腾飞吧，中国的核电巨龙！——祝贺“华龙一号”全球首堆正式商运

○文 闵

继2020 年9 月28 日，标志我国三代核电自主化成果的“国和一号”正式发布之后，2021 年1 月30 日，我国核电领域又迎来最新进展——全球第一台“华龙一号”三代核电机组的福清核电5 号机组投入商业运行。这标志着我国打破了国外核电技术的垄断，成为拥有独立自主三代核电技术知识产权的国家。

什么是核电？

金山银山不如青山绿水，绿水青山就是金山银山。这两句话生动阐释了21 世纪人们对经济与生态之间关系的认识与选择。随着人类社会发展进程的加快，从利用太阳能、木柴，到煤、石油、天然气等化石能源，我们对能源的利用也在不断变化。人口快速增加以及人们生活水平的提升，对能源的需求也大幅增加，进而引发能源危机及环境恶化等系列问题，依赖现有的化石能源已不足以支撑全球经济的飞速发展。在寻找替代能源的过程中，人们开始越来越重视核能。

核能发电就是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。它与火力发电极其相似，均是热能、机械能、电能之间的能量转换过程。不同之处主要是热源部分，核能发电以核反应堆及蒸汽发生器代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能，利用核分裂连锁反应所产生的热，将水加热至高温高压，进而转化为电能。作为保障能源安全和应对气候变化的重要途径，安全、和平利用核能事业如同普罗米修斯带到人间的火种，为人类发展点燃了希望之火，拓展了美好前景。

1951 年8 月，美国原子能委员会在爱达荷州进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。1954 年，苏联建成了世界上第一座实验核电站，发电功率5000kW。伴随着核浓缩技术的发展，到1966 年，核能发电的成本已低于火力发电的成本，核能发电真正迈入实用阶段。20 世纪80 年代，因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快了，我国也于此期开始兴建核电站。自2006 年起，我国开始实施三代核电自主化战略。

核电的优缺点

世界上任何一个事物都有两面性，有优点就一定会有缺点，核能发电也不例外。它在经济、有效缓解能源危机、保护环境等方面有显著优势，但也有技术、安全等方面的风险。

我们先来看看核能发电的优点。第一，资源丰富。地球上核燃料资源丰富，仅铀的已知储量就约为417 万吨。如果我们掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之不竭。第二，经济高效。核燃料体积小但能量很大，1000 克铀释放的能量相当于2400 吨标准煤释放的能量。和传统发电相比，核能发电的成本便宜许多。第三，相对环保。核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，放射性污染也比烧煤发电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X 光透视所受的剂量。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

虽然核能发电有如上种种优点，但截至目前为止，世界上只有少数国家利用核电，为什么？第一，科技关。实现核能发电需要克服重重科技难关，包括如何实现安全可控核反应，核反应后的放射性废料如何安全处理，如何有效保障工作人员及密切接触者的安全等。第二，安全关。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400 多座，30 多年来基本上是安全正常的。但1979 年美国三里岛压水堆核电站事故和1986 年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，以及最近的日本福岛核电站事故都留下惨痛的记忆。随着压水堆的进一步改进，核电站会变得更加安全。第三，政治关。发展核技术及兴建核电站较易引发政治歧见与纷争。第四，热污染。核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能发电厂的热污染较严重。第五，财务风险高。核能发电厂投资成本太大，财务风险较高。

走向自主创新的中国核电

上世纪90 年代，我国在建设大亚湾核电站时，几乎所有的技术都是从国外引进，核电建设所需的原材料甚至混凝土都是从国外进口。经过这三十年来相关领域、行业的科研、技术等人员的共同努力，我国终于打破了国外核电技术的垄断，形成了自主、完整的核电知识产权体系，跻身世界前列。

“我国核电发展的一个灵魂性思想，就是坚定不移走自主创新的道路。”中核集团党组书记、董事长余剑锋说，“对于关键核心技术，我们都一件件进行了突破，没有‘卡脖子’的问题。”

2021 年1 月30 日，在福建福清，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电5 号机组投入商业运行。根据中国核电公告，福清核电5 号机组额定容量116.1 万千瓦。投运后，公司控股在运核电机组数增至23 台，控股在运机组装机容量由2023.0 万千瓦增至2139.1 万千瓦。这是我国推动绿色低碳发展，助力国内国际双循环新发展格局征程中的具有里程碑意义的重大事件，将会大幅提升中国核电的行业竞争力。

