潮水有節(jié)奏地拍打著福建福清興化灣海岸。目光所及，福清核電基地6臺(tái)機(jī)組巍然矗立在岸邊不遠(yuǎn)處，穩(wěn)如泰山，巋然不動(dòng)。在這6臺(tái)機(jī)組中，“隱藏”著我國具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電——華龍一號(hào)示范工程的兩臺(tái)機(jī)組。
識(shí)別華龍一號(hào)最簡單的辦法，是找到鑲嵌在其安全殼上方外側(cè)的一圈水泥“頭箍”。這是華龍一號(hào)獨(dú)有的非能動(dòng)導(dǎo)熱水箱，也是其非能動(dòng)安全系統(tǒng)最顯著的外表象征。
安全性，是三代核電與二代核電最顯著的區(qū)別之一。與二代核電主要采用能動(dòng)安全系統(tǒng)不同，華龍一號(hào)首次自主研發(fā)應(yīng)用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，形成了“能動(dòng)+非能動(dòng)”雙重安全系統(tǒng)，其特點(diǎn)是能夠在不依賴外部能源驅(qū)動(dòng)的情況下，僅靠自然循環(huán)、重力等方式確保核電站穩(wěn)定，為核電站念起安全“緊箍咒”，打造核電站安全“雙保險(xiǎn)”。
給安全殼戴“頭箍”
時(shí)間退回到2011年3月11日，地震引發(fā)的海嘯將日本福島第一核電站供電線路全部切斷，其完全依賴電力的能動(dòng)安全系統(tǒng)徹底失效，進(jìn)而引發(fā)福島核事故。
“當(dāng)時(shí)我們就意識(shí)到，核電站要滿足更高的安全要求，不能只依賴能動(dòng)系統(tǒng)。”中核集團(tuán)華龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師劉昌文回憶，面對(duì)福島核事故的慘痛教訓(xùn)，中核集團(tuán)做了一個(gè)大膽的決定：放棄剛剛完成研發(fā)，即將開工建設(shè)的二代改進(jìn)型核電機(jī)組CP1000，引入非能動(dòng)安全系統(tǒng)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電。
研發(fā)非能動(dòng)安全系統(tǒng)，要過的第一關(guān)就是方案設(shè)計(jì)關(guān)。劉昌文表示，雖然系統(tǒng)的基本原理大家都清楚，但落實(shí)到每一個(gè)具體細(xì)節(jié)，仍要反復(fù)推算。“就像家里搞裝修，不可能只憑一個(gè)想法，而是具體到每一個(gè)門窗縫隙都要仔細(xì)考慮。”
以華龍一號(hào)形似“頭箍”的非能動(dòng)導(dǎo)熱水箱為例，其每一個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)都經(jīng)過反復(fù)雕琢。水箱太小，換熱能力不足;水箱太大，又會(huì)影響抗震等要求。
由于缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累，沒人能給出確切答案。研究團(tuán)隊(duì)只能不停計(jì)算、試驗(yàn)，對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)論證，才敲定最終設(shè)計(jì)方案。
不光是水箱這樣的龐然大物，哪怕是一根小小的排放管，研究團(tuán)隊(duì)也曾花費(fèi)半年時(shí)間反復(fù)計(jì)算最佳尺寸。正是在一次次的不懈攻關(guān)、創(chuàng)新中，華龍一號(hào)非能動(dòng)安全系統(tǒng)從想法變成了一張張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙。
大山深處的模擬試驗(yàn)
闖過方案設(shè)計(jì)關(guān)，接下來要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
中國核動(dòng)力九〇九基地，試驗(yàn)臺(tái)架高60米，相當(dāng)于20層樓高，相關(guān)系統(tǒng)試驗(yàn)課題負(fù)責(zé)人郗昭站在上面也免不了雙腿微顫。這是華龍一號(hào)非能動(dòng)二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的試驗(yàn)場(chǎng)地。
反應(yīng)堆發(fā)生事故后，回路中的水由于溫度不同會(huì)產(chǎn)生密度差，因水位高低不同會(huì)產(chǎn)生重力差，該系統(tǒng)能夠以此為驅(qū)動(dòng)力，在不依靠外界動(dòng)力的情況下將反應(yīng)堆內(nèi)的余熱導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)核電站事故后的安全停堆。
