能抵御9級(jí)地震和航班撞擊的核電機(jī)組，中國(guó)造！丨大國(guó)科技范

中國(guó)“天眼”、神舟飛天、墨子“傳信”、高鐵奔馳、北斗組網(wǎng)、超算“發(fā)威”、大飛機(jī)首飛、國(guó)產(chǎn)航母和五代機(jī)……2012-2022，黨的十八大以來(lái)的十年間，中國(guó)人民取得了無(wú)數(shù)振奮人心的科技成果。中國(guó)“趕上世界”的強(qiáng)國(guó)夢(mèng)實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越。

在新中國(guó)迎來(lái)第73個(gè)生日之際，數(shù)字北京科學(xué)中心為廣大觀眾朋友們整理了黨的十八大以來(lái)那些舉世矚目的科技進(jìn)展，隆重推出“大國(guó)科技范——十年巨變 科技騰飛”系列專題圖文，和大家一起回顧過(guò)去十年里，偉大祖國(guó)在黨的領(lǐng)導(dǎo)下所取得的科技成果。

審核專家：汪鵬

中核工程宣團(tuán)部高級(jí)主管

你見(jiàn)過(guò)核電站嗎？

在媒體上，比如對(duì)福島核事故的報(bào)道中，核電站被放在鏡頭前，讓人看得真切，仿佛就在眼前；在現(xiàn)實(shí)中，很少有人見(jiàn)過(guò)核電站的雄姿，甚至了解核電站的人都不多，覺(jué)得它們離自己很遙遠(yuǎn)。

其實(shí)，核電站可能早已在悄悄改善你的生活，甚至離你不足百里之遙。

秦山核電站 來(lái)源丨維基百科

截至去年年底，我國(guó)已經(jīng)有51臺(tái)核電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，總裝機(jī)容量達(dá)到5327.5萬(wàn)千瓦時(shí)，在全球僅次于美國(guó)和法國(guó)；同時(shí)，我國(guó)仍在建設(shè)20臺(tái)核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為2142.9萬(wàn)千瓦時(shí)，蟬聯(lián)全球第一。

如果2021年全國(guó)人民一共用了100度電，那么其中4.8度是由核電站發(fā)出的。

去年，我國(guó)核電發(fā)電量總計(jì)為4071.41萬(wàn)千瓦時(shí)，僅需核燃料1160噸左右，如果換成燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)發(fā)電，約需1.16億噸，需要載重80噸的運(yùn)煤敞車145萬(wàn)節(jié)，這有多長(zhǎng)呢？如果車尾在北京王府井，那么車頭能直接停到美國(guó)白宮的草坪上。

燃燒這么多煤會(huì)產(chǎn)生3億噸二氧化碳，如果也需要火車來(lái)運(yùn)輸，這么長(zhǎng)的列車足以繞赤道一圈！

更令人驚訝的是，核電站可能就建在你不遠(yuǎn)處。秦山核電站離上海直線距離有多遠(yuǎn)？45千米。大亞灣核電站為什么能方便地為深圳和香港供電？因?yàn)樗x這兩個(gè)高度發(fā)達(dá)的地區(qū)分別只有40-50千米。

大亞灣核電站 來(lái)源丨核電那些事

之所以能不被你發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)樗鼈?strong>足夠安靜足夠安全。

核電站“藏”在哪兒？

核電站通常以鈾或钚等可裂變核素作為燃料，使它們?cè)诜磻?yīng)堆發(fā)生自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將這一過(guò)程中釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

這一過(guò)程聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但實(shí)行起來(lái)技術(shù)復(fù)雜度極高，再加上龐雜的上下游配套產(chǎn)業(yè)鏈，使核電在現(xiàn)今所有能源系統(tǒng)中牢牢占據(jù)著高端位置。

同時(shí)，由于核電是優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，甚至單位發(fā)電量所產(chǎn)生的碳當(dāng)量只有風(fēng)電的1/2，水電的1/10，光伏發(fā)電的1/13，所以成為受到全球矚目的清潔能源重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，被公認(rèn)為可以考慮作為電網(wǎng)中穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)電力，即基荷電力。

