10月18日至22日，第81屆世界科幻大會將在成都舉辦。紅星新聞、每日經濟新聞日前聯合啟動“幻響未來，全球追光”大型融媒體采訪報道，追尋科幻轉換為現實背后人類不同文明所共同擁有的科技與夢想之光。

今天，我們帶你走近福建福清興化灣海岸，探訪我國具有完全自主知識產權的三代核電——華龍一號示范工程，探索人類對能源的應用極限。

福(fu)建省福(fu)清(qing)市福(fu)清(qing)核電(dian)站(zhan)，“華龍(long)一號”福(fu)清(qing)6號機(ji)組

2019年(nian)科幻電(dian)影《流浪(lang)地球(qiu)》上映后，互聯網(wang)社交平(ping)臺的(de)(de)熱搜中出現(xian)了(le)一系列物理學(xue)名詞——“核聚(ju)變(bian)”“太陽(yang)氫閃(shan)”……在電(dian)影的(de)(de)熱度(du)之下，科學(xue)的(de)(de)冷(leng)知識似(si)乎也(ye)熱了(le)起來，大眾對硬核科學(xue)知識生出向往。

而(er)在四十年(nian)前，劉(liu)昌文便開(kai)始對(dui)(dui)這一神秘的領域產生了(le)興趣：“當時(shi)讀中學的我對(dui)(dui)原子(zi)彈、氫(qing)彈很(hen)感興趣，覺得核(he)科學很(hen)神秘，是一個未知的世界。”于(yu)是，懷抱著(zhu)對(dui)(dui)核(he)科學的探(tan)索精神，在大學時(shi)，劉(liu)昌文選擇了(le)核(he)反應堆(dui)工程專業。“后來(lai)了(le)解了(le)，核(he)科學也可以用來(lai)發(fa)電，于(yu)是走(zou)上了(le)和平利用核(he)能的職業方向(xiang)。”

當年那個對神秘核科學(xue)充滿向往的學(xue)生劉昌文，如今已(yi)經(jing)成為中國(guo)核動力(li)研究(jiu)設計院華龍一(yi)號總(zong)設計師(shi)。

所謂核(he)電，是(shi)利用原子核(he)內部蘊(yun)藏的(de)能(neng)量(liang)產生電能(neng)。一(yi)顆原子核(he)，直徑(jing)只有一(yi)根頭發絲的(de)一(yi)億分之一(yi)，卻蘊(yun)藏著驚人能(neng)量(liang)。核(he)電是(shi)戰略高科技產業，發展核(he)電是(shi)和平時期(qi)保持和擁有強大核(he)實力的(de)重要(yao)途徑(jing)。

2022年3月(yue)，“華龍一(yi)號”示范工程在福(fu)建福(fu)清全(quan)(quan)面(mian)建成(cheng)投運，兩臺機組(zu)年發(fa)電(dian)能力近200億度，一(yi)個(ge)機組(zu)并網發(fa)電(dian)后，能滿足(zu)一(yi)個(ge)中型城(cheng)市的(de)用電(dian)需求。作為(wei)我國具有完全(quan)(quan)自主知識產權的(de)三代核(he)電(dian)技術(shu)，“華龍一(yi)號”的(de)誕生，標志(zhi)著我國在三代核(he)電(dian)技術(shu)領(ling)域躋身(shen)世(shi)界前列，核(he)電(dian)技術(shu)水平(ping)和綜(zong)合實力已躋身(shen)世(shi)界第一(yi)方(fang)陣。

一顆“中國芯”

潮水拍(pai)打著福建福清(qing)興(xing)化灣(wan)海岸(an)，這(zhe)里(li)依山傍海，目光所及，福清(qing)核電基地6臺(tai)機組巍然矗立在岸(an)邊不遠(yuan)處。在這(zhe)6臺(tai)機組中，有(you)兩臺(tai)機組尤(you)為(wei)顯(xian)眼，這(zhe)是我國具有(you)完全自主知識產權的三代(dai)核電——華龍一號示范工(gong)程(cheng)。

