“昌平200號(hào)”孵出第四代核電站
來(lái)源：北京晚報(bào) 2016-3-31 張航
3月20日中午12時(shí)許，山東榮成石島灣，在兩臺(tái)千噸級(jí)吊車(chē)共同努力下，一個(gè)直徑約6米，高20多米的巨型“易拉罐”經(jīng)歷了離地50米、水平移動(dòng)近百米后，穩(wěn)穩(wěn)地在一個(gè)水泥殼里“入座”。今后的日子，這個(gè)“易拉罐”里裝的不是飲料，而是貨真價(jià)實(shí)的核反應(yīng)堆及相關(guān)設(shè)備。當(dāng)天，全球首座模塊式高溫氣冷堆示范工程的首臺(tái)主設(shè)備壓力容器吊裝到位。
記者采訪(fǎng)了解到，高溫氣冷堆示范工程由清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院主持設(shè)計(jì)。清華的技術(shù)研究前后長(zhǎng)達(dá)三十多年，參與科研人員近千人。使用該反應(yīng)堆的石島灣核電站將成為我國(guó)首座第四代核電站，采用氦氣循環(huán)冷卻技術(shù)、具有“固有安全”特性，使得該核電站的安全性、發(fā)電效率大大提升。
緣起：
30年前著眼“固有安全” 當(dāng)年學(xué)生成領(lǐng)軍人
采訪(fǎng)不可避免地提及了五年前發(fā)生的日本福島核電站泄漏事故。清華核研院副院長(zhǎng)董玉杰說(shuō)，福島核電站當(dāng)時(shí)引發(fā)全世界關(guān)注，一個(gè)重要原因是電力中斷遲遲無(wú)法對(duì)核燃料堆芯進(jìn)行有效冷卻，堆芯一旦融化突破外殼，就會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性事故。
董玉杰說(shuō)，核電站發(fā)展至今投用了三代技術(shù)，每一代的安全性都大大進(jìn)步。作為第二代的福島核電站采用能動(dòng)設(shè)施進(jìn)行冷卻、換熱；第三代核電站則通過(guò)自然水冷等技術(shù)實(shí)現(xiàn)“非能動(dòng)”換熱，告別動(dòng)力依賴(lài)，我國(guó)目前新修建的三門(mén)、海陽(yáng)核電站都屬于第三代。
董玉杰說(shuō)，早在上世紀(jì)80年代，科學(xué)界就開(kāi)始討論更先進(jìn)的“固有安全”技術(shù)，即在嚴(yán)重事故下，喪失冷卻劑等所有冷卻能力的情況下，不采取任何人為和機(jī)器的干預(yù)，反應(yīng)堆能保持安全狀態(tài)。在經(jīng)歷了美國(guó)三里島核電站事故和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故后，“固有安全”的重要性更加凸顯，清華的科研人員長(zhǎng)期致力于這項(xiàng)研究，對(duì)準(zhǔn)了高溫氣冷堆技術(shù)，當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)帶頭人就是后來(lái)的清華大學(xué)校長(zhǎng)、中科院院士王大中。
歷經(jīng)幾代人的努力，如今高溫氣冷堆示范電站已進(jìn)入設(shè)備安裝階段，王大中院士已經(jīng)80歲高齡，他當(dāng)年的學(xué)生張作義已經(jīng)成為清華核研院院長(zhǎng)、高溫氣冷堆核電站示范工程國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)的總設(shè)計(jì)師。
研發(fā)：
“200號(hào)”建起 模擬“核電站”
在昌平南口燕山腳下，有一座普通院子，這里孕育著世界上最先進(jìn)的核技術(shù)。這座“年齡”超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的院子被清華師生稱(chēng)為“200號(hào)”。高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆就在這里誕生。
