yè)電站。早在上世紀(jì)80年代，中國(guó)科學(xué)院院士王大中等人就帶領(lǐng)清華大學(xué)核研院團(tuán)隊(duì)將研究目標(biāo)指向反應(yīng)堆“固有安全”，并于2000年建成了10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。
2006年，高溫氣冷堆示范工程與探月工程、北斗導(dǎo)航等一并被列入國(guó)家十六個(gè)科技重大專項(xiàng)，這意味著要以高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆為基礎(chǔ)，攻克一系列前所未有的工程技術(shù)難題，最終建成商業(yè)規(guī)模的高溫氣冷堆示范電站。王大中院士的學(xué)生，時(shí)任清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長(zhǎng)張作義，成為高溫氣冷堆重大專項(xiàng)總設(shè)計(jì)師，一場(chǎng)從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)也由此展開(kāi)。
2012年12月，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開(kāi)工，由中國(guó)華能集團(tuán)、清華大學(xué)、中核集團(tuán)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，共同研發(fā)建設(shè)。為了推動(dòng)示范工程實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工程應(yīng)用的飛躍，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、研發(fā)、建造、調(diào)試的過(guò)程中，攻克諸多行業(yè)性、世界性“卡脖子”難題。
為了確保高溫氣冷堆核電站示范工程的順利建設(shè)投產(chǎn)，清華大學(xué)在位于北京昌平被俗稱為“清華200號(hào)”的地方，專門(mén)建設(shè)了一座先進(jìn)反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)室，石島灣高溫氣冷堆的核心裝備都是在這里完成了嚴(yán)格測(cè)試后，才能安排生產(chǎn)制造。
高溫氣冷堆示范工程由于沒(méi)有先例可供參考，許多關(guān)鍵設(shè)備都是全球首創(chuàng)，其中就包括被稱為“核電之肺”的蒸汽發(fā)生器，其作用是將核反應(yīng)堆產(chǎn)生熱量“加熱”的水轉(zhuǎn)換成水蒸氣，從而推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。蒸汽發(fā)生器采用螺旋管換熱結(jié)構(gòu)，作為全球首創(chuàng)的設(shè)計(jì)，沒(méi)有可供參考的制造和裝配工藝，設(shè)計(jì)和制造難度超乎想象，影響著整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展。
從材料到設(shè)計(jì)再到工藝，高溫氣冷堆的核心裝備也考驗(yàn)著中國(guó)制造業(yè)從0到1的能力。參與蒸汽發(fā)生器研制的民營(yíng)企業(yè)來(lái)自江蘇無(wú)錫，經(jīng)過(guò)10多年和科研院所以及項(xiàng)目方的緊密合作，反復(fù)測(cè)試和打磨，最終把2400份圖紙變成了1330根符合設(shè)計(jì)規(guī)范的出口連接管，成功打通蒸汽發(fā)生器制造的關(guān)鍵路徑。企業(yè)也成長(zhǎng)為全球最大的核蒸發(fā)器管道生產(chǎn)制造商。
華能山東石島灣核電有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng) 張延旭：高溫堆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，得益于我們當(dāng)前裝備制造技術(shù)的發(fā)展，正是在這種舉國(guó)體制之下，我們能夠聯(lián)合國(guó)內(nèi)的科研院所、產(chǎn)品制造廠家，利用中國(guó)制造技術(shù)的發(fā)展一系列的產(chǎn)業(yè)鏈，完成了這個(gè)項(xiàng)目。
在高溫氣冷堆攻關(guān)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)多家高校院所、國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)共同參與，產(chǎn)業(yè)鏈上下游500多家企業(yè)、單位、科研院所聯(lián)合攻關(guān)，突破了一個(gè)又一個(gè)工程技術(shù)難關(guān)。中國(guó)華能專門(mén)研發(fā)并掌握了高溫氣冷堆特有的調(diào)試運(yùn)行六大關(guān)鍵核心技術(shù)。高溫氣冷堆核島1.5萬(wàn)多臺(tái)套設(shè)備中有2200臺(tái)套為首臺(tái)套，世界首創(chuàng)型設(shè)備超過(guò)660臺(tái)，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。這也成為“十四五”期間，我國(guó)核電發(fā)展取得歷史性成就的一個(gè)縮影。
中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)原副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng) 張廷克：國(guó)家通過(guò)實(shí)施重大科技專項(xiàng)，集中力量突破一些關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)核電技術(shù)體系。依托著完整的核工業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)研發(fā)到工程示范，再到規(guī)模化建設(shè)的有效銜接。
石島灣高溫氣冷堆示范工程無(wú)疑是一塊金字招牌，讓我國(guó)在核電技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到領(lǐng)跑世界的跨越。“十四五”期間，我國(guó)在運(yùn)、在建以及核準(zhǔn)待建核電規(guī)模世界第一，核電技術(shù)邁入世界先進(jìn)國(guó)家行列，核電自主創(chuàng)新能力顯著提升。“十五五”時(shí)期，我國(guó)還將全面增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。在新的征程上，中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)向新而行，創(chuàng)造更大的輝煌。