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臺機組巍然矗立在岸邊不遠處，穩(wěn)如泰山，巋然不動。在這6臺機組中，“隱藏”著我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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”。這是華龍一號獨有的非能動導熱水箱，也是其非能動安全系統(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安全系統(tǒng)不同，華龍一號首次自主研發(fā)應(yīng)用非能動安全系統(tǒng)，形成了“能動+非能動”雙重安全系統(tǒng)，其特點是能夠在不依賴外部能源驅(qū)動的情況下，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”。
給安全殼戴“頭箍”
時間退回到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安全系統(tǒng)徹底失效，進而引發(fā)福島核事故。
“當時我們就意識到，核電站要滿足更高的安全要求，不能只依賴能動系統(tǒng)。”中核集團華龍一號副總設(shè)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)的二代改進型核電機組CP1000，引入非能動安全系統(tǒng)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電。
研發(fā)非能動安全系統(tǒng)，要過的第一關(guān)就是方案設(shè)計關(guān)。劉昌文表示，雖然系統(tǒng)的基本原理大家都清楚，但落實到每一個具體細節(jié)，仍要反復推算。“就像家里搞裝修，不可能只憑一個想法，而是具體到每一個門窗縫隙都要仔細考慮。”
以華龍一號形似“頭箍”的非能動導熱水箱為例，其每一個設(shè)計細節(jié)都經(jīng)過反復雕琢。水箱太小，換熱能力不足;水箱太大，又會影響抗震等要求。
由于缺少相關(guān)經(jīng)驗積累，沒人能給出確切答案。研究團隊只能不停計算、試驗，對多個參數(shù)進行反復論證，才敲定最終設(shè)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，華龍一號非能動安全系統(tǒng)從想法變成了一張張設(shè)計圖紙。
大山深處的模擬試驗
闖過方案設(shè)計關(guān)，接下來要對設(shè)計進行驗證。
中國核動力九〇九基地，試驗臺架高60米，相當于20層樓高，相關(guān)系統(tǒng)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二次側(cè)余熱導出系統(tǒng)的試驗場地。
反應(yīng)堆發(fā)生事故后，回路中的水由于溫度不同會產(chǎn)生密度差，因水位高低不同會產(chǎn)生重力差，該系統(tǒng)能夠以此為驅(qū)動力，在不依靠外界動力的情況下將反應(yīng)堆內(nèi)的余熱導出，實現(xiàn)核電站事故后的安全停堆。
要對如此龐大的一套系統(tǒng)進行驗證，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)果推導到原系統(tǒng)進行驗證。
但大家很快發(fā)現(xiàn)，這個辦法失靈了。
“對該系統(tǒng)來說，哪怕與真實高度只差一點，實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。
老辦法不能用，研發(fā)團隊決定，干脆建一個與華龍一號等高、等溫、等壓的試驗裝置，模擬真實環(huán)境下的系統(tǒng)運行。
選址、建設(shè)、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。60米高的試驗臺架，郗昭一天要爬幾個來回，她曾因此一周內(nèi)瘦了5斤。
“為了避免上下臺架上廁所耽誤時間，大家工作的時候都不敢多喝水。”中國核動力研究設(shè)計院二所所長李朋洲回憶。
功夫不負有心人。經(jīng)過反復試驗，該裝置取得的200余組數(shù)據(jù)成功驗證了華龍一號非能動二次側(cè)余熱導出系統(tǒng)72小時瞬態(tài)排熱能力。真實等高、等溫、等壓環(huán)境下的試驗結(jié)果，讓所有人心服口服。
創(chuàng)新設(shè)備支撐創(chuàng)新設(shè)計
系統(tǒng)驗證通過，又一個新問題擺在面前：非能動安全系統(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換熱器。
該設(shè)備是非能動安全殼熱量導出系統(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)化和驗證工作后，研發(fā)團隊研發(fā)的非能動換熱器最終實現(xiàn)了不同需求間平衡，可滿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(nèi)非能動安全系統(tǒng)設(shè)備的多項空白，趟出了一條從未有人走過的道路。
2022年10月16日上午，參與華龍一號建設(shè)運營的各單位集中收看了黨的二十大開幕盛況。當習近平總書記在報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，我國進入創(chuàng)新型國家行列時，作為我國核電事業(yè)建設(shè)的參與者，大家既激動又自豪。
“華龍一號的科研讓我深刻體會到，關(guān)鍵核心技術(shù)是買不來的。”劉昌文說，“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(xù)努力，讓華龍一號在保障我國能源安全、助力雙碳目標實現(xiàn)的道路上行穩(wěn)致遠!”
