今天繼續(xù)聚焦“大國重器再攀高”系列。黨的二十屆四中全會指出，“十四五”時期我國經(jīng)濟實力、科技實力、綜合國力躍上新臺階。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)運營的第四代核電站，它的建成運行標志著我國在第四代核電技術(shù)研發(fā)和應用領域達到國際領先水平。它先進在哪里？經(jīng)歷了怎樣不尋常、不平凡的研發(fā)攻關過程？今天我們一起走進石島灣。
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)運營以來，已累計安全穩(wěn)定運行近萬小時。它標志著中國在第四代核能技術(shù)研發(fā)和應用領域達到世界領先水平。
在經(jīng)過一系列報備手續(xù)，通過數(shù)道安檢門后，我們進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重器。
進入這道門，就意味著進入了可居留區(qū)，即使發(fā)生嚴重核事故，里面的操作人員也可以在足夠安全的狀況下待滿七天時間。安全是人們在談到核電站時最關心的話題，而第四代核電站與前幾代核電站最大的不同，就是讓核反應堆實現(xiàn)了固有安全。
清華大學核能與新能源技術(shù)研究院原院長、高溫氣冷堆示范工程總設計師 張作義：固有安全的反應堆就是只依靠自然規(guī)律，不依靠人、機械和電氣設備的干預不會熔化，不會出現(xiàn)熔化之后大規(guī)模放射性釋放。
早在上世紀80年代，科學界就開始討論“固有安全”技術(shù)，即在嚴重事故下，不采取任何人為和機器的干預，反應堆還能保持安全狀態(tài)。在經(jīng)歷了美國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)過嚴格的安檢措施后，我們來到正在運轉(zhuǎn)的核反應堆前。
簡單來說，核燃料在反應堆堆芯發(fā)生核裂變鏈式反應，將核能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能轉(zhuǎn)換成機械能，最終利用機械能帶動發(fā)電機發(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，一個最大的不同點在于，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行部副主任 郭仕偉：每一個反應堆里面裝了43萬個燃料球，就是用它來發(fā)生反應，產(chǎn)生能量和發(fā)電。
每個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，依然沒有探測到放射性物質(zhì)釋放有明顯增加，這就是高溫堆為什么可以高溫運行最核心的基礎。
除了使用耐高溫的核燃料球，高溫氣冷堆的“氣冷”是指通過惰性氣體氦氣，而不是水作為冷卻劑進行堆芯冷卻和熱傳導。正是一系列創(chuàng)新技術(shù)的應用，讓高溫氣冷堆實現(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)測儀表，實時進行監(jiān)測，確保進來的空氣是清潔的，出去的空氣沒有任何放射性污染。
華能山東石島灣核電有限公司黨委書記、董事長 張延旭：從目前投產(chǎn)之后來看，從周邊的環(huán)境監(jiān)測、海生物監(jiān)測以及放射性流出物的監(jiān)測來講，沒有任何影響。
國際上對高溫氣冷堆技術(shù)開展過大量的研究和設計工作，但一直沒有成功建成商業(yè)電站。早在上世紀80年代，中國科學院院士王大中等人就帶領清華大學核研院團隊將研究目標指向反應堆“固有安全”，并于2000年建成了10兆瓦高溫氣冷實驗堆。
2006年，高溫氣冷堆示范工程與探月工程、北斗導航等一并被列入國家十六個科技重大專項，這意味著要以高溫氣冷實驗堆為基礎，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。王大中院士的學生，時任清華大學核能與新能源技術(shù)研究院院長張作義，成為高溫氣冷堆重大專項總設計師，一場從實驗室走向商業(yè)應用的技術(shù)攻堅戰(zhàn)也由此展開。
2012年12月，華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程正式開工，由中國華能集團、清華大學、中核集團組成聯(lián)合攻關團隊，共同研發(fā)建設。為了推動示范工程實現(xiàn)從實驗室到工程應用的飛躍，聯(lián)合攻關團隊在設計、研發(fā)、建造、調(diào)試的過程中，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投產(chǎn)，清華大學在位于北京昌平被俗稱為“清華200號”的地方，專門建設了一座先進反應堆工程實驗室，石島灣高溫氣冷堆的核心裝備都是在這里完成了嚴格測試后，才能安排生產(chǎn)制造。
高溫氣冷堆示范工程由于沒有先例可供參考，許多關鍵設備都是全球首創(chuàng)，其中就包括被稱為“核電之肺”的蒸汽發(fā)生器，其作用是將核反應堆產(chǎn)生熱量“加熱”的水轉(zhuǎn)換成水蒸氣，從而推動汽輪發(fā)電機組發(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)的設計，沒有可供參考的制造和裝配工藝，設計和制造難度超乎想象，影響著整個項目的進展。
從材料到設計再到工藝，高溫氣冷堆的核心裝備也考驗著中國制造業(yè)從0到1的能力。參與蒸汽發(fā)生器研制的民營企業(yè)來自江蘇無錫，經(jīng)過10多年和科研院所以及項目方的緊密合作，反復測試和打磨，最終把2400份圖紙變成了1330根符合設計規(guī)范的出口連接管，成功打通蒸汽發(fā)生器制造的關鍵路徑。企業(yè)也成長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記、董事長 張延旭：高溫堆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，得益于我們當前裝備制造技術(shù)的發(fā)展，正是在這種舉國體制之下，我們能夠聯(lián)合國內(nèi)的科研院所、產(chǎn)品制造廠家，利用中國制造技術(shù)的發(fā)展一系列的產(chǎn)業(yè)鏈，完成了這個項目。
在高溫氣冷堆攻關過程中，國內(nèi)多家高校院所、國有企業(yè)、民營企業(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，突破了一個又一個工程技術(shù)難關。中國華能專門研發(fā)并掌握了高溫氣冷堆特有的調(diào)試運行六大關鍵核心技術(shù)。高溫氣冷堆核島1.5萬多臺套設備中有2200臺套為首臺套，世界首創(chuàng)型設備超過660臺，設備國產(chǎn)化率達到93.4%。這也成為“十四五”期間，我國核電發(fā)展取得歷史性成就的一個縮影。
中國核能行業(yè)協(xié)會原副理事長兼秘書長 張廷克：國家通過實施重大科技專項，集中力量突破一些關鍵核心技術(shù)，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進核電技術(shù)體系。依托著完整的核工業(yè)體系，實現(xiàn)了從技術(shù)研發(fā)到工程示范，再到規(guī)?；ㄔO的有效銜接。
石島灣高溫氣冷堆示范工程無疑是一塊金字招牌，讓我國在核電技術(shù)研發(fā)和應用領域，實現(xiàn)了從跟跑、并跑到領跑世界的跨越?！笆奈濉逼陂g，我國在運、在建以及核準待建核電規(guī)模世界第一，核電技術(shù)邁入世界先進國家行列，核電自主創(chuàng)新能力顯著提升?！笆逦濉睍r期，我國還將全面增強自主創(chuàng)新能力。在新的征程上，中國核電產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)向新而行，創(chuàng)造更大的輝煌。