在這背后(hou)，是中(zhong)國(guo)核(he)電(dian)人三(san)十多年的科技攻關(guan)與不(bu)斷創新。

時(shi)(shi)間回到1996年底，彼時(shi)(shi)秦山(shan)核(he)電(dian)(dian)站的二期(qi)主體工程正在建設，工程設計裝機容量為兩臺65萬(wan)千(qian)瓦壓水堆核(he)電(dian)(dian)機組。“雖然秦山(shan)二期(qi)還在建設，但(dan)那時(shi)(shi)大家已經在討(tao)論，什么時(shi)(shi)候中(zhong)國能有百(bai)(bai)萬(wan)千(qian)瓦核(he)電(dian)(dian)機組。”劉昌文強(qiang)調(diao)說，“我們(men)想實現中(zhong)國人自己的百(bai)(bai)萬(wan)千(qian)瓦級核(he)電(dian)(dian)站。”

中國(guo)百萬千瓦(wa)核電站(zhan)的自(zi)主創新之路(lu)，這一走(zou)就是十多年。

福清核電(dian)1-6號機組全景

堆芯是(shi)核(he)電站的心臟，是(shi)核(he)燃料發生裂(lie)變、釋放能量的核(he)心部件。堆芯技術(shu)如(ru)果受制于人，自主核(he)電就無從談起。

“在(zai)此之前，國外核電(dian)技術(shu)的堆芯(xin)大(da)部(bu)分采用(yong)121個或157個燃料組件，我們在(zai)堆芯(xin)設計等方(fang)面(mian)不具有完全自主(zhu)知識產權(quan)，常(chang)(chang)常(chang)(chang)受(shou)制于人。”劉昌(chang)文說(shuo)。

中國核動(dong)力研究設計(ji)院的(de)專家(jia)團隊經過大量論證，在國外通用的(de)157組(zu)堆芯基礎上，每個象限增加(jia)(jia)5組(zu)元件，4個象限共增加(jia)(jia)20組(zu)元件，形成(cheng)177組(zu)堆芯的(de)創新設計(ji)。

“177堆芯(xin)”是我(wo)國三代核電(dian)(dian)區別于(yu)國外技術(shu)的最主要特點，它由177個燃料組件構成，體積更大，讓(rang)核電(dian)(dian)機(ji)組的發電(dian)(dian)功率(lv)得(de)到提(ti)升的同(tong)時，降低(di)了堆芯(xin)內的功率(lv)密度，提(ti)高(gao)了核電(dian)(dian)站(zhan)的安(an)全(quan)性。這也使得(de)堆芯(xin)換料周期由通常的12個月延長至18個月，將電(dian)(dian)廠可利(li)用率(lv)提(ti)高(gao)至90%以上。

反應堆的設(she)計是核(he)電(dian)技術的關鍵(jian)領(ling)域，這顆(ke)“中國芯”，更是華龍一號自主知識產權(quan)的基(ji)礎(chu)。

“華龍一號”福清(qing)6號機組

不再“卡脖子”

“中國(guo)人自己的百萬(wan)千瓦級核(he)電站”，簡單(dan)幾個字，背后卻是數年(nian)來艱辛的科(ke)技(ji)攻關。

比如核(he)(he)(he)電(dian)站(zhan)(zhan)的主(zhu)設備(bei)之一蒸汽發生(sheng)器(qi)的自主(zhu)研發過(guo)程。行走(zou)在福(fu)清(qing)核(he)(he)(he)電(dian)5號機組的核(he)(he)(he)島內部，三個20米高的巨大白色(se)圓柱體裝(zhuang)置分外(wai)顯眼，它(ta)們(men)的學(xue)名(ming)叫(jiao)“蒸汽發生(sheng)器(qi)”，是核(he)(he)(he)電(dian)站(zhan)(zhan)的主(zhu)設備(bei)之一。