大亞灣核電站核反應(yīng)堆的中微子實(shí)驗(yàn)裝置 來(lái)源丨維基百科

但不可否認(rèn)，核電由于依靠放射性物質(zhì)來(lái)發(fā)電，一旦出現(xiàn)天災(zāi)人禍，發(fā)生核泄漏事故，后果不堪設(shè)想。因此，人們一方面對(duì)建設(shè)和運(yùn)行核電站表示擔(dān)憂，另一方面也對(duì)核電站的安全性提出了更高的要求和期待。

確保核電站安全的重要方面之一就是選擇合適的建設(shè)位置。

雖然建設(shè)核電站不必像建設(shè)火電站那樣考慮煤炭資源和運(yùn)輸條件，也不必像風(fēng)電、光伏發(fā)電那樣需要廣闊的空間和特殊的自然條件，但仍然有很多值得考慮的因素。

首先是足夠偏僻，尤其離大城鎮(zhèn)和大城市遠(yuǎn)一些，防備萬(wàn)一出現(xiàn)事故，損失不至于過(guò)大。

其次是不能太偏僻，至少離電力主要供應(yīng)的城市不宜太遠(yuǎn)，否則經(jīng)濟(jì)性欠佳。

再次是地理環(huán)境穩(wěn)定，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，周圍也不能易發(fā)山洪泥石流，地勢(shì)盡量高一些、開(kāi)闊一些，這樣既不易受地下水侵?jǐn)_，也有利于廢氣飄散。

最后是盡量離水源近一些，可以靠?？拷?，這既是核電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，也能為危機(jī)處置提供更好的條件。

有了理想的廠址，接下來(lái)就該考慮最重要的問(wèn)題了。

建什么樣的核電站最安全呢？

當(dāng)然是越先進(jìn)越安全，比如采用第三代核電技術(shù)的核電站！

世界上第一代核電站的建造是從蘇聯(lián)和美國(guó)開(kāi)始的。1954年，蘇聯(lián)建成了世界上首座核電站，但它規(guī)模很小，主要試驗(yàn)研究。短短3年之后，美國(guó)也建立了自己的核電站。

發(fā)現(xiàn)核電切實(shí)可行后，加拿大、英國(guó)等國(guó)家迅速跟上，開(kāi)始發(fā)展核電工業(yè)。

20世紀(jì)70年代到世紀(jì)末，經(jīng)過(guò)對(duì)核電站安全性和經(jīng)濟(jì)性的初步驗(yàn)證，美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、日本、加拿大等國(guó)開(kāi)始大規(guī)模設(shè)計(jì)建造第二代商用反應(yīng)堆，使其更加標(biāo)準(zhǔn)化。世界核電發(fā)展迎來(lái)了一次高潮。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展核電站，一方面基于在核潛艇核動(dòng)力反應(yīng)堆研制方面積累的豐厚技術(shù)實(shí)力，另一方面得以引進(jìn)美、法等國(guó)成熟的核電技術(shù)，并加以消化和再創(chuàng)新，克服艱難險(xiǎn)阻，用了近30年時(shí)間，終于闖出了一條獨(dú)立自主、先進(jìn)高效、核電站安全水平領(lǐng)先世界的核電技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用之路，在第三代核電技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)老牌核電強(qiáng)國(guó)的趕超。

切爾諾貝利核電站發(fā)生事故后，2017年安裝的新“石棺” 來(lái)源丨維基百科

20世紀(jì)70年代以來(lái)，人們經(jīng)歷了三哩島核電站、切爾諾貝利核電站、福島核電站等發(fā)生的重大而慘痛的事故。與第二代相比，第三代核電技術(shù)著重提高了核電站的安全性，同時(shí)在核電機(jī)組性能指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性上也提出了更高要求。

我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“華龍一號(hào)”就是第三代核電技術(shù)的杰出代表。

“華龍一號(hào)”有多安全？

“華龍一號(hào)”有著優(yōu)秀的基因。

中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司和中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司曾在長(zhǎng)期自研的基礎(chǔ)上，分別引進(jìn)了美國(guó)和法國(guó)的核電技術(shù)，研發(fā)創(chuàng)制出ACP1000和ACPR1000+兩種核電機(jī)組技術(shù)，后來(lái)又將這兩者融合提升，形成了國(guó)際公認(rèn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主品牌的第三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”。

2021年1月航拍福清核電站核電機(jī)組 來(lái)源丨新華網(wǎng)

