1974年3月31日下午，人民大會堂新疆廳，來自上海七二八工程設(shè)計院的技術(shù)人員繆鴻興在一米多高的有機玻璃模型旁，向周恩來總理詳細解釋核電站的設(shè)計方案。
四年前的1970年2月8日，上海市傳達周恩來關(guān)于同意上海市研制核電站的指示精神，部署開展核電技術(shù)方案研究，中國第一座核電站便以1970年2月8日這個特殊日子作為工程代號，被命名為“七二八工程”。
和當(dāng)年在戈壁灘上隱姓埋名搞原子彈類似，中國核電人以“干驚天動地事，做隱姓埋名人”的精神，力克萬難，砥礪奮進，設(shè)計建造出了中國大陸第一座核電站。如今，又通過三代核電自主化，對國際最高水平完成追趕甚至有望超越。整整50年過去了，中國核電之路踏遍崎嶇，越走越寬。而籠罩著中國核電的神秘面紗，也在今天被揭開。
0/1 秦山核電站：千巖萬壑不辭勞
作為一種誕生于20世紀中葉的新型能源，核電的最大優(yōu)點是它能從很少的燃料中獲得巨大的能量。同等質(zhì)量下，核裂變釋放出的能量是化石燃料的幾百萬倍。1千克核燃料鈾能產(chǎn)生40萬千瓦時的電;如果反復(fù)使用這批鈾，則1千克鈾能產(chǎn)生700萬千瓦時以上的電。
核電還被視為一個國家綜合國力的直接體現(xiàn)。從技術(shù)上說，核電技術(shù)和核武器一樣，都是建立在核反應(yīng)堆、鈾濃縮和乏燃料后處理的科學(xué)和工程研究基礎(chǔ)上。雙重考慮之下，在擁有自己的核武器之后，發(fā)展民用核電技術(shù)成為當(dāng)時中國的戰(zhàn)略目標，其中最重要的技術(shù)與方案設(shè)計任務(wù)落在七二八工程設(shè)計院(后更名為上海核工程研究設(shè)計院有限公司，簡稱上海核工院)肩上。
△ 在秦山核電站的研發(fā)過程中，技術(shù)人員正在為反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件流致振動試驗設(shè)備安裝傳感器
但因為缺乏外部技術(shù)與資金支持，七二八工程遇到了不少困難。上海核工院前院長鄭明光回憶，因為核工業(yè)的復(fù)雜性和極高的技術(shù)難度，當(dāng)時全國范圍內(nèi)動員了大概437家單位參加秦山一期工程的研發(fā)和建設(shè)工作，“因為當(dāng)時中國的工業(yè)制造能力與產(chǎn)業(yè)鏈水平都是比較低的，要做出核用級別的產(chǎn)品極其不容易”。
唯一能依靠的只有“千巖萬壑不辭勞”的精神。其后成為秦山30萬千瓦核電工程副總設(shè)計師的繆鴻興，記得數(shù)不清的例子：比如上海當(dāng)時只有一個計算中心，很多單位都要排隊使用，為了研發(fā)出核電站的反應(yīng)堆物理程序，負責(zé)這一塊工作的同志就長期開夜車在計算中心做研究。再比如在研制安全殼時，當(dāng)時國外的很多設(shè)計都是鋼結(jié)構(gòu)的，但是國內(nèi)鋼材的性能趕不上國際水平，只好改做預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，而那時整個中國的預(yù)應(yīng)力工業(yè)也很落后，連像樣的大的預(yù)應(yīng)力鋼索都沒有，相關(guān)同志又只好帶隊自己搞。“等于誰有需求誰自己來攻克技術(shù)難關(guān)。”繆鴻興說。
△ 位于東海之濱的秦山核電站是我國第一座自主研發(fā)設(shè)計建造的核電站，它的成功運行結(jié)束了中國大陸無核電的歷史
△ 1991年12月15日，秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電
1991年12月15日，被譽為“國之光榮”的秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電，結(jié)束了中國大陸無核電的歷史。在這個過程中，上海核工院也一路發(fā)展壯大，成為了日后我國核工業(yè)領(lǐng)域最重要的設(shè)計與研究機構(gòu)。
0/2 國和一號：真的很難，都是一點點摳出來的
