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核電已成中國新名片

邢繼

在福建省福清市三山鎮, “華龍一號”全球首堆示范工程正在加緊建設,一個直徑50米的巨型圓柱體正拔地而起。這是中國唯一具有完全自主知識產權的三代核電項目。今年1月28日,“華龍一號”建造的核電機組——福清核電5號機組成功完成壓力容器吊裝。壓力容器安裝就位就意味安裝核心部件的全面開始,預計到2020年就可以建成發電。這也讓我國成了繼美國、法國、俄羅斯之后又一個具有自主三代核電技術的國家。

“華龍一號”有多牛?它擁有雙層安全殼,達到世界最高安全標準;可以抵御類似商用大飛機撞擊的意外攻擊,也可抵御相當于日本福島核事故的地震震級。 如今,“一帶一路”沿線已有40多個“華龍一號”核技術應用國家。

在接受本報記者采訪時,中國核電工程有限公司副總經理、“華龍一號”總設計師邢繼用“十年磨一劍”來形容中國百萬千瓦核電站的自主創新之路。他說,核電已經成為中國的新名片。

文 廣州日報全媒體記者肖歡歡

圖 受訪者提供(除署名外)

邢繼身形偏瘦,戴著無框眼鏡,看起來斯斯文文,說起話來也輕聲細語。單看外表可能不會想到,眼前這個文質彬彬、書生模樣的人,就是中國核電走向世界的領航者。

“關鍵在于自主化”

雖然是個工科工程師,但邢繼身上卻有一股文藝范。上高中時,他一直想報考美術專業,渴望將來當一個建筑師。但在父親的建議下,他還是報考了哈爾濱船舶工程學院。

但在邢繼內心深處,還是對建筑設計念念不忘。不管是出差還是工作,只要有相關的美術展和建筑設計展,他都會抽空去看看。直到現在,他還是沒有放棄自己畫畫的愛好。除了畫畫,他還喜歡爬山,攝影和游泳,是個興趣廣泛的多面手。

“剛來時這里還是一個土堆呢,現在項目廠房已經初具規模。”自從項目開工以來,邢繼基本上每個月都會到工地上來看看進展。有時,他長達半年也見不到家人。“搞核電就是這樣,哪里有項目,就必須扎根哪里。”說起自己的老本行,邢繼來了興趣,“‘華龍一號’的反應堆廠房高72米,直徑是48米;外層安全殼厚1.8米,可以抵御巨大的外力沖擊;內層安全殼也有一米厚,采用的是預應力的混凝土結構。”邢繼告訴記者,所謂預應力結構,就是在施工過程中提前給安全殼施加一個應力,采用預應力鋼索把它拉緊以后,相當于把整個安全殼箍住。即便發生核事故,反應堆內部產生的放射性物質會被包容在安全殼內,不會發生泄漏。

2003年,中核集團啟動CNP1000型核電站的研制,而CNP1000正是“華龍一號”的前身。2007年4月,中核集團將CNP1000更名為CP1000。在接手CP1000之前,邢繼剛剛參與設計了嶺澳二期核電站的設計,在這個項目中,邢繼積累了大量自主設計核電站的經驗。但他也意識到,中國核電能否走出去,關鍵在于三點:軟件、燃料和關鍵設備的自主化。因此在接手“華龍一號”時,邢繼就提出自主設計堆芯、改變核反應堆堆芯容量的方案。“如果你只能用別人的燃料,你就要受制于人。我們有了自己的核燃料,這個意義是非常巨大的。”

被迫停下的腳步

正當萬眾矚目,我國百萬千瓦級核電站即將落地時,2011年3月11日,日本福島核電站發生核泄漏,國際上多國對核電站運營采取了更為謹慎的態度,這使得即將上馬的CP1000工程停下了腳步。

“當時CP1000就要上馬了,但福島核事故讓所有的工作都按下了暫停鍵。”邢繼表示,福島核事故無疑是對所有核電人的巨大打擊。

這是邢繼從事科研30年間最為艱難的一段時光。福島核事故發生后,全世界對核電站的安全都空前關注,并且到處彌漫著“核電安全焦慮”。緊接著國家出臺政策,要求中國新建核電站要符合國際上最先進的標準和安全要求,只有完全滿足最先進的第三代壓水堆核電技術要求才能建設。

彼時的邢繼只能用“好事多磨”來寬慰團隊成員,但他心里清楚,所有的壓力其實都在他肩上扛著。“其實最大的困難不是技術問題,而是國際核電發展技術要求的不斷調整對技術人員所帶來的壓力。”

那段時間,邢繼腦海里想的都是如何讓中國的核電站最安全。他每天睡覺、吃飯、走路都在想,壓力大到他有時甚至整夜無法入睡。

作為核電站的總設計師,多年來,邢繼的作息規律與一般人很不同,他沒有白天和黑夜的概念。通常到了凌晨三四點,他還在圖紙上寫寫畫畫。因為長期的工作壓力和強度,邢繼落下了頭疼的毛病。有時候感覺頭疼難忍,他會直接在桌子上趴一會兒,為此還曾把眼鏡給壓壞。因為這個事情,他光是眼鏡就換了好幾副。