蒸汽發(fa)(fa)生器(qi)結構(gou)復(fu)雜，內部零件超過(guo)一萬個，價(jia)格昂貴，動(dong)輒就上(shang)億元人民幣，以往(wang)大(da)型(xing)核電站的蒸汽發(fa)(fa)生器(qi)的設(she)計技術及知識(shi)產權掌(zhang)握(wo)在美國、法(fa)國的少數幾家設(she)計公司手中。

劉昌文(wen)(wen)告訴記者，在(zai)“華(hua)龍一(yi)號”早期的設計(ji)過程中(zhong)，本打算向國外公司(si)購買(mai)(mai)這(zhe)項設備。“談了很多輪，基本上所有內容(rong)都(dou)談好(hao)了，但卡(ka)在(zai)最后一(yi)步(bu)，對方堅持(chi)要求如果將(jiang)來使用這(zhe)種蒸汽發(fa)生(sheng)器的核電技術用于(yu)出口，必(bi)須經過其(qi)同意。”劉昌文(wen)(wen)說(shuo)，在(zai)場的中(zhong)國專家都(dou)接受不了，“相當(dang)于(yu)給車買(mai)(mai)一(yi)個輪胎(tai)，結果輪胎(tai)商不允許這(zhe)輛車出口。”

“從那(nei)時(shi)起，我們更加堅定了研發完全自(zi)主知識產權(quan)的(de)(de)三代核電技術的(de)(de)決心。”劉昌(chang)文說，研制蒸(zheng)汽(qi)發生器，需(xu)要(yao)(yao)合(he)適的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)來測(ce)試設備性(xing)能，“很(hen)難找到有大量蒸(zheng)汽(qi)的(de)(de)實(shi)驗場(chang)所(suo)，經過(guo)多(duo)番努力，最終(zhong)在河南南陽油(you)田(tian)找到符合(he)條件的(de)(de)實(shi)驗條件。”劉昌(chang)文說，由于(yu)油(you)田(tian)有自(zi)己的(de)(de)生產工作，于(yu)是(shi)只能協商利(li)用寶貴的(de)(de)用汽(qi)“窗口”時(shi)間，“為了搶時(shi)間，實(shi)驗需(xu)要(yao)(yao)連續進行，科研人員常(chang)常(chang)需(xu)要(yao)(yao)24小時(shi)守在野(ye)外冰天雪地(di)的(de)(de)試驗現場(chang)，啃饅頭、泡方便面更是(shi)常(chang)事。”

華龍一號

結構設計、知識(shi)產(chan)權、性能驗證、軟件設計、關鍵材料國產(chan)化、制(zhi)造技(ji)術國產(chan)化等技(ji)術難(nan)關被連續攻克，僅僅27個月后，用于“華龍(long)一號”的第三代(dai)核電(dian)ZH-65型(xing)蒸汽(qi)發生器(qi)問世(shi)。

蒸汽發生器只是一個縮(suo)影，先進堆芯測量(liang)系統、核燃料(liao)組件包(bao)殼材料(liao)……通過自主創新大量(liang)關鍵設備，華龍一號(hao)不再被“卡脖子”。

作為我國具有完(wan)全自主知識產(chan)權(quan)的核電型號，華(hua)(hua)龍一號共獲得(de)七(qi)百余件(jian)(jian)(jian)專(zhuan)利和一百余項(xiang)軟件(jian)(jian)(jian)著作權(quan)，覆蓋了設計技術(shu)(shu)、專(zhuan)用設計軟件(jian)(jian)(jian)、燃(ran)料技術(shu)(shu)、運行維護技術(shu)(shu)等眾多領域。“有了華(hua)(hua)龍一號，中(zhong)國核電人可以挺(ting)直腰桿，從‘借船(chuan)出海’走向‘造船(chuan)出海’。”劉昌(chang)文(wen)說(shuo)。

