5月8日，華龍一號東海之濱，年磨“走進新國企”中核集團“向新向綠向未來·華龍十年”融媒體開放活動在福建省福清市舉行。劍揭晨光中的秘何名片海岸線上，六座銀灰色鋼鐵巨人巍然矗立，華龍一號構成了一道獨特的年磨工業風景線。其中，劍揭5、秘何名片6號機組——華龍一號全球首堆示范工程格外醒目：安全殼上方戴著水泥“頭箍”，華龍一號塊頭比其他機組大上一圈。年磨這是劍揭外觀上的差異，更是秘何名片我國自主三代核電技術的鮮明標志。

 

2015年5月7日，華龍一號華龍一號全球首堆示范工程——福清核電5號機組正式開工建設，年磨標志著我國具有完全自主知識產權的劍揭三代壓水堆核電技術實現了從0到1的突破。

 

十年磨一劍，目前華龍一號國內外在運在建機組總數達41臺，是全球在運在建機組總數最多的三代核電技術，成為中國核電走向世界的“國家名片”。

 

回首來時路，讓人不禁好奇：這條“核動力巨龍”是如何誕生，并持續生長壯大的？

 

艱難孕育：

 

“四川造”177堆芯出爐，華龍一號雛形誕生

 

仔細觀察這條“核動力巨龍”，它身上的心臟、主動脈、肺以及骨骼、血管、神經都有著濃濃的“四川印記”。其中，“心臟”堆芯尤為核心，由燃料組建、支撐結構等構成，負責通過核裂變反應產生熱能，提供源源不斷的能量。

 

“華龍一號獨創性地采用由我們自主研發設計的‘177堆芯布置’。”來自成都的中國核動力研究設計院華龍一號副總設計師劉昌文說。

 

何為“177堆芯布置”？這正是華龍一號的技術起源。

 

1996年，核動力院老院長張森如召集了10多位年輕的技術骨干從成都回到了中國第一代核潛艇研發基地——909基地，對中國自主的百萬千瓦核電技術開展封閉式研討。

 

彼時，我國的秦山二期核電站功率僅為65萬千瓦，放眼國際，百萬千瓦核電機組將成為主流。百萬千瓦級，意味著從堆芯布置開始就要“從頭來過”，難度可不小。

 

所謂堆芯布置，?是指在核反應堆中，將不同富集度的燃料元件、可燃毒物和控制棒布置在不同位置，從而優化反應堆的安全性和經濟性。比如，法國的百萬千瓦核電機組就裝填了157組燃料組件，稱為“157堆芯”。

 

“不想被淘汰，就得向這個目標發起挑戰。”劉昌文說，這次討論決定了中國核電自主化的技術方向，為華龍一號埋下了希望的“種子”。

 

那么，堆芯布置到底應該放多少組燃料，177、193、還是241？

 

經過一系列“頭腦風暴”，討論、計算、驗證……核動力院最終確定了“177堆芯”設計、更大尺寸的壓力容器等重要技術參數，形成了CNP1000技術方案，也就是華龍一號的雛形。

 

具體來說，就是在國外通用的157根燃料組件的基礎上，每個象限增加5根燃料組件，形成“177堆芯”的創新設計。這一創新使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月，將核電廠可利用率提高至90%以上，同時降低了單個組件的發熱功率，也就更安全。

 

1999年，中核集團組織召開“100萬千瓦級核電機組概念設計專家論證會”，正式把CNP1000方案推向全國。

 

華龍一號全球首堆示范工程。華龍一號全球首堆示范工程。

呱呱墜地：

 

華龍一號示范工程開建，全球首堆發出第一度電

 

從雛形到成形，新挑戰出現了。

 

2009年，距離“177堆芯”最早提出已有10多年時間，全球核電技術有了許多進展，在吸收這些新技術的基礎上，CNP1000變更為CP1000。

 

然而，對自主核電的發展而言，CP1000的攻關極為迫切，團隊壓力很大。時任核動力院副院長吳琳與科研人員奮戰在一線，僅用一年就通過了國內42名核電領域頂級專家評審，國家核安全局同意給CP1000批準建設項目，并以福清核電5、6號機組為依托項目。

 

2011年3月8日，吳琳從成都趕到福清為項目開建做準備。然而三天后，日本福島事故發生，代表中國自主核電發展最高水平的CP1000項目，被打上了“不再開工”的標簽。

 

經過一年多的焦灼等待和辛苦奔走，中核集團啟動核電技術重點科技專項，重新布局核電技術研發、開展頂層設計。又經過兩個月論證，核動力院最終確定了以ACP1000作為新的型號。它在CP1000的基礎上，增加了最先進、要求最嚴苛的多項安全措施，這就是今天的華龍一號。

 

為達到全球最高安全要求，核動力院開創性地提出了“能動與非能動相結合”的安全設計理念。

 

“也就是在正常供電情況下，是能動的，設備會按照設置功能去執行相關操作。”核動力院華龍一號項目副總師張曉華解釋，但當全廠斷電的時候，系統就靠自然循環的力量來為堆芯降溫，這就是非能動。

 

當時，國內關于非能動系統的設計完全沒有參考，國外又嚴防死守，進行技術封鎖。

 

張曉華說，團隊在兩年時間內獨立摸索，成功研發出了以非能動二次側余熱排除系統、非能動安全殼熱量導出系統和能動與非能動相結合的堆腔注水冷卻系統為代表的非能動安全系統。

 

2020年11月27日凌晨，華龍一號全球首堆發出第一度電，這是中國核電邁出“由大到強”的重要一步。從此，中國核電可以挺直腰桿“走出去”。

 

核島內部。核島內部。

優化升級：

 

華龍一號批量化工程開啟，今年首臺機組投入商運

 

今年1月1日0時17分，同樣在東海之畔，中核集團福建漳州核電項目1號機組正式投入商業運行。這一次，華龍一號有了全新的名字——華龍一號批量化工程。

 

據介紹，在華龍一號投入建設后，中核集團對其技術進行了一次大融合、大升級。業內人士說，這有利于中國核電技術更好地走出去。

 

“核電始終是一個以市場需求為導向的產品。”核動力院華龍一號批量化項目總設計師崔懷明說，更名并批量化建設，既保證了產品的頂層一致性，有利于攜手走出去，又能展開良性競爭，促進大家的積極性。“相較于華龍一號示范工程，批量化工程進一步開展了設計優化和改進，包括反應堆功率提升、燃料管理策略改進等重要方面。”

 

2018年，核動力院的華龍一號批量化設計方案全面完成，并于2019年開工建設。“我們的對手，將來自全世界。”盡管世界范圍內的核電競爭愈發激烈，崔懷明對華龍一號批量化工程充滿信心，經濟性、安全性的提升，都是“走出去”的絕對優勢。

 

比如，批量化工程反應堆功率提升了4.4%。崔懷明說，不要小看這個數字，一臺華龍一號機組每天的上網電價收入接近1000萬元。“也就是說，這個看似小小的提升，能讓每臺機組每天增加40余萬元的收入。”

 

此外，華龍一號示范工程福清5、6號機組的首循環長度（即首次換料周期）只有336天。為了提升經濟性，華龍一號批量化工程首臺機組漳州1號將首循環長度延長到442天，運維成本降低，機組整體效率也得到提高。

 

當前，核動力院正在加快研發華龍一號后續機型，接下來，華龍一號批量化團隊將在保證安全性的前提下，進一步用創新技術提高發電的經濟性。“預計到2030年核電發電量有望達到總發電量的10%，與光伏、風能等清潔能源一起，構建起較為理想的能源結構。”崔懷明說。