福島核事故無疑是對所有核電人的一個打擊。但它也讓邢繼對自己的技術更加有信心了。他說,福島核事故所遇到的一些問題,都在他們的安全分析之列。從安全性能上來說,CP1000屬于準三代技術,也已經具備了一套非能動的安全系統,完全可以抵御類似福島核電站所遭遇的核事故。“福島核電站相當于給了我們一個鏡子,對中國核電的發展其實是一個促進。”

攻克國際最高安全標準

福島核事故后,國際上要求三代核電要滿足0.3g(高于常規8級)抗震能力的設計。而“華龍一號”要滿足這一要求,意味著設計方案將再度變更,這對于邢繼而言,相當于前面所做的工作基本上都要推倒重來。

但自主核電站設計是復雜系統工程,涉及幾百個系統,光設計圖紙就有幾萬張,每更改一個數據可謂“牽一發而動全身”,意味著整個系統參數都得重新修正。比如,CP1000其中一項設計——事故后操縱員不干預時間由10分鐘延長到30分鐘。面對這個要求時,課題組對各種假想事故的薄弱環節進行清理、討論、確認,并提出改進措施和進行理論計算。中核集團的技術人員在一年多的攻關過程中,提出了各種可能的解決方案——“如何使核反應堆在事故過程中得到有效冷卻”“如何使蒸汽發生器的補水既要足夠又不能過多”等,他們進行了一百多種方案的理論計算,終于順利攻關。

非能動安全系統需要在反應堆廠房里設置將近3000立方米的冷卻塔。而核電廠房里的每個部件,小到連一顆螺絲釘都經過了精密計算,要想把這么多水放進去,幾乎成了不可能實現的難題。那段時間,邢繼天天沒日沒夜工作。“有時天亮了,聽到外面有人說話,才意識到,一個通宵又過去了。”計算、推演,模擬試驗,在經歷了無數次調整后,最終將非能動系統安裝在安全殼內部。

“安全殼的設計是用于阻止融化的反應堆進一步穿透的裝置,我們稱為第三道安全屏障,也是最后一道安全屏障。如果發生核泄漏事故,只要安全殼是完整的,那么它可以有效地包容核輻射產生的放射性物質,這樣就不會影響到環境。”

邢繼告訴記者,核電站遵循的一個安全標準,叫“縱深防御”,就好比打仗一樣,第一道防線失守以后,還有第二道防線、第三道防線。“華龍一號”提出能動和非能動相結合的安全設計理念,設計了雙層安全殼,安全標準達到了國際三代核電技術的先進水平。一旦發生事故,能夠確保堆芯安全,帶出堆芯熱量,并通過電力驅動等方式循環,達到冷卻效果。即便在電源等動力源喪失時,依靠自然循環也可以讓堆芯冷卻。

“像福島核電站這樣的情況,我們叫做SBU工況,就是說,喪失了全部的電源,在這種情況下如何能從反應堆中把余熱帶走。于是我們針對這個情況進行設計,‘華龍一號’就有了一個能動與非能動相結合的安全系統。也就是說,即便是遇到福島核電站類似的情況,我們完全可以應對。”

“已經準備好走出去了”

在工作中,邢繼向來沉穩。“搞科研的人,一定要坐得起冷板凳,有些事情急不來。”但說起“華龍一號”,他還是難掩興奮。“華龍一號”如今已代表我國落戶巴基斯坦,并被英國、阿根廷等國家接受。“華龍一號”核電技術由此成為我國在國際舞臺上的新名片,并隨著“一帶一路”倡議的推進而享譽全球。在邢繼眼中,這個項目就好像是懷胎十月的孩子一樣珍貴。

在邢繼看來,自主知識產權的核心內容是關鍵部件的自主制造,包括壓力容器、主循環泵、蒸汽發生器、穩壓器以及主回路管道等。“華龍一號”采用世界最高安全和技術標準,也讓他和團隊嘗到了甜頭。

核電是技術密集型產業,一個堆芯可以帶動整個產業鏈的出口,賣出一個反應堆核電站、后續服務、燃料供應等一系列后續出口都跟著起來了,從而帶動整個核電經濟的轉型,使我國躋身國際核電第一陣容。“華龍一號”由于采用了177組堆芯,相比國內其他核電機組發電功率提高5%~10%,同時也降低了堆芯功率密度,大大提高了安全性。這是邢繼團隊用了10年的時間才試驗論證完成的。

如今,“一帶一路”沿線有40多個“華龍一號”核技術應用國家。預計到2030年,這些國家的核電機組將會達到100臺。“華龍一號”有望在其中占到20%-30%的市場份額。目前,中核集團正在與英國、法國、羅馬尼亞等20多個國家開展核電和核工業合作。“中國核電走出去,我們已經準備好了。” 邢繼對此自信滿滿。

長期專注于鉆研核電技術,邢繼一年中大部分時間都在出差。對于家人,他有太多的愧疚,兒子參加高考那年,他原本答應要陪兒子在考場外參加高考,但臨到考試前卻又因為有工作而不得不“爽約”。邢繼說,在他的心中,一直有一個核電強國夢。這也讓他永遠在技術創新的路上停不下來。

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