核電站的安全“雙保險”

安全(quan)性(xing)，是(shi)三(san)代(dai)核(he)(he)(he)電(dian)與(yu)二代(dai)核(he)(he)(he)電(dian)最顯著的區別之一(yi)。“能(neng)動(dong)(dong)(dong)與(yu)非能(neng)動(dong)(dong)(dong)”相結合的安全(quan)技術(shu)，就是(shi)“我(wo)國具有完(wan)全(quan)自主知識產權的三(san)代(dai)核(he)(he)(he)電(dian)技術(shu)”的顯著特征之一(yi)。其特點(dian)是(shi)能(neng)夠(gou)在不依(yi)賴(lai)外部能(neng)源(yuan)驅動(dong)(dong)(dong)的情況(kuang)下，僅(jin)靠(kao)自然循(xun)環、重力等(deng)方式確保核(he)(he)(he)電(dian)站(zhan)穩定，打造核(he)(he)(he)電(dian)站(zhan)安全(quan)“雙保險”。

“雙保(bao)險”安全系(xi)統，源(yuan)于福島核事故敲響(xiang)的(de)警鐘。

2011年2月28日(ri)、3月1日(ri)，“華龍(long)一號”的前身——CP1000通過了(le)安全審查，進入(ru)工程建(jian)設階段。工程僅進行了(le)幾天(tian)，3月11日(ri)，日(ri)本福島(dao)第一核(he)電(dian)站發生放射性物質(zhi)泄漏(lou)事(shi)故。受(shou)其影響，中國(guo)核(he)電(dian)項目建(jian)設全面暫(zan)停。“打(da)個不恰(qia)當的比喻，就(jiu)(jiu)像懷了(le)個孩(hai)子，快要生的時候突(tu)然(ran)沒(mei)了(le)。”劉昌文說，“大(da)家那時都(dou)哭了(le)，從1997年開始辛苦(ku)工作(zuo)多(duo)年，就(jiu)(jiu)等(deng)今天(tian)。結果叫停了(le)，對(dui)我們(men)打(da)擊很大(da)。”

“華龍一號(hao)”福(fu)清(qing)6號(hao)機組內部

此后(hou)，科研人員對(dui)標(biao)世界上最先進的技術和最嚴(yan)格的標(biao)準(zhun)，對(dui)“華龍一號”進行了一系列安全升(sheng)級。“能動與非(fei)能動”，便(bian)是華龍一號核電機型(xing)保持安全的核心。

簡單(dan)來說(shuo)，“能動”，就(jiu)是(shi)靠電(dian)來驅動安全系統(tong)，保障核(he)電(dian)站運行(xing)。“這種技(ji)術成(cheng)熟安全，但(dan)是(shi)在極(ji)端(duan)情況下還是(shi)會有危險。例如福島(dao)核(he)事故中(zhong)，核(he)電(dian)站失(shi)去電(dian)力供應，導致冷卻系統(tong)失(shi)效，無(wu)法排出堆芯余熱，反應堆部分熔(rong)毀，導致放射(she)性物質泄漏。”劉昌文(wen)說(shuo)。

為了克服這個問題，核動力院研發(fa)了“非能動”方式的創新安(an)全設(she)計。劉昌文介紹(shao)說，華(hua)龍一(yi)號(hao)“非能動”的安(an)全設(she)計是(shi)不依靠電，依靠位(wei)差、密(mi)度(du)差、高差形成(cheng)自然循環。“利用重力，將堆(dui)(dui)芯(xin)衰變熱傳遞至事(shi)故冷卻(que)水箱，從而降低(di)堆(dui)(dui)芯(xin)溫度(du)，避免(mian)事(shi)故發(fa)生。”劉昌文說，“所以(yi)，華(hua)龍一(yi)號(hao)完(wan)全可以(yi)避免(mian)福島(dao)核事(shi)故那樣的核災(zai)難。”

