相較于第二代核電技術30萬千瓦的電功率，第三代核電技術電功率需要突破135萬千瓦，對非能動安全和主要設備來說，就是那個大門檻。

核能是人類最具希望的未來能源之一，核能的應用和發(fā)展水平，是一個國家綜合工業(yè)實力的體現(xiàn)，是大國競爭的主陣地，核電技術則是核能應用的重要具體場景。核電技術是利用核裂變或核聚變反應所釋放的能量發(fā)電的技術。從1954年到前蘇聯(lián)建成奧布靈斯克核電站以來，全球核電應用歷程也走過了67個春秋。

目前，世界掌握的核電技術主要分為三代，第一代核電技術主要是以實驗研究堆為主。第二代核電技術主要發(fā)展階段是20世紀60年代初到1979年以前，該階段技術建成的核電稱為二代。美國三里島核事故發(fā)生后，全球對核電安全的認識進一步提升，先進核電國家針對核電設計、運行安全等方面進行了充分認識與分析評估，提出了一系列改進、增強安全性的措施，三代核電技術應運而生。

長期以來，根據(jù)外方的合作協(xié)議，只有電功率超過135萬千瓦，我國才能擁有三代非能動核電的自主知識產(chǎn)權。135萬千瓦，對非能動安全、主要設備來說是個“大門檻”，不掌握核心技術，這個“大門檻”就過不去。因此，我國一直沒能完全掌握三代非能動核電的自主知識產(chǎn)權，這也成為了制約我國在能源領域發(fā)展的“卡脖子”重點問題。

道阻且長，行則將至。經(jīng)過十二年的探索，在2020年9月28日，135萬千瓦這個“大門檻”中國終于邁過去了。在這天，國家電投集團公司正式發(fā)布了我國三代核電自主化標志性成果——中國自主核電技術品牌、世界先進三代核電型號“國和一號”。

135萬千瓦的“大門檻”擺在面前

核電，是利用原子核內部蘊藏的能量產(chǎn)生電能。一顆原子核，直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一，卻蘊藏著驚人能量。1千克的鈾235裂變以后產(chǎn)生的能量，大致相當于2700噸標準煤充分燃燒釋放的熱量。

對于核電技術的應用，前蘇聯(lián)早在1954年就開始了實驗。當時，第一代核電技術即早期原型反應堆，主要目的是為通過試驗示范形式來驗證核電在工程實施上的可行性。第二代核電技術是在第一代核電技術的基礎上建成的，它實現(xiàn)了商業(yè)化、標準化等，包括壓水堆、沸水堆和重水堆等，單機組的功率水平在第一代核電技術基礎上大幅提高，達到千兆瓦級。

到了上世紀九十年代，美國三里島核事故發(fā)生后，全球對核電安全的認識進一步提升，先進核電國家針對核電設計、運行安全等方面進行了充分認識與分析評估，提出了一系列改進、增強安全性的措施，三代核電技術應運而生。

然而，我國運行的核電站大多也為第二代改進型。也就是說，這數(shù)十年的時間里，我國一直沒有在第三代核電技術方面取得突破。相較于第二代核電技術30萬千瓦的電功率，第三代核電技術電功率需要突破135萬千瓦，對非能動安全和主要設備來說，就是那個大門檻，“這不是簡單的等比例放大，而是要具備自主設計、研制和試驗的能力——不掌握核心技術，這個大門檻就邁不過去。”大型先進壓水堆核電站國家科技重大專項總設計師、國家電力投資集團有限公司核能總工程師鄭明光說。

歷經(jīng)12年突破重重難關

自2008年起，從核電“大動脈”主管道到“心臟”主泵，從“大腦”核設計與安全分析軟件到“中樞系統(tǒng)”核電儀控，再到電纜、儀表等遍布核島各處的“血管”“神經(jīng)”…以鄭明光為代表的技術團隊，對“國和一號”頂層設計方案進行了全局性的創(chuàng)新，包括增加鋼制安全殼的直徑和厚度以擴大核島空間，重新設計研制反應堆冷卻劑泵、蒸汽發(fā)生器、爆破閥和汽輪發(fā)電機，大幅度優(yōu)化主泵流量、主管道流通截面等，實現(xiàn)型號總體安全經(jīng)濟性能和效率的全面提升。

