10月18日至22日，第81屆世界科幻大會將在成都舉辦。紅星新聞、每日經(jīng)濟(jì)新聞日前聯(lián)合啟動“幻響未來，全球追光”大型融媒體采訪報道，追尋科幻轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)背后人類不同文明所共同擁有的科技與夢想之光。

今天，我們帶你走近福建福清興化灣海岸，探訪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，探索人類對能源的應(yīng)用極限。

福建省福清市福清核電站，“華龍一號”福清6號機(jī)組

2019年科幻電影《流浪地球》上映后，互聯(lián)網(wǎng)社交平臺的熱搜中出現(xiàn)了一系列物理學(xué)名詞——“核聚變”“太陽氫閃”……在電影的熱度之下，科學(xué)的冷知識似乎也熱了起來，大眾對硬核科學(xué)知識生出向往。

而在四十年前，劉昌文便開始對這一神秘的領(lǐng)域產(chǎn)生了興趣：“當(dāng)時讀中學(xué)的我對原子彈、氫彈很感興趣，覺得核科學(xué)很神秘，是一個未知的世界。”于是，懷抱著對核科學(xué)的探索精神，在大學(xué)時，劉昌文選擇了核反應(yīng)堆工程專業(yè)。“后來了解了，核科學(xué)也可以用來發(fā)電，于是走上了和平利用核能的職業(yè)方向。”

當(dāng)年那個對神秘核科學(xué)充滿向往的學(xué)生劉昌文，如今已經(jīng)成為中國核動力研究設(shè)計(jì)院華龍一號總設(shè)計(jì)師。

所謂核電，是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)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(yùn)藏著驚人能量。核電是戰(zhàn)略高科技產(chǎn)業(yè)，發(fā)展核電是和平時期保持和擁有強(qiáng)大核實(shí)力的重要途徑。

2022年3月，“華龍一號”示范工程在福建福清全面建成投運(yùn)，兩臺機(jī)組年發(fā)電能力近200億度，一個機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電后，能滿足一個中型城市的用電需求。作為我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)，“華龍一號”的誕生，標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，核電技術(shù)水平和綜合實(shí)力已躋身世界第一方陣。

一顆“中國芯”

潮水拍打著福建福清興化灣海岸，這里依山傍海，目光所及，福清核電基地6臺機(jī)組巍然矗立在岸邊不遠(yuǎn)處。在這6臺機(jī)組中，有兩臺機(jī)組尤為顯眼，這是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。

在這背后，是中國核電人三十多年的科技攻關(guān)與不斷創(chuàng)新。

時間回到1996年底，彼時秦山核電站的二期主體工程正在建設(shè)，工程設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為兩臺65萬千瓦壓水堆核電機(jī)組。“雖然秦山二期還在建設(shè)，但那時大家已經(jīng)在討論，什么時候中國能有百萬千瓦核電機(jī)組。”劉昌文強(qiáng)調(diào)說，“我們想實(shí)現(xiàn)中國人自己的百萬千瓦級核電站。”

中國百萬千瓦核電站的自主創(chuàng)新之路，這一走就是十多年。

福清核電1-6號機(jī)組全景

堆芯是核電站的心臟，是核燃料發(fā)生裂變、釋放能量的核心部件。堆芯技術(shù)如果受制于人，自主核電就無從談起。

“在此之前，國外核電技術(shù)的堆芯大部分采用121個或157個燃料組件，我們在堆芯設(shè)計(jì)等方面不具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，常常受制于人。”劉昌文說。

中國核動力研究設(shè)計(jì)院的專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量論證，在國外通用的157組堆芯基礎(chǔ)上，每個象限增加5組元件，4個象限共增加20組元件，形成177組堆芯的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

“177堆芯”是我國三代核電區(qū)別于國外技術(shù)的最主要特點(diǎn)，它由177個燃料組件構(gòu)成，體積更大，讓核電機(jī)組的發(fā)電功率得到提升的同時，降低了堆芯內(nèi)的功率密度，提高了核電站的安全性。這也使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月，將電廠可利用率提高至90%以上。

