潮水有節奏地拍打著(zhù)福建福清興化灣海岸。目光所及，福清核電基地6臺機組巍然矗立在岸邊不遠處，穩如泰山，巋然不動(dòng)。在這6臺機組中，“隱藏”著(zhù)我國具有完全自主知識產(chǎn)權的三代核電——華龍一號示范工程的兩臺機組。
識別華龍一號最簡(jiǎn)單的辦法，是找到鑲嵌在其安全殼上方外側的一圈水泥“頭箍”。這是華龍一號獨有的非能動(dòng)導熱水箱，也是其非能動(dòng)安全系統最顯著(zhù)的外表象征。
安全性，是三代核電與二代核電最顯著(zhù)的區別之一。與二代核電主要采用能動(dòng)安全系統不同，華龍一號首次自主研發(fā)應用非能動(dòng)安全系統，形成了“能動(dòng)+非能動(dòng)”雙重安全系統，其特點(diǎn)是能夠在不依賴(lài)外部能源驅動(dòng)的情況下，僅靠自然循環(huán)、重力等方式確保核電站穩定，為核電站念起安全“緊箍咒”，打造核電站安全“雙保險”。
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(xiàn)路全部切斷，其完全依賴(lài)電力的能動(dòng)安全系統徹底失效，進(jìn)而引發(fā)福島核事故。
“當時(shí)我們就意識到，核電站要滿(mǎn)足更高的安全要求，不能只依賴(lài)能動(dòng)系統。”中核集團華龍一號副總設計師劉昌文回憶，面對福島核事故的慘痛教訓，中核集團做了一個(gè)大膽的決定：放棄剛剛完成研發(fā)，即將開(kāi)工建設的二代改進(jìn)型核電機組CP1000，引入非能動(dòng)安全系統，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的三代核電。
研發(fā)非能動(dòng)安全系統，要過(guò)的第一關(guān)就是方案設計關(guān)。劉昌文表示，雖然系統的基本原理大家都清楚，但落實(shí)到每一個(gè)具體細節，仍要反復推算。“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(mén)窗縫隙都要仔細考慮。”
以華龍一號形似“頭箍”的非能動(dòng)導熱水箱為例，其每一個(gè)設計細節都經(jīng)過(guò)反復雕琢。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)驗積累，沒(méi)人能給出確切答案。研究團隊只能不停計算、試驗，對多個(gè)參數進(jìn)行反復論證，才敲定最終設計方案。
不光是水箱這樣的龐然大物，哪怕是一根小小的排放管，研究團隊也曾花費半年時(shí)間反復計算最佳尺寸。正是在一次次的不懈攻關(guān)、創(chuàng )新中，華龍一號非能動(dòng)安全系統從想法變成了一張張設計圖紙。
大山深處的模擬試驗
闖過(guò)方案設計關(guān)，接下來(lái)要對設計進(jìn)行驗證。
中國核動(dòng)力九〇九基地，試驗臺架高60米，相當于20層樓高，相關(guān)系統試驗課題負責人郗昭站在上面也免不了雙腿微顫。這是華龍一號非能動(dòng)二次側余熱導出系統的試驗場(chǎng)地。
反應堆發(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，該系統能夠以此為驅動(dòng)力，在不依靠外界動(dòng)力的情況下將反應堆內的余熱導出，實(shí)現核電站事故后的安全停堆。
要對如此龐大的一套系統進(jìn)行驗證，不是一件容易的事。劉昌文說(shuō)，此前國內外的通行做法是建設縮小比例模型，通過(guò)相似理論，將結果推導到原系統進(jìn)行驗證。
但大家很快發(fā)現，這個(gè)辦法失靈了。
“對該系統來(lái)說(shuō)，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。所以，縮小模型驗證的辦法行不通。”劉昌文說(shuō)。
老辦法不能用，研發(fā)團隊決定，干脆建一個(gè)與華龍一號等高、等溫、等壓的試驗裝置，模擬真實(shí)環(huán)境下的系統運行。
選址、建設、試驗……兩年間，研發(fā)團隊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(lái)。60米高的試驗臺架，郗昭一天要爬幾個(gè)來(lái)回，她曾因此一周內瘦了5斤。
“為了避免上下臺架上廁所耽誤時(shí)間，大家工作的時(shí)候都不敢多喝水。”中國核動(dòng)力研究設計院二所所長(cháng)李朋洲回憶。
功夫不負有心人。經(jīng)過(guò)反復試驗，該裝置取得的200余組數據成功驗證了華龍一號非能動(dòng)二次側余熱導出系統72小時(shí)瞬態(tài)排熱能力。真實(shí)等高、等溫、等壓環(huán)境下的試驗結果，讓所有人心服口服。
創(chuàng )新設備支撐創(chuàng )新設計
系統驗證通過(guò)，又一個(gè)新問(wèn)題擺在面前：非能動(dòng)安全系統所需的設備去哪里找?
中國核電工程有限公司設計工程師趙斌向記者提到了事故工況下用來(lái)冷卻安全殼的非能動(dòng)換熱器。
該設備是非能動(dòng)安全殼熱量導出系統的關(guān)鍵部件，需要綜合考慮設備型式、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(méi)有現成設備可供選擇，只能自主研發(fā)。
“為了研發(fā)這個(gè)設備，光圖紙我們就更新了十幾版。”趙斌說(shuō)。在經(jīng)過(guò)大量修改、優(yōu)化和驗證工作后，研發(fā)團隊研發(fā)的非能動(dòng)換熱器最終實(shí)現了不同需求間平衡，可滿(mǎn)足華龍一號的苛刻條件。
這樣的例子還有很多。
經(jīng)此一役，該團隊成功填補了國內非能動(dòng)安全系統設備的多項空白，趟出了一條從未有人走過(guò)的道路。
2022年10月16日上午，參與華龍一號建設運營(yíng)的各單位集中收看了黨的二十大開(kāi)幕盛況。當習近平總書(shū)記在報告中提到包括核電技術(shù)在內的關(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)建設的參與者，大家既激動(dòng)又自豪。
“華龍一號的科研讓我深刻體會(huì )到，關(guān)鍵核心技術(shù)是買(mǎi)不來(lái)的。”劉昌文說(shuō)，“黨的二十大報告提出，積極安全有序發(fā)展核電，確保能源安全。我們將繼續努力，讓華龍一號在保障我國能源安全、助力雙碳目標實(shí)現的道路上行穩致遠!”
