浙江核電的光榮與夢想

姚旭京 周拯曄

核能的利用和發(fā)展是20世紀(jì)科技史上最杰出的成就之一。1938年末，德國科學(xué)家哈恩用一種慢中子來轟擊鈾-235核時，發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象?；剂贤ㄟ^化學(xué)反應(yīng)燃燒后釋放的能量的總質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率約為一百億分之一，而鈾-235裂變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率約為0.09%，比化石燃料的轉(zhuǎn)化效率高了近900萬倍，1千克鈾-235核燃料裂變發(fā)出的能量相當(dāng)于2700噸煤燃燒時發(fā)出的熱量。于是，人們開始探索如何將這巨大的能量轉(zhuǎn)換成電能的方案，核電站便應(yīng)運而生。

核電站是指通過適當(dāng)?shù)难b置將核能轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)施。核電站以核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，使核能轉(zhuǎn)變成熱能來加熱水產(chǎn)生蒸汽，進而發(fā)電。

浙江是我國核電大省，是我國核電發(fā)展起步之地。目前有秦山核電基地、三門核電基地和正在籌備中的蒼南核電基地。秦山核電基地分一期工程、二期工程、三期工程、二期擴建工程及一期擴建工程，從1983年至2015年，歷時32年完全建成，目前有9臺二代改進型核電機組，總裝機容量654.6萬千瓦，年發(fā)電量約500億千瓦時。三門核電規(guī)劃設(shè)計6臺非能動安全型三代125萬千瓦核電機組，目前第一臺機組已經(jīng)完成首爐核燃料的裝載工作，預(yù)計2018年實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。與傳統(tǒng)的壓水堆核電廠相比， 世界首座AP1000先進壓水堆在工程設(shè)計和運行方面進行了許多改進，最重要的改進是采用非能動安全系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，從而提升了電廠的安全性，簡化了電廠系統(tǒng)和設(shè)備，也簡化了電廠的運行操作，減少了電廠的維護需求。

首創(chuàng)工程的榮耀

秦山核基地的建設(shè)，為我國完整發(fā)展核電工業(yè)體系奠定了基礎(chǔ)。秦山核電一期工程30萬千瓦核電機組，是我國首個自主設(shè)計、自主建造、自主調(diào)試、自主運營的第二代改進型30萬千瓦壓水堆原型核電站。它的設(shè)計、建造、運營，使我國成為世界上少數(shù)擁有核工業(yè)完整體系的國家之一，對我國自主設(shè)計第二代改進型大型商用65萬千瓦和100萬千瓦級壓水堆核電站，具有重要的借鑒意義。

從規(guī)劃設(shè)計秦山核電基地建設(shè)之初，我國就堅持“以我為主、中外合作”的核電發(fā)展方針，在自主創(chuàng)新和引進、吸收、再創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，力求全面掌握先進壓水堆核電技術(shù)，形成大規(guī)模批量化建設(shè)中國品牌核電站的能力。秦山核電站的建成，標(biāo)志著中國實現(xiàn)了核電站自主設(shè)計。在秦山一期的設(shè)計中，以上?！捌叨恕惫こ淘O(shè)計隊為骨干，全國100多個設(shè)計院、大專院校相關(guān)科研人員組成的團隊共同承擔(dān)了設(shè)計、試驗任務(wù)，對核電站的廠址、環(huán)境、物理、熱工水力、工藝性能、專用設(shè)備設(shè)計性能試驗、新材料研制、核燃料組件研制和三廢處理等等，開展了大量的科研試驗工作，完成了400余項科研項目，其中150多項獲得國家級和省部級科技進步獎和優(yōu)秀科技獎。1997年12月，“秦山30萬千瓦核電站設(shè)計與建造”項目獲國家科技進步獎特等獎。秦山核電二期是65萬千瓦大型商用核電站，在一期經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，由中國第二核工程研究設(shè)計院設(shè)計，“秦山600MWe核電站設(shè)計和建造”項目又榮獲2004年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。秦山核電一期、二期工程總設(shè)計師歐陽予、葉奇蓁分別當(dāng)選為中國工程院院士。