反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)是核電技術(shù)的關(guān)鍵領(lǐng)域，這顆“中國芯”，更是華龍一號自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)。

“華龍一號”福清6號機(jī)組

不再“卡脖子”

“中國人自己的百萬千瓦級核電站”，簡單幾個字，背后卻是數(shù)年來艱辛的科技攻關(guān)。

比如核電站的主設(shè)備之一蒸汽發(fā)生器的自主研發(fā)過程。行走在福清核電5號機(jī)組的核島內(nèi)部，三個20米高的巨大白色圓柱體裝置分外顯眼，它們的學(xué)名叫“蒸汽發(fā)生器”，是核電站的主設(shè)備之一。

蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部零件超過一萬個，價格昂貴，動輒就上億元人民幣，以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)掌握在美國、法國的少數(shù)幾家設(shè)計(jì)公司手中。

劉昌文告訴記者，在“華龍一號”早期的設(shè)計(jì)過程中，本打算向國外公司購買這項(xiàng)設(shè)備。“談了很多輪，基本上所有內(nèi)容都談好了，但卡在最后一步，對方堅(jiān)持要求如果將來使用這種蒸汽發(fā)生器的核電技術(shù)用于出口，必須經(jīng)過其同意。”劉昌文說，在場的中國專家都接受不了，“相當(dāng)于給車買一個輪胎，結(jié)果輪胎商不允許這輛車出口。”

“從那時起，我們更加堅(jiān)定了研發(fā)完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)的決心。”劉昌文說，研制蒸汽發(fā)生器，需要合適的蒸汽來測試設(shè)備性能，“很難找到有大量蒸汽的實(shí)驗(yàn)場所，經(jīng)過多番努力，最終在河南南陽油田找到符合條件的實(shí)驗(yàn)條件。”劉昌文說，由于油田有自己的生產(chǎn)工作，于是只能協(xié)商利用寶貴的用汽“窗口”時間，“為了搶時間，實(shí)驗(yàn)需要連續(xù)進(jìn)行，科研人員常常需要24小時守在野外冰天雪地的試驗(yàn)現(xiàn)場，啃饅頭、泡方便面更是常事。”

華龍一號

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、知識產(chǎn)權(quán)、性能驗(yàn)證、軟件設(shè)計(jì)、關(guān)鍵材料國產(chǎn)化、制造技術(shù)國產(chǎn)化等技術(shù)難關(guān)被連續(xù)攻克，僅僅27個月后，用于“華龍一號”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問世。

蒸汽發(fā)生器只是一個縮影，先進(jìn)堆芯測量系統(tǒng)、核燃料組件包殼材料……通過自主創(chuàng)新大量關(guān)鍵設(shè)備，華龍一號不再被“卡脖子”。

作為我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核電型號，華龍一號共獲得七百余件專利和一百余項(xiàng)軟件著作權(quán)，覆蓋了設(shè)計(jì)技術(shù)、專用設(shè)計(jì)軟件、燃料技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)等眾多領(lǐng)域。“有了華龍一號，中國核電人可以挺直腰桿，從‘借船出海’走向‘造船出海’。”劉昌文說。

核電站的安全“雙保險”

安全性，是三代核電與二代核電最顯著的區(qū)別之一。“能動與非能動”相結(jié)合的安全技術(shù)，就是“我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)”的顯著特征之一。其特點(diǎn)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，打造核電站安全“雙保險”。

“雙保險”安全系統(tǒng)，源于福島核事故敲響的警鐘。

2011年2月28日、3月1日，“華龍一號”的前身——CP1000通過了安全審查，進(jìn)入工程建設(shè)階段。工程僅進(jìn)行了幾天，3月11日，日本福島第一核電站發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏事故。受其影響，中國核電項(xiàng)目建設(shè)全面暫停。“打個不恰當(dāng)?shù)谋扔?，就像懷了個孩子，快要生的時候突然沒了。”劉昌文說，“大家那時都哭了，從1997年開始辛苦工作多年，就等今天。結(jié)果叫停了，對我們打擊很大。”