三代核電自主化技術攻關團隊在關鍵核心技術上狠下功夫，一項項空白逐步掃清。以“國和一號”控制棒驅動線試驗的技術攻關這項任務為例，2015年起，“國和一號”項目組的陳宇清擔此重任，連續(xù)一個多月的時間里，為保證試驗的準確性，任何外界，包括附近行駛車輛的干擾都要盡量避免。陳宇清帶頭從晚上8點鐘開始做試驗，直到凌晨3點鐘結束?？戳璩?點的上海，成了“陳宇清們”的常態(tài)，在這樣的狀態(tài)下，他們最終圓滿完成任務，為三代核電控制棒驅動機構自主設計奠定了堅實基礎。

經(jīng)過長時間的技術攻關，各個企業(yè)、機構的鼎力相助，依靠產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新，“國和一號”成功打破多項材料及設備制造技術壟斷，主泵、爆破閥、反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、反應堆本體及一體化堆頂組件、大鍛件、核級鋯材、690U型管等關鍵設備材料全部實現(xiàn)自主化設計和國產(chǎn)化制造，性能達到國際領先水平。

有媒體為國和一號算了這樣一筆“賬”：72小時、56個月、60年、153.4萬千瓦。這些數(shù)字可以換算成“國和一號”安全、經(jīng)濟與環(huán)保的效果圖：采用非能動安全系統(tǒng)、事故后無須人工干預時間為72小時，建造周期56個月，電站整體和主體設備壽命60年，單機組發(fā)電功率153.4萬千瓦……

大國重器設備國產(chǎn)化率超90%

自2008年啟動項目研發(fā)，600多家單位、31000余名技術人員參與，累計形成知識產(chǎn)權成果超過7600項，設備國產(chǎn)化率超過90%……“國和一號”的履歷，正是億萬中國人凝心聚力問鼎世界強國的縮影。

“國和一號”單臺機組中，超過100噸的設備、模塊有30件左右，最大的模塊體積有5000多立方米，重達1400多噸;安全殼是個直徑40多米，高70多米的“大膠囊”，用5厘米厚左右的鋼板制成，每平方米可承受40噸以上的壓力;蒸汽發(fā)生器里面有1萬多根用于熱交換的U型管，總長超過300公里……一項項數(shù)據(jù)足以說明“國和一號”是名副其實的“國之重器”。

通俗來講，“國和一號”年發(fā)電量114億千瓦時。按照2020年全國年人均用電量預計達5000千瓦時計算，“國和一號”單臺機組年發(fā)電量可滿足2280萬居民的用電需求。

而對于掌握了第三代核電技術150萬千瓦級的核電機組也意味著環(huán)保方面的巨大貢獻。機組與同等規(guī)模燃煤電站相比，相當于每年減排二氧化碳900萬噸，減排二氧化硫3.9萬噸，減排氮氧化物2.1萬噸，減排煙塵0.5萬噸。減排氣體量相當于種植1470平方公里森林。

結語

根據(jù)國家電投的規(guī)劃，到2023年，“國和一號”將全面實現(xiàn)100%設備國產(chǎn)化能力，到2025年，建成“技術上最先進最安全、裝備上完全自主可控、經(jīng)濟上有顯著競爭優(yōu)勢”的三代核電產(chǎn)業(yè)鏈。

通過設計工作牽引制造企業(yè)能力提升，又通過制造過程的經(jīng)驗反饋反哺設計水平提高，在相互作用、共同成長中，“國和一號”建成了先進的三代核電自主創(chuàng)新體系和產(chǎn)業(yè)鏈供應體系。這是國家電投的又一次突破，而未來以國家電投為代表的央企，還將承擔更多發(fā)展重任，面臨更大挑戰(zhàn)。