秦山核電基地為我國核電關(guān)鍵設(shè)備自主設(shè)計建造做出了重大貢獻(xiàn)。在秦山一期30萬千瓦核電機組建設(shè)工程18項主要設(shè)備中，堆內(nèi)構(gòu)件、核燃料組件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、應(yīng)急柴油發(fā)電機、核燃料裝卸料機、汽輪機、發(fā)電機等9項實現(xiàn)國產(chǎn)化自主制造。通過秦山二期65萬千瓦機組建設(shè)工程，又增加了壓力容器、電站計算機兩項國產(chǎn)化自主制造。到秦山一期擴建100萬千瓦機組建設(shè)工程時，又增加了主冷卻劑泵、主管道、環(huán)吊的國產(chǎn)化自主制造，使國產(chǎn)化自主制造設(shè)備增加到14項。通過參與秦山核電基地建設(shè)工程，上海電氣、哈爾濱電氣、中國第一重型機械集團、北京和利時、浙江中控等一大批國內(nèi)企業(yè)擁有了核電關(guān)鍵設(shè)備自主化生產(chǎn)能力。

通過秦山核電基地建設(shè)，我國也探索形成了大型核電工程建設(shè)的管理經(jīng)驗。秦山核電一期采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實施計劃進度控制，土建合格率100%，優(yōu)良率96.18%。通過秦山核電廠建設(shè)，初步建立了我國核電工程質(zhì)量控制法規(guī)體系，創(chuàng)立完善了大型核電站設(shè)備安裝關(guān)鍵技術(shù)。其中一回路主管道焊接優(yōu)良率達(dá)到100%，填補了國內(nèi)大壁厚不銹鋼管道焊接技術(shù)的空白；秦山核電廠反應(yīng)堆壓力容器吊裝、蒸汽發(fā)生器吊裝獲得中核總部級科技進步二等獎；安全殼筒體施工項目獲我國建設(shè)工程最高獎“魯班獎”。

秦山二期工程1號常規(guī)島除氧器水箱和凝汽器，是當(dāng)時國內(nèi)電力機組安裝施工中遇到的最大現(xiàn)場拼裝容器，除氧器長45米，直徑4.25米，共分三段供貨至現(xiàn)場拼裝，現(xiàn)場焊接和熱處理的技術(shù)難度都很大。對此，通過進行專題研究，建設(shè)者們制定了一套嚴(yán)密、科學(xué)、先進、經(jīng)濟的焊接技術(shù)和管理方式，在實際施工中取得成功。2002年10月，項目施工單位浙江省火電建設(shè)公司獲得中國工程建設(shè)焊接協(xié)會頒發(fā)的 “全國優(yōu)秀焊接工程”一等獎。

截止2015年，秦山核電基地全部建成，共9臺機組，成為世界上機組最多，容量最大的核電基地之一。2017年發(fā)電510.56億千瓦時，約占浙江省2017年全年全社會用電量的12.18%，相當(dāng)于少消耗標(biāo)準(zhǔn)煤約1.6億噸，因此而減排二氧化碳約4.97億噸、二氧化硫約297.2萬噸，或相當(dāng)于造林189.47萬公頃，為改善浙江全省電力供給結(jié)構(gòu)、推進長三角區(qū)域大氣污染防治、助力浙江創(chuàng)建國家清潔能源示范省作出了很大貢獻(xiàn)。

未來核電的夢想

三門核電站是繼秦山核電基地之后獲準(zhǔn)在浙江省境內(nèi)建設(shè)的第二個核電基地。它是為創(chuàng)建世界最先進核電技術(shù)，引進第三代核電技術(shù)而建造的世界首座AP1000先進壓水堆示范核電站，也是首個國家第三代核電技術(shù)自主化依托項目。計劃通過引進、消化、吸收、再創(chuàng)新，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核電技術(shù)品牌。

2004年7月21日，浙江三門核電站一期工程建設(shè)獲得國務(wù)院批準(zhǔn)。2006年12月16日，中美兩國政府簽署《合作建設(shè)先進壓水堆核電項目及相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)讓的諒解備忘錄》。三門核電站規(guī)劃容量為6臺百萬千瓦級核電機組，廠區(qū)一次規(guī)劃，分期建設(shè)。一期工程建設(shè)規(guī)模為2臺125萬千瓦核電機組，設(shè)計壽命60年。2009年4月19日，一期工程1號機組開工建設(shè)。2018年4月28日，隨著首爐核反應(yīng)堆燃料裝載完成，三門核電從工程建設(shè)轉(zhuǎn)入帶核調(diào)試階段。

隨著三門核電項目規(guī)劃建設(shè)的6臺125萬千瓦核電機組的陸續(xù)建成，三門核電的年發(fā)電能力也將超過500億度，屆時，浙江省核電發(fā)電能力將占到全社會用電量的25%左右。