“華龍一號”福清6號機(jī)組內(nèi)部

此后，科研人員對標(biāo)世界上最先進(jìn)的技術(shù)和最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對“華龍一號”進(jìn)行了一系列安全升級。“能動與非能動”，便是華龍一號核電機(jī)型保持安全的核心。

簡單來說，“能動”，就是靠電來驅(qū)動安全系統(tǒng)，保障核電站運(yùn)行。“這種技術(shù)成熟安全，但是在極端情況下還是會有危險。例如福島核事故中，核電站失去電力供應(yīng)，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失效，無法排出堆芯余熱，反應(yīng)堆部分熔毀，導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏。”劉昌文說。

為了克服這個問題，核動力院研發(fā)了“非能動”方式的創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)。劉昌文介紹說，華龍一號“非能動”的安全設(shè)計(jì)是不依靠電，依靠位差、密度差、高差形成自然循環(huán)。“利用重力，將堆芯衰變熱傳遞至事故冷卻水箱，從而降低堆芯溫度，避免事故發(fā)生。”劉昌文說，“所以，華龍一號完全可以避免福島核事故那樣的核災(zāi)難。”

“華龍一號”福清6號機(jī)組汽輪機(jī)廠房

擁有“四川基因”

一個機(jī)組能滿足一個中型城市的用電需求

“華龍一號”的誕生，標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，核電技術(shù)水平和綜合實(shí)力已躋身世界第一方陣。

這一“國之重器”，擁有“四川基因”。“華龍一號”的很多關(guān)鍵設(shè)備都在四川生產(chǎn)，比如DCS控制系統(tǒng)來自成都、“核電之芯”核燃料組件來自宜賓，帶動了在川30余家企業(yè)和科研院所參與配套，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過300億元，涉及重大裝備、數(shù)字化儀控等領(lǐng)域。

劉昌文說，從中國第一代核潛艇陸上模式堆到全球領(lǐng)先的第三代核電技術(shù)華龍一號，四川核動力產(chǎn)業(yè)鏈不斷升級，產(chǎn)業(yè)體系不斷完善，產(chǎn)業(yè)圈也在不斷擴(kuò)大。

福清核電1-6號機(jī)組全景

目前，華龍一號國內(nèi)外首批工程4臺機(jī)組已經(jīng)全部建成商運(yùn)，福建漳州一期、海南昌江三期等“華龍一號”新建機(jī)組已經(jīng)開工建設(shè)。華龍一號的商業(yè)運(yùn)行，不僅能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對于改善我國能源結(jié)構(gòu)、助力碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)意義深遠(yuǎn)。

據(jù)了解，華龍一號一個機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后能夠滿足一個中型城市的用電需求，并且每年減少耗煤530萬噸，以及減少二氧化碳排放1300萬噸。相當(dāng)于植樹2.6億棵，覆蓋面積達(dá)到300萬畝，將近可以覆蓋1/5個北京。

按目前市場情況測算，每臺“華龍一號”機(jī)組全壽期內(nèi)在國內(nèi)創(chuàng)造產(chǎn)值將超過2000億元人民幣，并提供超過15萬個就業(yè)崗位。另外，每出口一臺“華龍一號”機(jī)組，將為我國帶動相關(guān)機(jī)電產(chǎn)品和材料出口近200億元。

“核能是低碳能源，先進(jìn)核能技術(shù)可以提供高品質(zhì)熱源，能實(shí)現(xiàn)多用途利用，涵蓋電力、制氫、供熱供汽、海水淡化等領(lǐng)域，必將成為我國低碳綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源支撐。”劉昌文說。

紅星新聞記者 彭驚 攝影記者 王勤 發(fā)自福建福清