其后我國又建成了大亞灣核電站，但總地來講，還是缺乏大型核電站的設(shè)計技術(shù)，大型核電設(shè)備制造能力也不足。如何盡快趕上國際先進水平?這個問題逐漸在國內(nèi)達成共識，即通過引進、消化并吸收國際上最先進的第三代核電技術(shù)，從而掌握屬于自己的先進核電技術(shù)。為此，國務(wù)院專門成立了招標工作組。最終，來自美國西屋公司的三代核電AP1000技術(shù)方案成為了最終的選擇。
△ 建造中的三門核電站
選擇從國外引進技術(shù)自然避不開核電的安全性話題。鄭明光回憶，當(dāng)初我國在考慮新時期如何發(fā)展核電時，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)初的二代核電技術(shù)在總體上來講安全風(fēng)險仍然偏高。因此，在安全性上有質(zhì)的飛躍的“第三代核電技術(shù)”成為了新時期中國發(fā)展核電的不二之選。
清華大學(xué)核能科學(xué)與工程管理研究所副研究員俞冀陽具體解釋道，第二、第三代技術(shù)最為根本的一個差別，就是第三代核電技術(shù)把設(shè)置預(yù)防和緩解嚴重事故作為了設(shè)計核電廠必須要滿足的要求，從而大大提高了安全性。“也就是說第三代核電技術(shù)在安全問題上做到了‘設(shè)計兜底’，可把廠外放射性物質(zhì)釋放的可能性降低幾個量級。”
△ 2010年11月29日，海陽核電1號機組正在進行鋼制安全殼三環(huán)吊裝工作。安全殼是保證核電廠安全的重要設(shè)備，承壓能力超過每平方米4噸，能夠把放射性物質(zhì)牢牢包裹其中
第三代技術(shù)是“非能動的”，意味著它不依賴外來觸發(fā)和動力源即可運行工作。以非能動安全殼冷卻系統(tǒng)為例，它利用鋼制安全殼殼體作為一個傳熱表面，事故條件下安全殼內(nèi)的蒸汽會在安全殼內(nèi)表面冷凝，然后通過導(dǎo)熱將熱量傳遞到鋼殼體;而位于安全殼外側(cè)屏蔽廠房頂部有一個“大水箱”，它無需額外動力，能夠通過重力自動對安全殼殼體實施外部噴淋冷卻并形成水膜;受熱的鋼殼體外表面通過對流、熱輻射，被安全殼外壁自然循環(huán)的空氣和水膜帶走熱量，從而間接為安全殼里的所有設(shè)備起到降溫的作用;而那個大水箱可以連續(xù)三天噴淋并重新補水，為后續(xù)工作爭取到充足的時間。
“所以我國發(fā)展核電優(yōu)先考慮的就是安全性，要能夠讓公眾放心，這樣才能為核電的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。”國家電力投資集團有限公司核電業(yè)務(wù)總監(jiān)王鳳學(xué)總結(jié)道。正是因為這種對安全性的極致追求，從2006年開始，以上海核工院為核心，中國的核電人正式踏上了一條三代核電自主化的追趕之路。
從2007年與美國西屋公司簽訂合同起，上海核工院就在學(xué)習(xí)引進技術(shù)的同時開始了自主設(shè)計研發(fā)的準備。作為整個三代非能動核電自主化技術(shù)總承接單位，上海核工院相繼派出了100多名技術(shù)人員去美國考察學(xué)習(xí)，在這個過程中得到了快速成長。
△ 2009年6月29日，三門1號機組 CA20結(jié)構(gòu)模塊吊裝就位
從引進自美國西屋公司的AP1000(1000指1000兆瓦，等于100萬千瓦)技術(shù)，通過引進、消化、吸收的全過程，中國核電已經(jīng)進入了全面自主創(chuàng)新的新階段——中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國和一號誕生了。
“真的很難，都是一點點摳出來的。”雖然最困難的時期早已過去，國核設(shè)備黨委書記、董事長王洪濤講起當(dāng)初的情況仍然感觸很深。還是拿最好理解的安全殼為例，王洪濤說，“國和一號”示范項目的鋼制安全殼材料是SA738鋼板，因為要做成圓柱體的形狀，本身又有抗震需求，所以對鋼板的尺寸控制要求非常高。而當(dāng)時國內(nèi)鋼板如果想要達到那種強度就要比它厚不少，因此他們當(dāng)時得和寶鋼、武鋼、鞍鋼等幾家企業(yè)和研究院一起重新研制材料，“前后不知用掉了多少汗水和精力”。這個過程中最難的地方聽起來有些荒誕，王明彈解釋道，美國人設(shè)計的理念很好，但是他們自己幾十年沒做過核電站了，所有實際的工作都要我們自己來做，而其中大部分都無前例可循。