2015 年5 月7 日是“华龙一号”全球首堆正式开工建设的日子。在之后的两千多个日夜里，上千人的研发设计团队、5300 多家设备供货厂家、近20 万人先后参与项目建设……这是一座创造性的超级工程，更是一张闪光的国家名片。由此产生了国内专利716 件、国际专利65 件、海外商标200余件、软件著作权125 项、核心科研报告1500 余篇以及海量的科技创新论文……如今，“华龙一号”首堆所有核心设备均已实现国产，所有设备国产化率达88%。“华龙一号”已形成一套完整的、自主的型号标准体系，涵盖核电厂设计、设备、建设、调试等全生命周期，可有力支撑“华龙一号”批量化建设和“走出去”。

中核集团“华龙一号”总设计师邢继说：“研发完全具有自主知识产权的一个型号，是我们中国核电人的梦想。”每一项核心技术都是一座需要攻克的山头，一个阀门都可能成为“拦路虎”。“华龙一号”用到的阀门高达1.8 万台。阀门虽然看起来不起眼，但对实现核电站复杂的系统功能作用却不小。“华龙一号”全球首堆是“三新”工程，新技术、新设备、新材料，阀门设计要求都发生了变化。现有国外成熟的阀门无法满足新系统，这要求在短时间内设计制造出能完全符合“华龙一号”性能要求的阀门。一次次试验、一项项对比……研发设计单位联合国内阀门供货商开展了多项横向科研，实现了所有关键阀门的样品研发、鉴定和产品供货，打破了高端阀门国外供货商长期垄断的局面。从主泵、压力容器到蒸汽发生器，从阀门、电缆到控制柜，从抗震性能提升到抗大飞机撞击设计，这样的创新故事在“华龙一号”身上从不欠缺。

一般大众谈“核”色变。核能实在是威力巨大，如果掌控得好，能发挥巨大的作用；但是一旦失控，造成的灾难也是无法想象的。核能发电也是如此，切尔诺贝利、日本福岛等核事故给大众心里蒙上一层阴影。因此，安不安全，是核电站建设运营单位和公众最为关注的问题。

为了展示“华龙一号”反应堆的安全性，工作人员展示了一架喷气式客机俯冲撞向核电站的模拟场景，以此表示其能抵御恐怖袭击。这也是很多国人的顾虑，要是潜在对手攻击核电站怎么办？首先，谁敢炸核电站就等同挑起核战争，不会获得国际任何同情；其次，不要小看我们的防空系统；最后，在遭受攻击、哪怕已经没人管理了，“华龙一号”也会利用地球重力等主动关闭反应堆。

“华龙一号”达到目前世界最高核安全标准。首先，“华龙一号”采取了“能动+非能动”的双重安全系统，既有“能动”的成熟稳定，也有“非能动”在丧失电源情况下的独特优势。“能动”，即靠电来驱动安全系统，保障核电站运行。如果在极端情况下，核电站断电了，这时“非能动”就能派上用场。“非能动”就是靠自然力量来驱动安全系统。“华龙一号”可以依靠重力、温差和压缩空气等自然力来驱动安全系统，通过蒸发、冷凝、对流、自然循环等自然过程带走热量。

此外，“华龙一号”采用了双层安全壳的设计，外层可抵御大飞机的撞击，内层可做到即使堆芯出现问题，放射性物质也不会泄漏出来。“华龙一号”充分吸取了切尔诺贝利、日本福岛等核事故的经验教训，即使遇到福岛核事故那样的极端自然灾害，地震和海啸叠加发生，“华龙一号”机组也能保证安全，而且能快速恢复运行，不会发生福岛核事故那样的情况。

还有，“华龙一号”采用177 堆芯设计，将堆芯燃料组件数量从157 组增加到177组。这不只是单纯的燃料组件数量的提高，在增加发电能力的同时，也提高了运行的安全裕量。

2020 年9 月，国家核准了采用“华龙一号”三代核电技术的海南昌江核电二期工程和浙江三澳核电一期工程。目前，“华龙一号”在我国已经开始批量化建设。“华龙一号”每台机组每年发电近100 亿度，能够满足中等发达国家100 万人口的年度生产和生活用电需求，相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨。

要做好碳达峰、碳中和工作，能源转型势在必行。核电是低碳能源，可以跟风电、太阳能发电等结合起来，为碳减排作出贡献。核工业的发展不仅有助于解决能源问题，未来也会为医疗、农业、制造业等带来一些变化。