1986年，清華高溫氣冷堆研究被列入國(guó)家高技術(shù)“863”計(jì)劃。1992年，國(guó)務(wù)院批復(fù)同意在“200號(hào)”建造我國(guó)第一座10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。“這是一座實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，但技術(shù)要求以及安全性完全是奔著實(shí)際應(yīng)用去的，要求非常嚴(yán)格。”董玉杰對(duì)記者說(shuō)，實(shí)驗(yàn)堆1995年動(dòng)工建設(shè)，2003年實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)功率并網(wǎng)發(fā)電，“2015年還運(yùn)行了100天，非?？煽俊?rdquo; 一兆瓦的電功率就意味著每小時(shí)可以發(fā)電一千度。
研究從實(shí)驗(yàn)堆走向了建設(shè)商用“示范堆”，2006年，高溫氣冷堆核電站示范工程被列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》。首座模塊式高溫氣冷堆商用示范電站選址在山東榮成石島灣。
“任何一項(xiàng)核能技術(shù)在投入應(yīng)用前，都經(jīng)歷了長(zhǎng)期研究反復(fù)驗(yàn)證。”董玉杰告訴記者，為了確保高溫氣冷堆核電站示范工程的順利建設(shè)、投產(chǎn)，清華在“200號(hào)”專(zhuān)門(mén)建設(shè)了一座先進(jìn)反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)室，這幾乎就是一座“核電站”——除了沒(méi)有核反應(yīng)堆。記者專(zhuān)程探訪(fǎng)了這座104米長(zhǎng)、35米寬、25米高的廠(chǎng)房，里面從主氦風(fēng)機(jī)到蒸汽發(fā)生器、從反應(yīng)堆控制設(shè)備到燃料裝卸系統(tǒng)，全部按照真實(shí)的核電站制作了1：1工程樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。
安裝：
8小時(shí)吊裝 570噸“易拉罐”
3月20日，在榮成石島灣完成吊裝的是該示范工程首臺(tái)反應(yīng)堆的壓力容器。在核研院研究員張征明看來(lái)，這標(biāo)志著整個(gè)示范工程從建設(shè)進(jìn)入了設(shè)備安裝階段，具有關(guān)鍵里程碑的意義。作為壓力容器的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，張征明和其他科研人員付出了艱辛的努力。
“設(shè)計(jì)壓力容器經(jīng)歷了方案論證、初步設(shè)計(jì)、訂貨等多個(gè)階段，最艱苦的就是設(shè)計(jì)階段。”張征明說(shuō)，高溫氣冷堆在國(guó)際上都屬于尖端前沿技術(shù)，國(guó)內(nèi)核電站多采用的是傳統(tǒng)的壓水堆，因此沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。“普通壓水堆壓力容器直徑約3.8米，高約12米，我們的壓力容器內(nèi)徑5.7米，高約22.5米，對(duì)設(shè)計(jì)提出了極高要求。”他說(shuō)。
張征明帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究，設(shè)計(jì)容器圖紙。一套圖紙裝冊(cè)約400張，從A0尺寸到A4尺寸，疊起來(lái)厚度相當(dāng)于兩本《辭?！贰Ｋf(shuō)，結(jié)合材料采購(gòu)和制造工藝的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)歷了大量變更，累計(jì)起來(lái)超過(guò)了一千張。
設(shè)備吊裝前，核研院的科研人員經(jīng)常是早上趕第一班飛機(jī)到榮成，解決問(wèn)題后當(dāng)晚又坐夜班機(jī)回學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，“高鐵沒(méi)辦法滿(mǎn)足我們這種清早走、夜里回的節(jié)奏，只能靠飛機(jī)，再暈機(jī)的人也能給治愈了。”董玉杰笑道。
3月20日凌晨4點(diǎn)，位于石島灣的吊裝現(xiàn)場(chǎng)，一臺(tái)3200噸和一臺(tái)1000噸的超級(jí)巨無(wú)霸吊車(chē)就位。在指揮員的協(xié)調(diào)中，自重達(dá)570噸的壓力容器緩緩離地，然后水平移動(dòng)。整整8個(gè)小時(shí)過(guò)后，這個(gè)巨型“易拉罐”被準(zhǔn)確吊裝進(jìn)入核電站的設(shè)備廠(chǎng)房。當(dāng)天的石島灣晴空萬(wàn)里，能見(jiàn)度很高，“天公作美，給足了我們面子。”張征明笑著說(shuō)。
