探秘核電“寶貝”華龍一號水壓試壓泵電源可靠性采用多樣化手段提高

      最近“華龍一號”可是火了!今年4月15日,李克強總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會議,決定核準(zhǔn)建設(shè)“華龍一號”三代核電技術(shù)示范機組。此后,“華龍一號”這一名詞經(jīng)常出現(xiàn)在人們的視野之中。

到底這“華龍一號”是什么?與其他核電站有何不同?為何核電領(lǐng)域視它為寶?《經(jīng)濟日報》記者一一為您解答。

師出名門 功力高深

普通人對核能總有一種神秘感。

幾千年來人類一直都在為擴大能源、提高自己駕馭自然界的能力而奮斗。

在掌握原子能以前,人類利用的幾乎一切能源,如煤炭、石油等歸根結(jié)底都來自太陽的輻射。種種能源轉(zhuǎn)換和傳輸只是分子和原子的重新組合,不涉及原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

人類到20世紀(jì)初才逐漸認(rèn)識原子核。人為地促使原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,釋放出其中蘊藏的巨大能量。但真正得以應(yīng)用,是20世紀(jì)40年代才實現(xiàn)的,這也是原子能工業(yè)的開端。

目前,核電與火電、水電一起構(gòu)成世界3大電力支柱。核電廠與火電廠的運行原理其實是相同的,都是用蒸汽推動汽輪機、帶動發(fā)電機發(fā)電,區(qū)別在于火電廠依靠燃燒化石燃料釋放的熱能來產(chǎn)生蒸汽,核電廠則依靠核燃料的核裂變反應(yīng)釋放的核能來產(chǎn)生蒸汽。

也就是說火電廠燒的是煤,而核電廠常用的核燃料是鈾-235。鈾的能量巨大,一噸鈾-235的原子核裂變可以釋放出相當(dāng)于270萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的能量。

我們總是聽報道說到第幾代核電站,那么核電站又是如何劃分的呢?

自1954年,前蘇聯(lián)建成電功率為5兆瓦的實驗性核電站以來,核電技術(shù)的發(fā)展可以劃分為第一、二、三、四代。

第一代核電站是指各國在20世紀(jì)50年代開發(fā)建設(shè)的實驗性原型核電站,證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)是可行的。

第二代核電站是指20世紀(jì)70年代至現(xiàn)在正在運行的大部分商業(yè)核電站,證明了發(fā)展核電在經(jīng)濟上是可行的。

第三代核電站是指滿足《美國用戶要求文件(URD)》或《歐洲用戶要求文件(EUR)》,具有更高安全性的新一代先進(jìn)核電站技術(shù)。

第四代核電技術(shù)是目前正進(jìn)行概念設(shè)計和研究開發(fā)的,在反應(yīng)堆和燃料循環(huán)方面有重大創(chuàng)新的核電站,它著眼于核能更長遠(yuǎn)的發(fā)展,但最快也只能在2030年以后開始商業(yè)應(yīng)用。

我國核工業(yè)也是從20世紀(jì)50年代起步的,今年正好是中國核工業(yè)創(chuàng)建60周年。而“華龍一號”就是中國核工業(yè)60年堅持自主創(chuàng)新的結(jié)晶。

“華龍一號”的“父母”是中國核工業(yè)集團(tuán)公司和中國廣核集團(tuán)兩大核電巨頭,是在我國30余年核電科研、設(shè)計、制造、建設(shè)和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)福島核事故經(jīng)驗反饋以及我國和全球最新安全要求,研發(fā)的第三代先進(jìn)百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)。

“既自主創(chuàng)新,又博采眾長,可以說它有身份、有基礎(chǔ),說師出名門并不為過。”中核集團(tuán)公司董事長、黨組書記孫勤介紹,“華龍一號”機組的最大電功率能達(dá)115萬千瓦時,福清核電站的6臺機組預(yù)計于2020年底全部建成投產(chǎn),年發(fā)電量將達(dá)到450億千瓦時,年總產(chǎn)值達(dá)170億元。

身穿盔甲 不怕撞震

“你看,中間圓形的就是反應(yīng)堆廠房,一高一低兩圈鋼筋就是‘華龍一號’顯著特點之一——雙層安全殼……”站在“華龍一號”首臺落地的福清核電5號機組基坑旁,福清核電項目部總經(jīng)理助理趙寶貴似乎已經(jīng)從綁扎的鋼筋中看到了“華龍一號”示范堆建成后的模樣。

為了讓記者更好地對核電站有所了解,趙寶貴對著模型講解著。

核島和常規(guī)島是核電廠的中樞,從外部看去,這是兩個分別呈圓形和方形結(jié)構(gòu)的廠房,核電生產(chǎn)過程中的主力廠房和設(shè)備大部分被安裝在這兩個“島”里。