而當(dāng)這一切難題都得到解決后，從最先建成的三門核電站1號機組到海陽核電站的2號機組，設(shè)備的國產(chǎn)化率從31.5%飛躍至72%。在最新的“國和一號”示范項目中，國產(chǎn)化率目標再次上升到90%以上，并能夠在后續(xù)核電項目中實現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化率100%的目標。
0/3 第三代核電技術(shù)，可以自豪地走向世界
“從AP1000到國和一號，這不是簡單的等比例放大就行的，所有的研發(fā)設(shè)計都需要你自己重新設(shè)計。”國家科技重大專項大型先進壓水堆核電站“國和一號”總設(shè)計師鄭明光說道，因為在與西屋公司的合同里寫了一條，就是如果我們自己能設(shè)計出功率超過1350(135萬千瓦)的方案，就能擁有屬于自己的知識產(chǎn)權(quán)。
△ 2016年1月，三門核電1號機組正在進行主泵吊裝工作，三門1號機組是全球首個采用屏蔽泵作為主泵的核電廠，和一般的泵相比，屏蔽泵具有漏，靜音等諸多優(yōu)點
2014年1月，由上海核工院為主體編制的“國和一號”的初步設(shè)計方案通過了國家能源局組織的評審，徹底打破了原來美國西屋公司對中國在知識產(chǎn)權(quán)上的限制，來自中國的第三代核電技術(shù)也可以自豪地走出國門、走向世界了!
山東海陽核電站及浙江三門核電站兩個依托項目作為三代非能動核電站全球首批工程，歷時10年建設(shè)，4臺機組已于2018年底、2019年初陸續(xù)投入商用。未來，這個中國大陸領(lǐng)土伸入大海的最東緣地帶，將會擁有兩座現(xiàn)階段技術(shù)最先進的核電機組。其重要性還能從另一個角度證明——國核示范董事長、黨委書記汪映榮稱，此項目是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》確定的16個重大科技專項之一。
王鳳學(xué)總結(jié)道，“因為三代核電自主化戰(zhàn)略涉及到幾百家參與單位，上萬名參與人員，這個過程當(dāng)中大家都有不小的收獲，對中國整個裝備制造等領(lǐng)域水平的提升都發(fā)揮了很好的推動作用。有的作用放到當(dāng)前來看，可能錯過了當(dāng)時的歷史機遇就不可能再有了。”
但這就是全部了嗎?當(dāng)然不是，關(guān)于核電未來有更多想象。
2019年11月，海陽核電廠投運了全國首個核能商業(yè)供熱項目，一期工程覆蓋了核電廠周邊70萬平方米的居民和商業(yè)區(qū)，當(dāng)?shù)刎S源熱力公司的燃煤鍋爐也在去年正式停用。熱源從十幾公里外的核電廠內(nèi)輸送過來，再經(jīng)過一級級換熱站送到居民家中，實現(xiàn)了清潔安全的新型供熱。
另一個被認為有可能的拓展方向是用核能穩(wěn)定的能量輸出轉(zhuǎn)化其他能源，比如制氫。作為一種熱值高、無污染、不產(chǎn)生溫室氣體等優(yōu)勢的能源，氫能這幾年逐漸引起了越來越多的關(guān)注，但它的劣勢就是運輸困難。上海核工院黨委副書記曹永振說，因為核電廠一般都建在沿海地區(qū)，核能制氫和運輸成本都很低，這要比在西部地區(qū)用新能源制氫劃算得多。
△ 核能是一座取之不盡的寶庫，核技術(shù)的應(yīng)用也絕不僅僅限于核電
“核能必須要有更多的可能性，要能滿足不同用途的需求，這樣的話我們才具備更強的競爭力。”作為承擔(dān)了核能供熱關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的上海核工院的前院長，鄭明光希望后浪們能在自己的肩膀上看到更遠的未來。
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