摘要:作为欧洲最大核电站,扎波罗热为乌克兰全国提供一半以上发电量,一旦发生核泄漏,不仅将严重影响乌克兰供电,还将威胁整个欧洲的安全。核泄漏危害如此之大,为何我国仍大力建设核电站?本文将探讨中国核电的发展历程与最新突破。
2022年8月,俄乌冲突导致扎波罗热核电站区域遭炮弹击中起火,引发巨大恐慌。
作为欧洲最大核电站,扎波罗热为乌克兰全国提供一半以上发电量,一旦发生核泄漏,不仅将严重影响乌克兰供电,还将威胁整个欧洲的安全。核泄漏危害如此之大,为何我国仍大力建设核电站?本文将探讨中国核电的发展历程与最新突破。
中国核电起步时,国际发达国家已建设核电站近30年。
1986年,秦山30万千瓦级核电机组动工之际,全球已有376座核电站运行,其中多数为百万千瓦级大功率机组。为加快发展,1990年中国引进法国技术,于大亚湾开工建设百万千瓦级核电站,当时连水泥、螺丝钉都需进口。直至2010年,中国核发电量仅730亿千瓦时,不足美国的十分之一。
2021年1月30日,华龙一号全球首堆投入商业运行。这一技术实力远超想象,是我国首个完全自主知识产权的第三代压水堆核电站技术,在设计、设备、燃料、软件建造、运行维护等领域均具备完整自主知识产权,使中国成为继美国、法国、俄罗斯后,又一个掌握自主三代核电技术的国家。
华龙一号单台机组装机容量达116.1万千瓦,每年发电近100亿千瓦时,可满足巴基斯坦400万户家庭全年用电,相当于节约燃煤312万吨,减少二氧化碳排放816万吨,相当于植树造林7000多万棵。核电站的安全依靠三道屏障:燃料芯块与包壳、一回路系统及安全壳。
燃料芯块与包壳能有效阻止裂变产物和放射性物质进入一回路水中;一回路系统防止放射性物质泄漏至反应堆厂房;安全壳则阻止放射性物质外泄至环境。三道屏障共同保障所有事故情形下的核安全。
2011年3月,日本地震与海啸导致福岛核电厂四台机组中三台发生事故。地震造成外部电源失效,海啸淹没应急柴油发电机,导致全场停电,海水冷却系统失灵。福岛核电站设计最长停电时间为8小时,紧急电池耗尽后,反应堆无法冷却而熔毁。其安全壳容积小且抗压不足,积聚的氢气引发爆炸,最终安全壳被炸开,酿成核泄漏。
华龙一号在设计阶段,总设计师邢继提出能动与非能动相结合的双重安全系统及双层安全壳技术。三道安全屏障均采用能动加非能动机制,提升每道屏障的可靠性。能动系统依靠电力驱动,非能动系统则在断电后借助重力、温差、压缩空气等自然力量运行。
最关键的是,非能动系统自带热量导出功能,即便遭遇特大灾害,在无外援情况下也可确保72小时内不失控,为制定解决方案留足时间。即便断电超过72小时,华龙一号仍具备最后防线。
一般三代核电采用单层安全壳,华龙一号则使用双层安全壳,内层厚1.3米,外层厚1.5至1.8米。双层壳由最高等级四级钢筋制成,单根钢筋直径40毫米,仅外安全壳就有四层钢筋。
如此结构使华龙一号能抵御17级台风、9级地震(相当于福岛事故震级),甚至可抗A380大型飞机撞击。这是“911”事件后全球核电站最高安全标准。目前中国拥有54台核电机组,未发生任何核泄漏事故。全球仅有法国和中国在拥有50台以上机组的情况下未出现重大核事故。
这一成绩离不开四大核电运营商:中核、中广核、国家电投与中国华能。中核专攻核电,全产业链布局,连续三年跻身世界500强。中广核以核电为主,同时发展风能、太阳能等清洁能源。国家电投承担三代核电引进消化再创新的战略任务。中国华能负责第四代核电技术的研发。
华龙一号不仅安全,性价比也极高。美国AP1000和法国EPR的单位造价约为每千瓦6000至7000美元,俄罗斯VVER约为每千瓦4000美元,而华龙一号预算造价不到每千瓦2500美元。这使得华龙一号成功出口至阿根廷、巴基斯坦等国,成为中国首项走出国门的核电技术。每出口一台华龙一号,相当于出口30万辆汽车。单台核电机组投资约300亿元,可带动机电产品与材料出口近200亿元。
在中国积极推进核电建设的同时,美国采取了一系列限制措施。2018年,特朗普签署备忘录,宣称中国窃取美国知识产权与商业秘密,对自中国进口的600亿美元商品加征关税,挑起贸易战。
2019年8月,美国商务部将中广核旗下四家公司列入实体清单,禁令涵盖技术、设备与材料,尤其是核电设备。一台华龙一号需七万多套设备,占总投资50%,设备断供影响重大。
阀门虽小,作用关键。单台华龙一号使用阀门达1.8万台,其中稳压器先导式安全阀是国产化难度最高的设备。此前,国内核电站该阀全部依赖进口,断供后果严重。我国自2016年启动自主研发,2019年实现零部件100%国产化。阀门国产化仅是缩影,华龙一号全面突破技术封锁。
目前,全国5300多家设备厂商参与制造供货,411台核心装备实现国产化。华龙一号建设不仅建成一座核电站,更推动中国高端装备制造业转型升级。凭借强大制造业支撑,华龙一号国产化率达88%。
面对美国制裁,中方回应称,华龙一号作为自主三代核电技术,国产化率超85%,进口设备中基本无美国产品,即便有也不具唯一性,因此禁令不影响建设。截至2022年6月底,中国在运、在建核电机组总数全球第二,在建及核准机组23台,超越美国位列第一。作为国家品牌,华龙一号已与60多个国家和地区达成合作。
华龙一号的成功有力回击了外部压力。美国在核电领域的技术封锁并未阻挡中国前进。华龙一号的腾飞离不开几代核电人的无私奉献与艰苦奋斗。青年工程师韩杰每月完成几十次试验,突破美国对隔离阀内漏的技术封锁,节约技术转让费15万美元,至今申请专利235项,授权161项。
核清洁工人为达到无尘标准,攀爬近50米高脚手架,逐寸擦拭,直至一尘不染。他们只是万千核电人的代表,正因这些平凡而伟大的人物,中国核电才能突破重围、走向世界,实现核电强国之梦。
核电站并非核电利用的终极形式,可控核聚变才是未来方向。2003年,中国加入国际热核聚变实验堆(ITER)计划。因内容过于先进,本文不做展开。
2020年,中国新一代人造太阳建成并首次放电。2021年,中国托卡马克核聚变实验装置技术领先全球,创下世界纪录。或许有生之年,我们能看到一盏由核聚变点亮的灯,而这盏灯很可能就在中国。
来源:有趣的科技君