和其他核電站工作原理相同,“華龍一號”的產(chǎn)電過程需要在兩個“島”之間完成,通過核島反應(yīng)堆堆芯里鈾原子在中子的撞擊下裂變產(chǎn)生熱量形成蒸汽,傳輸?shù)匠Ｒ?guī)島廠房,推動汽輪機轉(zhuǎn)動做工,最終產(chǎn)生電能供應(yīng)。

這個有些復(fù)雜的核電生產(chǎn)過程,如果用一句話概括就是,“核島是產(chǎn)生能量的地方,常規(guī)島是轉(zhuǎn)換能量產(chǎn)生電的地方”。

三代核電站最為突出的優(yōu)點就是更加安全。

從指標(biāo)來說,“華龍一號”完全可以滿足三代技術(shù)指標(biāo),在很多安全指標(biāo)上還超越了現(xiàn)有三代核電技術(shù)的要求。

“華龍一號”的反應(yīng)堆設(shè)計是“從157堆芯擴容到177堆芯”,提出改變核反應(yīng)堆堆芯容量的方案就意味著要開發(fā)出真正屬于中國自己的核電堆型。相比國內(nèi)在運核電機組,發(fā)電功率提高5%至10%的同時,降低了堆芯內(nèi)的功率密度,提高了核電站的安全性。

“華龍一號”創(chuàng)新性地采用“能動和非能動安全設(shè)計理念”,以非能動安全系統(tǒng)作為能動安全系統(tǒng)的補充,可在保證技術(shù)成熟性的同時,大幅提高安全性。

它擁有的雙層安全殼,內(nèi)層確保反應(yīng)堆發(fā)生事故的情況下放射性物質(zhì)不會外泄,外層抵抗外部撞擊的損害,可以抵御類似商用大飛機撞擊,廠區(qū)也可抵御相當(dāng)于日本福島核事故中的地震震級。

日本福島事故對世界核電發(fā)展影響巨大。為了更加安全,“華龍一號”提高了電廠的事故應(yīng)急能力。充分吸取福島核事故的經(jīng)驗反饋,采用多樣化手段提高了水壓試壓泵電源可靠性、增大蓄電池容量,設(shè)置移動臨時供電措施、延長操縱員不干預(yù)時間及改進(jìn)嚴(yán)重事故工況下應(yīng)急指揮中心和運行支持中心的可居留性和可用性等,增強了極端外部災(zāi)害防護(hù)能力和事故應(yīng)急能力。

中國核電 放眼世界

在國內(nèi),目前國家已同意依托中核集團(tuán)福清5、6號機組和中廣核集團(tuán)防城港核電站3、4號機組建設(shè)“華龍一號”國內(nèi)示范項目。2015年5月7日,“華龍一號”國內(nèi)首堆——福清5號機組開工,隨著示范項目的開工,其在國內(nèi)擴大布局的速度將穩(wěn)步提升。

放眼世界市場,“華龍一號”也有很強的商業(yè)競爭力。它具有完整自主知識產(chǎn)權(quán),共獲得743件專利和104項軟件著作權(quán),覆蓋了設(shè)計技術(shù)、專用設(shè)計軟件、燃料技術(shù)、運行維護(hù)技術(shù)等領(lǐng)域,滿足核電“走出去”戰(zhàn)略要求。而且其充分利用我國目前成熟的核電裝備制造業(yè)體系,自主研制了關(guān)鍵設(shè)備和部件,首堆示范工程設(shè)備國產(chǎn)化率大于85%,并具有良好的經(jīng)濟性。

自1986年以來,中核集團(tuán)已累計出口1座核研究反應(yīng)堆,5臺微型反應(yīng)堆,6座核電機組,積累了在國外的核電建設(shè)和運營管理經(jīng)驗。而有了“華龍一號”,中國核電走出去將從“借船出?！弊呦颉霸齑龊！?于國于民于能源發(fā)展,都有重大意義。作為中國核電走出去的重要品牌,“華龍一號”要全方位參與國際競爭。在國內(nèi)建設(shè)示范工程,將增強國際市場對于我國核電技術(shù)的信心,也將進(jìn)一步促進(jìn)“華龍一號”的走出去。

雖然國內(nèi)項目剛剛開建,但“華龍一號”在國外市場已經(jīng)頗受關(guān)注,也贏得了市場。去年2月,“華龍一號”出口巴基斯坦;今年2月,中阿政府簽訂了《關(guān)于在阿根廷合作建設(shè)壓水堆核電站的協(xié)議》,標(biāo)志著中國自主三代核電技術(shù)成功出口拉丁美洲。目前,中核集團(tuán)正在建立海外市場開發(fā)體系,積極推動在英國、阿根廷、埃及等國家和地區(qū)近20個核電項目合作。