“華龍一號(hao)”福(fu)清6號(hao)機組汽(qi)輪機廠房

擁有“四川基因”

一個(ge)機(ji)組能滿足(zu)一個(ge)中型城市的用(yong)電需求

“華龍一號”的誕生，標(biao)志(zhi)著我(wo)國在三代核(he)電技術(shu)領域躋(ji)身世界(jie)前列，核(he)電技術(shu)水平和綜合(he)實力已躋(ji)身世界(jie)第一方陣(zhen)。

這(zhe)一(yi)(yi)“國之(zhi)重器”，擁有“四川基因(yin)”。“華龍一(yi)(yi)號(hao)”的很多關鍵設(she)備都在四川生產，比如(ru)DCS控(kong)制系統來(lai)自(zi)成都、“核電之(zhi)芯”核燃料(liao)組(zu)件來(lai)自(zi)宜賓(bin)，帶(dai)動(dong)了(le)在川30余家企業和科(ke)研院所參與配套(tao)，產業規模超過300億元，涉及重大裝備、數字化儀(yi)控(kong)等領域。

劉昌(chang)文說(shuo)，從(cong)中國(guo)第一代核(he)潛艇陸上模(mo)式(shi)堆到全(quan)球(qiu)領(ling)先(xian)的第三代核(he)電技術華龍一號，四川核(he)動(dong)力產(chan)業鏈不(bu)斷升級，產(chan)業體系不(bu)斷完善(shan)，產(chan)業圈也在不(bu)斷擴(kuo)大。

福(fu)清(qing)核電1-6號(hao)機組全景

目前(qian)，華龍一號國(guo)內外首批工(gong)程(cheng)4臺機組(zu)已(yi)經(jing)全部建(jian)成商(shang)運(yun)，福(fu)建(jian)漳州(zhou)一期(qi)、海南昌江三期(qi)等(deng)“華龍一號”新建(jian)機組(zu)已(yi)經(jing)開(kai)工(gong)建(jian)設。華龍一號的(de)商(shang)業運(yun)行，不僅能(neng)產生巨大的(de)經(jing)濟效益，對(dui)于(yu)改善我國(guo)能(neng)源結構、助力(li)碳(tan)達峰、碳(tan)中(zhong)和(he)戰略目標的(de)實現意義深遠。

據了解(jie)，華龍一(yi)號一(yi)個(ge)機組并(bing)網發電之后能夠滿足一(yi)個(ge)中(zhong)型(xing)城市的用電需(xu)求，并(bing)且(qie)每年減少耗煤530萬噸(dun)，以及(ji)減少二(er)氧化(hua)碳排放1300萬噸(dun)。相(xiang)當于(yu)植(zhi)樹2.6億(yi)棵，覆蓋面積達到300萬畝，將(jiang)近可以覆蓋1/5個(ge)北京。

按目前市(shi)場情況測算，每臺“華(hua)龍一號(hao)”機組(zu)全壽期內在國(guo)內創造產(chan)值將超(chao)過2000億(yi)(yi)元人民(min)幣(bi)，并提供(gong)超(chao)過15萬個就業崗位。另外(wai)，每出口一臺“華(hua)龍一號(hao)”機組(zu)，將為我國(guo)帶動相關機電產(chan)品和材料(liao)出口近200億(yi)(yi)元。

“核(he)(he)能(neng)是低碳(tan)能(neng)源，先進核(he)(he)能(neng)技(ji)術可(ke)以提供高(gao)品質熱(re)源，能(neng)實現多用途利用，涵蓋電力、制氫、供熱(re)供汽、海水淡化等(deng)領域，必將成為(wei)我(wo)國低碳(tan)綠色經濟發展的重要(yao)能(neng)源支撐。”劉(liu)昌文說(shuo)。

紅星(xing)新聞記者 彭驚 攝影記者 王(wang)勤 發自福建福清