目前，“華龍一號(hào)”機(jī)組不僅在絕大多數(shù)核心裝備上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，綜合國(guó)產(chǎn)率88%，更被國(guó)際機(jī)構(gòu)專家認(rèn)為在安全設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面足夠成熟和可靠。

“華龍一號(hào)”貫徹了核安全縱深防御原則，設(shè)計(jì)了多重安全防護(hù)方案：

首先是貫徹了我國(guó)核電站設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)安全屏障：二氧化鈾陶瓷芯塊鎖住放射性物質(zhì)，鋯合金材質(zhì)的燃料包殼進(jìn)一步阻擋住放射性物質(zhì)，壁厚20厘米的鋼制壓力容器封閉住堆芯，壁厚1.3米的鋼筋混凝土廠房?jī)?nèi)襯6毫米厚的鋼襯形成安全殼。

“華龍一號(hào)”還采用了獨(dú)特的雙層安全殼設(shè)計(jì)，里層防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散，外層能夠抵抗外部沖擊，比如商業(yè)航班撞擊等。

彩車上的“華龍一號(hào)”模型 來(lái)源丨中國(guó)核工業(yè)報(bào)

此外，能動(dòng)與非能動(dòng)安全系統(tǒng)也是一大亮點(diǎn)，即不僅可以靠外部電源驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全功能，還可以非能動(dòng)地利用重力、溫差、密度差等自然驅(qū)動(dòng)力，來(lái)實(shí)現(xiàn)流體的流動(dòng)和傳熱，實(shí)現(xiàn)安全功能。

“華龍一號(hào)”特意加強(qiáng)了抗震性能，可以抵抗9級(jí)烈度地震。而較為分散的廠房單堆布置也可以有效降低火災(zāi)、水災(zāi)等造成設(shè)備集中失效的風(fēng)險(xiǎn)。創(chuàng)新的177組12英尺燃料組件，相比主流核電站常用的157根燃料組件的堆芯設(shè)計(jì)，不僅提高了發(fā)電堆的功率，還降低了堆芯內(nèi)部的功率密度，提升了運(yùn)行安全水平。

多重安全措施的加持，使“華龍一號(hào)”能做到事故發(fā)生后30分鐘內(nèi)沒(méi)有操作員干預(yù)也不會(huì)導(dǎo)致事故升級(jí)，事故發(fā)生72小時(shí)之內(nèi)無(wú)需外援即可應(yīng)對(duì)事故。在可靠性方面，電站的設(shè)計(jì)使用壽命也從40年提高到了60年，而堆芯換料期則從通常的1年延長(zhǎng)到了1.5年。

2022年3月25日，“華龍一號(hào)”示范工程的第2臺(tái)機(jī)組——福清核電6號(hào)機(jī)組正式商運(yùn)。這標(biāo)志著“華龍一號(hào)”示范工程全面建成投運(yùn)，同時(shí)，華龍一號(hào)還落戶福建漳州、廣西防城港、海南昌江等地，在運(yùn)在建機(jī)組已突破10臺(tái)，也是其在國(guó)內(nèi)批量化建設(shè)的一個(gè)縮影。作為最被國(guó)際看好的三代核電技術(shù)之一，“華龍一號(hào)”已經(jīng)走出國(guó)門(mén)，在巴基斯坦、土耳其等國(guó)留下了友好合作的印記。

事實(shí)上，我國(guó)掌握的第三代核電技術(shù)不止“華龍一號(hào)”這一種，還包括極具實(shí)力的CAP1400等；不僅在第三代的輕水堆、高溫氣冷堆技術(shù)上形成了突破，更在第四代的鉛冷卻快堆、鈉冷卻快堆、熔鹽堆等技術(shù)線路的研究上處于領(lǐng)先位置。

而我們普通民眾，大可不必硬著頭皮去搞清楚這些“堆”們到底各有什么優(yōu)劣，擔(dān)憂存在哪些風(fēng)險(xiǎn)，只需要對(duì)我國(guó)核電發(fā)展抱有足夠的信心，安心過(guò)好自己的生活，在享受核電提供的清潔能源的同時(shí)，對(duì)核電領(lǐng)域的開(kāi)拓者和后繼者抱有足夠的敬意，并為他們感到驕傲！