要對(duì)如此龐大的一套系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，不是一件容易的事。劉昌文說，此前國內(nèi)外的通行做法是建設(shè)縮小比例模型，通過相似理論，將結(jié)果推導(dǎo)到原系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。
但大家很快發(fā)現(xiàn)，這個(gè)辦法失靈了。
“對(duì)該系統(tǒng)來說，哪怕與真實(shí)高度只差一點(diǎn)，實(shí)際效果都可能相去甚遠(yuǎn)。所以，縮小模型驗(yàn)證的辦法行不通。”劉昌文說。
老辦法不能用，研發(fā)團(tuán)隊(duì)決定，干脆建一個(gè)與華龍一號(hào)等高、等溫、等壓的試驗(yàn)裝置，模擬真實(shí)環(huán)境下的系統(tǒng)運(yùn)行。
選址、建設(shè)、試驗(yàn)……兩年間，研發(fā)團(tuán)隊(duì)暫別親人和熟悉的工作環(huán)境，在距離成都200公里外的大山里駐扎下來。60米高的試驗(yàn)臺(tái)架，郗昭一天要爬幾個(gè)來回，她曾因此一周內(nèi)瘦了5斤。
“為了避免上下臺(tái)架上廁所耽誤時(shí)間，大家工作的時(shí)候都不敢多喝水。”中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院二所所長李朋洲回憶。
功夫不負(fù)有心人。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，該裝置取得的200余組數(shù)據(jù)成功驗(yàn)證了華龍一號(hào)非能動(dòng)二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)72小時(shí)瞬態(tài)排熱能力。真實(shí)等高、等溫、等壓環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果，讓所有人心服口服。
創(chuàng)新設(shè)備支撐創(chuàng)新設(shè)計(jì)
系統(tǒng)驗(yàn)證通過，又一個(gè)新問題擺在面前：非能動(dòng)安全系統(tǒng)所需的設(shè)備去哪里找?
中國核電工程有限公司設(shè)計(jì)工程師趙斌向記者提到了事故工況下用來冷卻安全殼的非能動(dòng)換熱器。
該設(shè)備是非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，需要綜合考慮設(shè)備型式、體量、布置形式、換熱能力、冷凝水收集能力等多方面因素。市場(chǎng)上沒有現(xiàn)成設(shè)備可供選擇，只能自主研發(fā)。
“為了研發(fā)這個(gè)設(shè)備，光圖紙我們就更新了十幾版。”趙斌說。在經(jīng)過大量修改、優(yōu)化和驗(yàn)證工作后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的非能動(dòng)換熱器最終實(shí)現(xiàn)了不同需求間平衡，可滿足華龍一號(hào)的苛刻條件。
這樣的例子還有很多。
經(jīng)此一役，該團(tuán)隊(duì)成功填補(bǔ)了國內(nèi)非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)備的多項(xiàng)空白，趟出了一條從未有人走過的道路。
2022年10月16日上午，參與華龍一號(hào)建設(shè)運(yùn)營的各單位集中收看了黨的二十大開幕盛況。當(dāng)習(xí)近平總書記在報(bào)告中提到包括核電技術(shù)在內(nèi)的關(guān)鍵核心技術(shù)取得重大成果，我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列時(shí)，作為我國核電事業(yè)建設(shè)的參與者，大家既激動(dòng)又自豪。
“華龍一號(hào)的科研讓我深刻體會(huì)到，關(guān)鍵核心技術(shù)是買不來的。”劉昌文說，“黨的二十大報(bào)告提出，積極安全有序發(fā)展核電，確保能源安全。我們將繼續(xù)努力，讓華龍一號(hào)在保障我國能源安全、助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的道路上行穩(wěn)致遠(yuǎn)!”