應(yīng)用：
氦氣帶熱量來(lái)發(fā)電 余熱傳大氣保安全
董玉杰說(shuō)，高溫氣冷堆在石島灣的示范工程包括兩個(gè)反應(yīng)堆模塊、一套發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量共20萬(wàn)千瓦，根據(jù)規(guī)劃，電站將力爭(zhēng)2017年并網(wǎng)發(fā)電。雖然功率不及我國(guó)已經(jīng)投入使用多年的秦山核電站和大亞灣核電站，但作為第四代核電技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用，意義深遠(yuǎn)。國(guó)際核能界也高度關(guān)注這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展，國(guó)際高溫氣冷堆技術(shù)會(huì)議就在這里召開(kāi)，來(lái)自20個(gè)國(guó)家的科學(xué)家見(jiàn)證了中國(guó)領(lǐng)先的高溫氣冷堆技術(shù)。
記者了解到，高溫氣冷堆采用了氦氣作為回路冷卻劑，當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，氦氣將核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶出堆芯，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。冷卻后的氦氣由主氦風(fēng)機(jī)升壓后送回堆芯進(jìn)行下一次循環(huán)。
此外，750度氦氣出口溫度在提高電站發(fā)電效率的同時(shí)，還可以支持多種工業(yè)應(yīng)用，例如為煉油、化工、稠油熱采等領(lǐng)域提供高參數(shù)蒸汽。未來(lái)850至1000度的出口氦氣可用于高溫水裂解制氫，為開(kāi)辟核能新的應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。
安全性方面，在石島灣的示范工程采用非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)，把余熱從堆芯傳遞給位于反應(yīng)堆艙室的水冷壁，通過(guò)水的自然循環(huán)，把熱量帶到空氣冷卻器，與空氣進(jìn)行換熱，從而使熱量擴(kuò)散到大氣環(huán)境中，“如果從純技術(shù)層面考慮，即使發(fā)生了事故，不采取任何人為和機(jī)器的干預(yù)，反應(yīng)堆仍然能保持安全狀態(tài)，并將剩余熱量安全排出。”董玉杰說(shuō)。
關(guān)于核安全：
最保守的技術(shù) 最嚴(yán)格的措施 保障核安全
五年前發(fā)生的福島核安全事故一度讓不少人談“核”色變。到底核電是否安全？董玉杰說(shuō)，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，核電目前依然是全世界安全系數(shù)最高的發(fā)電方式之一。
他說(shuō)，科學(xué)家對(duì)核電應(yīng)用一直持最保守的技術(shù)和最嚴(yán)格的措施，即使以現(xiàn)在最先進(jìn)的第四代核電技術(shù)為例，從理論研究到現(xiàn)在的示范應(yīng)用，也經(jīng)歷了三十多年的科研攻關(guān)；最嚴(yán)格的措施方面，我國(guó)所有的核電站都有一套非常嚴(yán)格的監(jiān)管措施，以石島灣核電站為例，核燃料安裝、核電站生產(chǎn)必須處于層層監(jiān)管之下，各種預(yù)案制定到位。
他直言，人類(lèi)生產(chǎn)生活無(wú)法徹底杜絕意外和事故。只要風(fēng)險(xiǎn)足夠低，人們便可以接受。“就好比民航飛機(jī)，雖然偶有空難發(fā)生，但這并不影響人們將其作為最安全高效的交通方式使用。”在目前大氣治污的背景下，核電的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益突出，一套20萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組，一年只需要消耗核燃料兩噸，如果換成同等功率的火電廠(chǎng)，每天消耗的燃煤就得上千噸，排放大量二氧化硫、煙塵。
編輯：苑苑
